Seksuell reproduksjon - Sexual reproduction
Seksuell reproduksjon er en form for reproduksjon som involverer en kompleks livssyklus der en kjønnscelle (for eksempel en sædcelle eller eggcelle ) med et enkelt sett kromosomer ( haploide ) kombineres med en annen for å produsere en zygote som utvikler seg til en organisme sammensatt av celler med to sett kromosomer ( diploid ). Seksuell reproduksjon er den vanligste livssyklusen hos flercellede eukaryoter , for eksempel dyr , sopp og planter . Seksuell reproduksjon forekommer ikke i prokaryoter (organismer uten cellekjerner ), men de har prosesser med lignende effekter som bakteriell konjugering , transformasjon og transduksjon , som kan ha vært forløpere til seksuell reproduksjon i tidlige eukaryoter.
Ved produksjon av kjønnsceller i eukaryoter deler diploide morceller seg for å produsere haploide celler kjent som gameter i en prosess som kalles meiose som involverer genetisk rekombinasjon . De homologe kromosomene kobler seg sammen slik at DNA -sekvensene deres er på linje med hverandre, og dette etterfølges av utveksling av genetisk informasjon mellom dem. To runder med celledeling produserer deretter fire haploide kjønnsceller, hver med halvparten av kromosomene fra hver overordnede celle, men med den genetiske informasjonen i foreldrekromosomene rekombinert. To haploide gameter kombineres til en diploid celle kjent som en zygote i en prosess som kalles befruktning . Zygoten inneholder genetisk materiale fra begge kjønnsceller. Flere celledelinger , uten endring av antall kromosomer, danner deretter en multicellulær diploid fase eller generasjon.
Ved menneskelig reproduksjon inneholder hver celle 46 kromosomer i 23 par. Meiose i foreldrenes gonader produserer kjønnsceller som hver bare inneholder 23 kromosomer som er genetiske rekombinanter av DNA -sekvensene i foreldrekromosomene. Når kjernene til kjønnscellene kommer sammen for å danne et befruktet egg eller en zygote, vil hver celle i det resulterende barnet ha 23 kromosomer fra hver forelder, eller 46 totalt.
Bare på planter produserer diploidfasen, kjent som sporofytten , sporer ved meiose som spirer og deretter deler seg med mitose for å danne en haploid multicellulær fase, gametofytten , som produserer kjønnsceller direkte ved mitose. Denne typen livssyklus, som involverer veksling mellom to flercellede faser, den seksuelle haploide gametofytten og aseksuell diploid sporofytt, er kjent som veksling av generasjoner .
Den utviklingen av seksuell reproduksjon er ansett som et paradoks, fordi aseksuell reproduksjon bør være i stand til å utkonkurrere det som enhver ung organisme laget kan bære sin egen unge. Dette innebærer at en aseksuell befolkning har en egen evne til å vokse raskere for hver generasjon. Denne 50% -kostnaden er en fitness -ulempe ved seksuell reproduksjon. Den dobbelte sexkostnaden inkluderer denne kostnaden og det faktum at enhver organisme bare kan overføre 50% av sine egne gener til sine avkom. En klar fordel med seksuell reproduksjon er at det hindrer akkumulering av genetiske mutasjoner .
Seksuell seleksjon er en måte for naturlig seleksjon der noen individer reproduserer andre i en befolkning fordi de er flinkere til å sikre kompiser for seksuell reproduksjon. Det er blitt beskrevet som "en kraftig evolusjonær kraft som ikke eksisterer i aseksuelle befolkninger."
Utvikling
Det første fossiliserte beviset på seksuell reproduksjon i eukaryoter er fra den steniske perioden, for omtrent 1 til 1,2 milliarder år siden.
Biologer som studerer evolusjon foreslår flere forklaringer på utviklingen av seksuell reproduksjon og vedlikehold av den. Disse årsakene inkluderer å redusere sannsynligheten for akkumulering av skadelige mutasjoner, øke tilpasningshastigheten til endrede miljøer , håndtere konkurranse , DNA -reparasjon og maskere skadelige mutasjoner. Alle disse ideene om hvorfor seksuell reproduksjon har blitt opprettholdt, støttes generelt, men til slutt bestemmer størrelsen på befolkningen om seksuell reproduksjon er helt fordelaktig. Større populasjoner ser ut til å svare raskere på noen av fordelene ved seksuell reproduksjon enn mindre befolkningsstørrelser.
