Aseksuell reproduksjon - Asexual reproduction

Aseksuell reproduksjon i liverworts : en caducous phylloid spire

Aseksuell reproduksjon er en reproduksjonstype som ikke involverer sammensmeltning av kjønnsceller eller endring i antall kromosomer . Avkomene som oppstår ved aseksuell reproduksjon fra enten encellede eller flercellede organismer arver hele settet med gener til enslige forsørgere. Aseksuell reproduksjon er den primære formen for reproduksjon for encellede organismer som archaea og bakterier . Mange eukaryote organismer inkludert planter , dyr og sopp kan også reprodusere aseksuelt. Hos virveldyr er den vanligste formen for aseksuell reproduksjon partenogenese , som vanligvis brukes som et alternativ til seksuell reproduksjon i tider når reproduksjonsmulighetene er begrensede.

Mens alle prokaryoter reproduserer uten dannelse og fusjon av gameter, kan mekanismer for lateral genoverføring som konjugasjon , transformasjon og transduksjon sammenlignes med seksuell reproduksjon i betydningen genetisk rekombinasjon ved meiose .

Typer

Fisjon

Prokaryoter ( Archaea og Bacteria ) formerer seg aseksuelt gjennom binær fisjon , der moderorganismen deler seg i to for å produsere to genetisk identiske datterorganismer. Eukaryoter (for eksempel protister og encellede sopp ) kan reprodusere på en funksjonelt lik måte ved mitose ; de fleste av disse er også i stand til seksuell reproduksjon.

Flere fisjoner på mobilnivå forekommer hos mange protister , f.eks. Sporozoer og alger . Den kjernen av den overordnede cellen deler flere ganger ved mitose , produsere flere kjerner. Cytoplasma skiller seg deretter og skaper flere datterceller.

I apicomplexans vises multiple fisjoner eller schizogony enten som merogoni , sporogoni eller gametogoni . Merogoni resulterer i merozoitter , som er flere datterceller, som stammer fra samme cellemembran, sporogoni resulterer i sporozoitter , og gametogoni resulterer i mikro gameter .

Spirende

Gjæren Saccharomyces cerevisiae reproduserer ved spirende

Noen celler deler seg ved spirende (for eksempel bakegjær ), noe som resulterer i en "mor" og en "datter" -celle som i utgangspunktet er mindre enn forelder. Budding er også kjent på et flercellet nivå; et dyreeksempel er hydraen , som formerer seg ved spiring. Knoppene vokser til fullt modne individer som til slutt bryter vekk fra foreldreorganismen.

Intern spiring er en prosess med aseksuell reproduksjon, begunstiget av parasitter som Toxoplasma gondii . Det innebærer en uvanlig prosess der to ( endodyogeni ) eller flere ( endopolygeni ) datterceller blir produsert inne i en morscelle , som deretter konsumeres av avkom før separasjonen.

Også spirende (ekstern eller intern) forekommer i noen ormer som Taenia eller Echinococcus ; disse ormene produserer cyster og produserer deretter (invaginert eller evaginert) protoscolex med spirende .

Vegetativ forplantning

Vegetativ forplantning er en type aseksuell reproduksjon som finnes i planter der nye individer dannes uten produksjon av frø eller sporer og dermed uten syngami eller meiose . Eksempler på vegetativ reproduksjon inkluderer dannelse av miniatyriserte planter som kalles plantetter på spesialiserte blader, for eksempel i kalanchoe ( Bryophyllum daigremontianum ) og mange produserer nye planter fra jordstengler eller stolon (for eksempel i jordbær ). Andre planter formerer seg ved å danne løker eller knoller (for eksempel tulipanløker og Dahlia -knoller). Noen planter produserer utilsiktede skudd og kan danne en klonal koloni . I disse eksemplene er alle individene kloner, og den klonale befolkningen kan dekke et stort område.

Spordannelse

Mange flercellede organismer danner sporer i løpet av deres biologiske livssyklus i en prosess som kalles sporogenese . Unntak er dyr og noen protister, som gjennomgår meiose umiddelbart etterfulgt av befruktning. Planter og mange alger derimot gjennomgår sporisk meiose der meiose fører til dannelse av haploide sporer i stedet for gameter. Disse sporer vokser til flercellede individer (kalt gametofytter når det gjelder planter) uten en befruktningshendelse. Disse haploide individer gir opphav til kjønnsceller gjennom mitose . Meiose og gametedannelse forekommer derfor i separate generasjoner eller "faser" av livssyklusen, referert til som veksling av generasjoner . Siden seksuell reproduksjon er ofte mer snevert definert som fusjon av gameter ( befruktning ), sporedannelse i plante Sporofytt og alger kan betraktes som en form for aseksuell reproduksjon (agamogenesis) til tross for at resultatet av meiose og gjennomgår en reduksjon i ploiditet . Begge hendelser (spordannelse og befruktning) er imidlertid nødvendige for å fullføre seksuell reproduksjon i plantens livssyklus.

Sopp og noen alger kan også utnytte ekte aseksuell spordannelse , noe som innebærer at mitose gir opphav til reproduktive celler kalt mitosporer som utvikler seg til en ny organisme etter spredning. Denne reproduksjonsmetoden finnes for eksempel i conidial sopp og rødalgen Polysiphonia , og involverer sporogenese uten meiose. Således er kromosomnummeret til sporcellen det samme som forelder som produserer sporene. Imidlertid er mitotisk sporogenese et unntak, og de fleste sporer, for eksempel plantene, de fleste Basidiomycota og mange alger, produseres av meiose .

Fragmentering

Regenerering fra en arm
Linckia guildingi "komet", en sjøstjerne som vokser tilbake fra en enkelt arm

Fragmentering er en form for aseksuell reproduksjon der en ny organisme vokser fra et fragment av forelder. Hvert fragment utvikler seg til et modent, fullvokst individ. Fragmentering er sett i mange organismer. Dyr som reproduserer aseksuelt inkluderer planarians , mange annelid ormer inkludert polychaetes og noen oligochaetes , turbellarians og sjøstjerner . Mange sopp og planter formerer seg aseksuelt. Noen planter har spesialiserte strukturer for reproduksjon via fragmentering, for eksempel gemmae i liverworts . De fleste lav , som er en symbiotisk forening av en sopp og fotosyntetiske alger eller cyanobakterier , formerer seg gjennom fragmentering for å sikre at nye individer inneholder begge symbionter. Disse fragmentene kan ha form av soredia , støvlignende partikler som består av soppbindestreg pakket rundt fotobiontceller.

Klonal fragmentering i flercellede eller koloniale organismer er en form for aseksuell reproduksjon eller kloning der en organisme deles i fragmenter. Hvert av disse fragmentene utvikler seg til modne, fullvoksne individer som er kloner av den opprinnelige organismen. I pighuder er denne reproduksjonsmetoden vanligvis kjent som fissiparitet . På grunn av mange miljømessige og epigenetiske forskjeller, kan kloner som stammer fra samme stamfar faktisk være genetisk og epigenetisk forskjellige.

Agamogenese

Agamogenese er enhver form for reproduksjon som ikke involverer en mannlig kjønnscelle. Eksempler er parthenogenese og apomixis .

Partenogenese

Partenogenese er en form for agamogenese der et ubefruktet egg utvikler seg til et nytt individ. Det er dokumentert i over 2000 arter. Parthenogenese forekommer i naturen hos mange virvelløse dyr (f.eks. Vannlopper, rotfugler , bladlus, pinneinsekter , noen maur, bier og parasittiske veps) og virveldyr (for det meste reptiler, amfibier og fisk). Det har også blitt dokumentert hos tamfugler og i genetisk endrede laboratoriemus. Planter kan også delta i partenogenese gjennom en prosess som kalles apomixis . Imidlertid anses denne prosessen av mange som ikke en uavhengig reproduksjonsmetode, men i stedet en sammenbrudd av mekanismene bak seksuell reproduksjon. Parthenogenetiske organismer kan deles inn i to hovedkategorier: fakultativ og obligatorisk.