Vedlikehold av seksuell reproduksjon har blitt forklart av teorier som fungerer på flere utvalgsnivåer , selv om noen av disse modellene fortsatt er kontroversielle. Nyere modeller som ble presentert de siste årene antyder imidlertid en grunnleggende fordel for seksuell reproduksjon ved sakte reprodusering av komplekse organismer .
Seksuell reproduksjon lar disse artene vise egenskaper som er avhengige av det spesifikke miljøet de bor i, og de spesielle overlevelsesstrategiene de bruker.
Seksuelt utvalg
For å reprodusere seksuelt må både menn og kvinner finne en ektefelle . Vanligvis hos dyr er det valget mellom hunnene, mens hannene konkurrerer om å bli valgt. Dette kan føre organismer til ekstrem innsats for å reprodusere, for eksempel kamp og visning, eller produsere ekstreme funksjoner forårsaket av en positiv tilbakemelding kjent som en Fisherian runaway . Dermed har seksuell reproduksjon, som en form for naturlig seleksjon , en effekt på evolusjonen . Seksuell dimorfisme er der de grunnleggende fenotypiske egenskapene varierer mellom menn og kvinner av samme art . Dimorfisme finnes i både kjønnsorganer og i sekundære kjønnsegenskaper , kroppsstørrelse, fysisk styrke og morfologi, biologisk ornamentikk , oppførsel og andre kroppstrekk. Imidlertid er seksuell seleksjon bare underforstått over en lengre periode som fører til seksuell dimorfisme.
Dyr
Insekter
Insektarter utgjør mer enn to tredjedeler av alle eksisterende dyrearter. De fleste insektarter reproduserer seksuelt, selv om noen arter er fakultativt partenogenetiske . Mange arter av insekter har seksuell dimorfisme , mens kjønnene i andre ser nesten identiske ut. Vanligvis har de to kjønn med hanner som produserer spermatozoa og hunner. Eggene utvikler seg til egg som har et dekke kalt chorion , som dannes før intern befruktning. Insekter har svært forskjellige parrings- og reproduksjonsstrategier som oftest resulterer i at hannen avsetter spermatofor i hunnen, som hun lagrer til hun er klar for eggbefruktning. Etter befruktning, og dannelsen av en zygote, og varierende grad av utvikling, blir eggene i mange arter avsatt utenfor hunnen; mens hos andre utvikler de seg videre hos hunnen og blir født levende.
Fugler
Pattedyr
Det er tre eksisterende pattedyr: monotremes , placentals og pungdyr , alle med intern befruktning. Hos placentapattedyr blir avkom født som unge: komplette dyr med kjønnsorganene til stede, men ikke reproduktivt funksjonelle. Etter flere måneder eller år, avhengig av arten, utvikler kjønnsorganene seg videre til modenhet og dyret blir kjønnsmoden . De fleste kvinnelige pattedyr er bare fruktbare i visse perioder i løpet av deres estrous syklus, på hvilket tidspunkt de er klare til å parre seg. Individuelle hann- og hunnpattedyr møtes og utfører kopiering . For de fleste pattedyr utveksler menn og kvinner seksuelle partnere gjennom hele sitt voksne liv .
Fisk
De aller fleste fiskearter legger egg som deretter blir befruktet av hannen. Noen arter legger eggene sine på et underlag som en stein eller på planter, mens andre sprer eggene sine og eggene blir befruktet når de driver eller synker i vannsøylen.
Noen fiskearter bruker intern befruktning og sprer deretter eggene som utvikler seg eller føder levende avkom. Fisk som har levende avkom inkluderer guppy og mollies eller Poecilia . Fisk som føder unge unger kan være ovoviviparøse , der eggene befruktes i hunnen og eggene ganske enkelt klekkes i hunnkroppen, eller i sjøhester bærer hannen de unge som utvikler seg i en pose og føder unge unger. Fisk kan også være livlig , der hunnen gir næring til de internt voksende avkomene. Noen fisk er hermafroditter , der en enkelt fisk er både hann og hunn og kan produsere egg og sæd. I hermafrodittisk fisk er noen hann og hunn på samme tid, mens de i andre fisk er seriemessig hermafrodittiske; starter som det ene kjønn og bytter til det andre. Hos minst en hermafrodittisk art oppstår selvbefruktning når egg og sæd frigjøres sammen. Intern selvbefruktning kan forekomme hos noen andre arter. En fiskeart formerer seg ikke ved seksuell reproduksjon, men bruker sex for å produsere avkom; Poecilia formosa er en unisexart som bruker en form for parthenogenese som kalles gynogenese , hvor ubefruktede egg utvikler seg til embryoer som produserer kvinnelige avkom. Poecilia formosa parrer seg med hanner av andre fiskearter som bruker intern befruktning, sædcellen befrukter ikke eggene, men stimulerer veksten av eggene som utvikler seg til embryoer.
Reptiler
Amfibier
Bløtdyr
Planter
Dyr har livssykluser med en enkelt diploid flercellet fase som produserer haploide kjønnsceller direkte ved meiose. Mannlige kjønnsceller kalles sædceller, og hunnkjønnceller kalles egg eller egg. Hos dyr resulterer befruktning av egget med en sæd i dannelsen av en diploid zygote som utvikler seg ved gjentatte mitotiske divisjoner til en diploid voksen. Planter har to flercellede livssyklusfaser, noe som resulterer i en veksling av generasjoner . Plante -zygoter spirer og deler seg gjentatte ganger ved mitose for å produsere en diploid flercellet organisme kjent som sporofytten. Den modne sporofytten produserer haploide sporer ved meiose som spirer og deler seg ved mitose for å danne en flercellet gametofytfase som produserer kjønnsceller ved modenhet. Gametofytene til forskjellige grupper av planter varierer i størrelse. Moser og andre pteridofytiske planter kan ha gametofytter som består av flere millioner celler, mens angiospermer har så få som tre celler i hvert pollenkorn.
Blomsterplanter
Blomstrende planter er den dominerende planteformen på land, og de formerer seg enten seksuelt eller aseksuelt. Ofte er det mest kjennetegn ved deres reproduktive organer, ofte kalt blomster. Den anther produserer pollenkorn som inneholder de mannlige Gametofytt som produserer sperm kjerner. For at pollinering skal skje, må pollenkorn feste seg til stigmaet til den kvinnelige reproduktive strukturen ( karpel ), der de kvinnelige gametofyttene befinner seg i eggløsningene som omslutter eggstokken . Etter pollen røret vokser gjennom Carpel stil, de sex til cellekjernene fra pollenkorn migrere inn i ovule befrukte egget celle og endosperm kjerner inne i hunn gametofytt i en prosess som kalles dobbelt befruktning . Den resulterende zygoten utvikler seg til et embryo, mens den triploide endospermen (en sædcelle pluss to hunnceller) og hunnvevet i egglaget gir opphav til de omkringliggende vevene i frøet som utvikler seg. Eggstokken, som produserte den eller de kvinnelige gametofyttene, vokser deretter til en frukt som omgir frøene. Planter kan enten selvbestøve eller kryssbestøve .
I 2013 ble blomster fra krittet (100 millioner år før nåtid) funnet innkapslet i rav, det eldste beviset på seksuell reproduksjon i en blomstrende plante. Mikroskopiske bilder viste rør som vokste ut av pollen og trengte blomstens stigma. Pollen var klissete, noe som tyder på at den ble båret av insekter.
Ikke -blomstrende planter som bregner , mose og liverworts bruker andre former for seksuell reproduksjon.
Bregner
Bregner produserer store diploide sporofytter med rotstokker , røtter og blader. Fruktbare blader produserer sporangier som inneholder haploide sporer . Sporene frigjøres og spirer for å produsere små, tynne gametofytter som vanligvis er hjerteformede og grønne i fargen. Den gametofytt prothalli , produsere motile spermier i antheridia og eggceller i archegonia på de samme eller forskjellige planter. Etter regn eller når dugg avsetter en vannfilm, spruter den bevegelige sædcellen bort fra antheridia, som vanligvis produseres på oversiden av thallus, og svømmer i vannfilmen til archegonia hvor de befrukter egget. For å fremme kryssing eller kryssbefruktning frigjøres sædcellene før eggene er mottakelige for sædcellene, noe som gjør det mer sannsynlig at sædcellene vil befrukte eggene til forskjellige thallus. Etter befruktning dannes en zygote som vokser til en ny sporofytisk plante. Betingelsen for å ha separate sporofytt- og gametofytplanter kalles generasjonsveksling . Andre planter med lignende livssykluser inkluderer Psilotum , Lycopodium og Equisetum .