Fakultativ partenogenese
Zebra hai

I fakultativ partenogenese kan hunner reprodusere både seksuelt og aseksuelt. På grunn av de mange fordelene med seksuell reproduksjon, reproduserer de fleste fakultative partenoter bare aseksuelt når de blir tvunget til det. Dette skjer vanligvis i tilfeller der det blir vanskelig å finne en ektefelle. For eksempel vil kvinnelige sebrahaier reprodusere aseksuelt hvis de ikke klarer å finne en kompis i havmiljøene.

Partenogenese ble tidligere antatt å forekomme sjelden hos virveldyr, og bare være mulig hos svært små dyr. Imidlertid har den blitt oppdaget hos mange flere arter de siste årene. I dag er Komodo -dragen på 10 fot lang og over 300 pund den største arten som har blitt dokumentert reproduserende parthenogen .

Bladlus som føder unger fra et ubefruktet egg

Heterogoni er en form for fakultativ partenogenese der hunner veksler mellom seksuell og aseksuell reproduksjon med jevne mellomrom (se Alternasjon mellom seksuell og aseksuell reproduksjon ). Bladlus er en gruppe organismer som driver med denne typen reproduksjon. De bruker aseksuell reproduksjon for å formere seg raskt og lage vingede avkom som kan kolonisere nye planter og reprodusere seksuelt om høsten for å legge egg til neste sesong. Noen bladlusarter er imidlertid obligatoriske partenoter.

Obligatorisk partenogenese
Ørken gressmark whiptail øgle

I obligatorisk parthenogenese reproduserer kvinner bare aseksuelt. Et eksempel på dette er ødemarken, whipail -øglen , en hybrid av to andre arter. Hybrider er vanligvis ufruktbare, men gjennom partenogenese har denne arten kunnet utvikle stabile populasjoner.

Gynogenese er en form for obligatorisk partenogenese der en sædcelle brukes til å starte reproduksjon. Imidlertid blir sædgenene aldri innlemmet i eggcellen. Det mest kjente eksemplet på dette er Amazon Molly . Fordi de er obligatoriske parthenoter, er det ingen hanner i arten, så de er avhengige av menn fra en nær beslektet art ( Sailfin Molly ) for sæd.

Apomixis og nukleær embryoni

Apomixis i planter er dannelsen av en ny sporofyt uten befruktning. Den er viktig i bregner og i blomstrende planter, men er svært sjelden i andre frøplanter. I blomstrende planter brukes uttrykket "apomixis" nå oftest for agamospermy , dannelse av frø uten befruktning, men ble en gang brukt for å inkludere vegetativ reproduksjon . Et eksempel på en apomik plante vil være den triploide europeiske løvetann . Apomixis forekommer hovedsakelig i to former: I gametofytisk apomixis stammer embryoet fra et ubefruktet egg i en diploid embryosekk som ble dannet uten å fullføre meiosen. I nukleær embryoni dannes embryoet fra det diploide kjernevevet som omgir embryosekken . Nucellar embryoni forekommer i noen sitrusfrø . Mannlig apomixis kan forekomme i sjeldne tilfeller, for eksempel Sahara Cypress Cupressus dupreziana , der arvematerialet til embryoet er helt avledet fra pollen .

Veksling mellom seksuell og aseksuell reproduksjon

Bladluspopulasjoner er ofte helt kvinner om sommeren, med seksuell reproduksjon bare for å produsere egg for overvintring.

Noen arter kan veksle mellom seksuelle og aseksuelle strategier, en evne kjent som heterogami , avhengig av mange forhold. Det observeres veksling hos flere rotiferarter (syklisk partenogenese f.eks. Hos Brachionus -arter) og noen få typer insekter.