Bryofytter
De moser som inkluderer levermoser , nålkapselmoser og moser , reprodusere både seksuelt og vegetativt . De er små planter som vokser på fuktige steder og som bregner, har bevegelig sæd med flagella og trenger vann for å lette seksuell reproduksjon. Disse plantene starter som en haploid spore som vokser til den dominerende gametofytformen, som er en flercellet haploid kropp med bladlignende strukturer som fotosyntetiserer . Haploid -gameter produseres i antheridia (hann) og archegonia (hunn) ved mitose. Sædcellen som frigjøres fra antheridia reagerer på kjemikalier som frigjøres av moden archegonia og svømmer til dem i en film med vann og befrukter eggcellene og produserer dermed en zygote. De zygote skiller av mitotisk deling og vokser til et flercellet diploid sporofyttskuddet. Sporofyten produserer sporkapsler ( sporangia ), som er forbundet med stengler ( setae ) til archegonia. Sporkapslene produserer sporer ved meiose, og når de er modne brister kapslene opp for å frigjøre sporene. Bryofytter viser betydelig variasjon i reproduktive strukturer, og ovenstående er en grunnleggende oversikt. Også hos noen arter er hver plante ett kjønn ( dioicous ) mens andre arter produserer begge kjønn på samme plante ( monoicous ).
Sopp
Sopp er klassifisert etter metodene for seksuell reproduksjon de bruker. Resultatet av seksuell reproduksjon er oftest produksjon av hvilesporer som brukes til å overleve dårlige tider og for å spre seg. Det er vanligvis tre faser i seksuell reproduksjon av sopp: plasmogami , karyogami og meiose . Cytoplasmaet til to overordnede celler smelter sammen under plasmogami og kjernene smelter under karyogami. Nye haploide kjønnsceller dannes under meiose og utvikler seg til sporer. Det adaptive grunnlaget for vedlikehold av seksuell reproduksjon i Ascomycota og Basidiomycota ( dikaryon ) sopp ble gjennomgått av Wallen og Perlin. De konkluderte med at den mest sannsynlige årsaken til å opprettholde denne evnen er fordelen med å reparere DNA -skader forårsaket av forskjellige påkjenninger gjennom rekombinasjon som oppstår under meiose .
Bakterier og arkaer
Tre forskjellige prosesser i prokaryoter anses å være lik eukaryotisk sex : bakteriell transformasjon , som innebærer inkorporering av fremmed DNA i bakteriekromosomet; bakteriell konjugering , som er en overføring av plasmid -DNA mellom bakterier, men plasmidene blir sjelden inkorporert i bakteriekromosomet; og genoverføring og genetisk utveksling i archaea .
Bakteriell transformasjon innebærer rekombinasjon av genetisk materiale og dets funksjon er hovedsakelig forbundet med DNA -reparasjon . Bakteriell transformasjon er en kompleks prosess som er kodet av mange bakterielle gener, og er en bakteriell tilpasning for DNA -overføring. Denne prosessen forekommer naturlig hos minst 40 bakteriearter. For at en bakterie skal binde, ta opp og rekombinere eksogent DNA inn i kromosomet, må den gå inn i en spesiell fysiologisk tilstand som kalles kompetanse (se Naturlig kompetanse ). Seksuell reproduksjon i tidlige encellede eukaryoter kan ha utviklet seg fra bakteriell transformasjon, eller fra en lignende prosess i archaea (se nedenfor).
På den annen side er bakteriell konjugering en type direkte overføring av DNA mellom to bakterier formidlet av et eksternt vedheng kalt conjugation pilus. Bakteriekonjugering styres av plasmidgener som er tilpasset for å spre kopier av plasmidet mellom bakterier. Den sjeldne integrasjonen av et plasmid i et vertsbakteriell kromosom, og den påfølgende overføringen av en del av vertskromosomet til en annen celle ser ikke ut til å være bakterielle tilpasninger.
Eksponering av hypertermofile archaeal Sulfolobus -arter for DNA -skadelige forhold induserer cellulær aggregering ledsaget av høyfrekvent genetisk markørutveksling . Ajon et al. antok at denne cellulære aggregeringen forbedrer artsspesifikk DNA-reparasjon ved homolog rekombinasjon. DNA-overføring i Sulfolobus kan være en tidlig form for seksuell interaksjon som ligner på de mer godt studerte bakterielle transformasjonssystemene som også involverer artsspesifikk DNA-overføring som fører til homolog rekombinasjonell reparasjon av DNA-skade.
Se også
Referanser
Videre lesning
- Pang, K. "Certificate Biology: New Mastering Basic Concepts", Hong Kong, 2004
- Journal of Biology of Reproduction , åpnet i august 2005.
- "Spermebruk varmesensorer for å finne egget; Weizmann Institute Research bidrar til forståelse av menneskelig befruktning" , Science Daily , 3. februar 2003
- Michod, RE; Levin, BE, red. (1987). Evolusjonen av sex: En undersøkelse av nåværende ideer . Sunderland, Massachusetts: Sinauer Associates. ISBN 978-0878934584.
- Michod, RE (1994). Eros og evolusjon: En naturlig filosofi om sex . Perseus bøker. ISBN 978-0201407549.