Et eksempel på dette er bladlus som kan engasjere seg i heterogoni. I dette systemet blir kvinner født gravide og produserer bare kvinnelige avkom. Denne syklusen lar dem reprodusere veldig raskt. Imidlertid formerer de fleste artene seg seksuelt en gang i året. Denne bryteren utløses av miljøendringer i høst og får hunner til å utvikle egg i stedet for embryoer. Denne dynamiske reproduksjonssyklusen lar dem produsere spesialiserte avkom med polyfenisme , en type polymorfisme der forskjellige fenotyper har utviklet seg for å utføre spesifikke oppgaver.

Cape bee Apis mellifera subsp. capensis kan reprodusere aseksuelt gjennom en prosess som kalles thelytoky . Ferskvannskrepsdyret Daphnia formerer seg ved partenogenese om våren for raskt å befolke dammer, og går deretter over til seksuell reproduksjon etter hvert som konkurransen og predasjonen øker. Monogonont rotatorier av slekten Brachionus reprodusere via den sykliske parthenogenesis: ved lave befolkningstetthet hunner produserer vegetativt og ved høyere tettheter en kjemisk cue akkumulerer og induserer overgangen til seksuell reproduksjon. Mange protister og sopp veksler mellom seksuell og aseksuell reproduksjon. Noen få arter av amfibier, reptiler og fugler har en lignende evne. [ hvilken? ]

Slimformen Dictyostelium gjennomgår binær fisjon (mitose) som encellede amøber under gunstige forhold. Men når forholdene blir ugunstige, aggregerer cellene og følger en av to forskjellige utviklingsveier, avhengig av forholdene. I den sosiale banen danner de en flercellet cellulose som deretter danner en fruktkropp med aseksuelt genererte sporer. I seksualveien smelter to celler sammen for å danne en gigantisk celle som utvikler seg til en stor cyste. Når denne makrocysten spirer, frigjør den hundrevis av amøbiske celler som er produktet av meiotisk rekombinasjon mellom de to opprinnelige cellene.

Hyfer i den vanlige muggsopp ( Rhizopus ) er i stand til å produsere både mitotiske så vel som meiotiske sporer. Mange alger veksler på samme måte mellom seksuell og aseksuell reproduksjon. En rekke planter bruker både seksuelle og aseksuelle midler for å produsere nye planter, noen arter endrer sine primære former for reproduksjon fra seksuell til aseksuell under varierende miljøforhold.

Arv hos aseksuelle arter

I rotatorie Brachionus calyciflorus aseksuell reproduksjon (obligat parthenogenesis ) kan arves med et recessivt allel, noe som fører til tap av seksuell reproduksjon i homozygot avkom.
Arv av aseksuell reproduksjon av et enkelt recessivt lokus er også funnet i den parasittiske vepsen Lysiphlebus fabarum .

Eksempler på dyr

Aseksuell reproduksjon finnes i nesten halvparten av dyrefilene. Parthenogenese forekommer i hammerhaien og den sorte haien . I begge tilfeller hadde haiene oppnådd seksuell modenhet i fangenskap i mangel av hanner, og i begge tilfellene ble det vist at avkomene var genetisk identiske med mødrene. The New Mexico whiptail er et annet eksempel.

Noen reptiler bruker ZW-kjønnsbestemmelsessystemet , som produserer enten hanner (med ZZ-kjønnskromosomer) eller hunner (med ZW- eller WW-kjønnskromosomer). Fram til 2010 ble det antatt at ZW -kromosomsystemet som ble brukt av reptiler ikke var i stand til å produsere levedyktige WW -avkom, men en (ZW) kvinnelig boa -constrictor ble oppdaget å ha produsert levedyktige kvinnelige avkom med WW -kromosomer. Den kvinnelige boa kunne ha valgt et hvilket som helst antall mannlige partnere (og hadde lykkes tidligere), men ved disse anledningene reproduserte hun aseksuelt og skapte 22 kvinnelige babyer med WW-sex-kromosomer.

Polyembryoni er en utbredt form for aseksuell reproduksjon hos dyr, hvorved det befruktede egget eller et senere stadium av embryonal utvikling deler seg for å danne genetisk identiske kloner. Innenfor dyr har dette fenomenet blitt best studert hos parasitten Hymenoptera . I de 9-båndede bæltedyrene er denne prosessen obligatorisk og gir vanligvis opphav til genetisk identiske firlinger. Hos andre pattedyr har monozygotisk vennskap ingen tilsynelatende genetisk basis, selv om forekomsten er vanlig. Det er minst 10 millioner identiske tvillinger og trillinger i verden i dag.

Bdelloid rotiferer reproduserer utelukkende aseksuelt, og alle individer i klassen Bdelloidea er hunner. Aseksualitet utviklet seg hos disse dyrene for millioner av år siden og har vedvart siden. Det er bevis som tyder på at aseksuell reproduksjon har tillatt dyrene å utvikle nye proteiner gjennom Meselson -effekten som har tillatt dem å overleve bedre i perioder med dehydrering. Bdelloid rotifere er usedvanlig motstandsdyktige mot skader fra ioniserende stråling på grunn av de samme DNA-bevarende tilpasningene som ble brukt for å overleve hviletid. Disse tilpasningene inkluderer en ekstremt effektiv mekanisme for å reparere DNA dobbeltstrengede brudd. Denne reparasjonsmekanismen ble studert i to Bdelloidea -arter, Adineta vaga og Philodina roseola . og ser ut til å involvere mitotisk rekombinasjon mellom homologe DNA -regioner innenfor hver art.

Molecular bevis tyder sterkt på at flere arter av pinnen insekt slekten Timema har brukt bare ukjønnet (parthenogenetic) reproduksjon i millioner av år, den lengste perioden kjent for noen insekt.

I gresset thrips slekten Aptinothrips har det vært flere overganger til aseksualitet, sannsynligvis på grunn av ulike årsaker.

Adaptiv betydning av aseksuell reproduksjon

En fullstendig mangel på seksuell reproduksjon er relativt sjelden blant flercellede organismer , spesielt dyr . Det er ikke helt forstått hvorfor evnen til å reprodusere seksuelt er så vanlig blant dem. Nåværende hypoteser antyder at aseksuell reproduksjon kan ha fordeler på kort sikt når rask befolkningsvekst er viktig eller i stabile miljøer, mens seksuell reproduksjon gir en netto fordel ved å tillate raskere generering av genetisk mangfold, slik at det kan tilpasses til skiftende miljøer. Utviklingsmessige begrensninger kan ligge til grunn for hvorfor få dyr har gitt helt opp seksuell reproduksjon i livssyklusene. Nesten alle aseksuelle former for reproduksjon opprettholder meiose enten i en modifisert form eller som en alternativ vei. Facultativt apomiktiske planter øker frekvensen av seksualitet i forhold til apomixis etter abiotisk stress. En annen begrensning ved å bytte fra seksuell til aseksuell reproduksjon ville være samtidig tap av meiose og den beskyttende rekombinasjonelle reparasjonen av DNA -skader som en funksjon av meiose.

Se også

Referanser

Videre lesning

  • Avise, J. (2008). Klonalitet: Genetikk, økologi og evolusjon av seksuell avholdenhet hos virveldyr . Oxford University Press. ISBN 978-0-19-536967-0.
  • Graham, L .; Graham, J .; Wilcox, L. (2003). Plantebiologi . Upper Saddle River, NJ: Pearson Education. s. 258–259. ISBN 978-0-13-030371-4.
  • Ravn, PH; Evert, RF; Eichhorn, SE (2005). Biologi av planter (7. utg.). NY: WH Freeman and Company. ISBN 978-0-7167-6284-3.

Eksterne linker