biologi for Majors i
læringsresultater
- forstå, hvordan seksuel reproduktion fører til forskellige seksuelle livscyklusser
seksuel reproduktion var en tidlig evolutionær innovation efter udseendet af eukaryote celler. Det ser ud til at have været meget vellykket, fordi de fleste eukaryoter er i stand til at reproducere seksuelt, og i mange dyr er det den eneste reproduktionsmåde. Og alligevel anerkender forskere nogle reelle ulemper ved seksuel reproduktion. På overfladen synes det at være et bedre system at skabe afkom, der er genetiske kloner af forældrene. Hvis moderorganismen med succes besætter et levested, ville afkom med de samme træk være tilsvarende vellykkede. Der er også den åbenlyse fordel for en organisme, der kan producere afkom, når omstændighederne er gunstige ved aseksuel spirende, fragmentering eller aseksuelle æg. Disse reproduktionsmetoder kræver ikke en anden organisme af det modsatte køn. Faktisk har nogle organismer, der fører en ensom livsstil, bevaret evnen til at reproducere aseksuelt. Derudover er hvert individ i aseksuelle populationer i stand til reproduktion. I seksuelle populationer producerer mændene ikke afkomene selv, så i teorien kunne en aseksuel befolkning vokse dobbelt så hurtigt.
imidlertid er multicellulære organismer, der udelukkende afhænger af aseksuel reproduktion, meget sjældne. Hvorfor er seksualitet (og meiose) så almindelig? Dette er et af de vigtige ubesvarede spørgsmål inden for biologi og har været i fokus for meget forskning, der begyndte i sidste halvdel af det tyvende århundrede. Der er flere mulige forklaringer, hvoraf den ene er, at den variation, som seksuel reproduktion skaber blandt afkom, er meget vigtig for befolkningens overlevelse og reproduktion. Dermed, gennemsnitlig, en seksuelt reproducerende befolkning vil efterlade flere efterkommere end en ellers lignende aseksuelt reproducerende befolkning. Den eneste kilde til variation i aseksuelle organismer er mutation. Dette er den ultimative kilde til variation i seksuelle organismer, men derudover blandes disse forskellige mutationer kontinuerligt fra generation til generation, når forskellige forældre kombinerer deres unikke genomer, og generne blandes i forskellige kombinationer ved crossovers under profase i og tilfældigt sortiment ved metafase I.
Den Røde Dronninghypotese
det er ikke bestridt, at seksuel reproduktion giver evolutionære fordele for organismer, der anvender denne mekanisme til at producere afkom. Men hvorfor fortsætter seksuel reproduktion, selv i lyset af forholdsvis stabile forhold, når det er vanskeligere og dyrere for individuelle organismer? Variation er resultatet af seksuel reproduktion, men hvorfor er løbende variationer nødvendige? Indtast den røde dronning hypotese, først foreslået af Leigh Van Valen i 1973. Konceptet blev navngivet med henvisning til Den Røde dronnings løb i Levis Carrolls bog, Through the Looking-Glass.
alle arter udvikler sig sammen med andre organismer; for eksempel udvikler rovdyr sig med deres bytte, og parasitter udvikler sig med deres værter. Hver lille fordel opnået ved gunstig variation giver en art en kant over nære konkurrenter, rovdyr, parasitter eller endda bytte. Den eneste metode, der gør det muligt for en co-udviklende art at opretholde sin egen andel af ressourcerne, er også løbende at forbedre sin kondition. Da en art får en fordel, øger dette udvælgelsen på de andre arter; de skal også udvikle en fordel, ellers bliver de udkonkurreret. Ingen enkelt art skrider for langt frem, fordi genetisk variation blandt afkom af seksuel reproduktion giver alle arter en mekanisme til at forbedre sig hurtigt. Arter, der ikke kan holde op, uddør. Den Røde dronnings slagord var, ” det tager alt det løb, du kan gøre for at blive på samme sted.”Dette er en passende beskrivelse af co-evolution mellem konkurrerende arter.
livscyklus for seksuelt reproducerende organismer
befrugtning og meiose veksler i seksuelle livscyklusser. Hvad der sker mellem disse to begivenheder afhænger af organismen. Processen med meiose reducerer kromosomnummeret med halvdelen. Befrugtning, sammenføjning af to haploide kønsceller, gendanner den diploide tilstand. Der er tre hovedkategorier af livscyklusser i multicellulære organismer: diploid-dominerende, hvor det multicellulære diploide stadium er det mest oplagte livsstadium, såsom hos de fleste dyr inklusive mennesker; haploid-dominerende, hvor det multicellulære haploide stadium er det mest oplagte livsstadium, såsom med alle svampe og nogle alger; og generationsskifte, hvor de to faser er tydelige i forskellige grader afhængigt af gruppen, som med planter og nogle alger.
Diploid-dominerende livscyklus
næsten alle dyr anvender en diploid-dominerende livscyklusstrategi, hvor de eneste haploide celler produceret af organismen er kønsceller. Tidligt i udviklingen af embryoet produceres specialiserede diploide celler, kaldet kimceller, inden for gonaderne, såsom testiklerne og æggestokkene. Kimceller er i stand til mitose til at forevige cellelinjen og meiose til at producere kønsceller. Når de haploide gameter er dannet, mister de evnen til at opdele igen. Der er ikke noget multicellulært haploid livsstadium. Befrugtning sker ved sammensmeltning af to kønsceller, normalt fra forskellige individer, genoprette diploid tilstand (Figur 1).
Figur 1. Hos dyr danner seksuelt reproducerende voksne haploide kønsceller fra diploide kimceller. Fusion af kønscellerne giver anledning til en befrugtet ægcelle eller en ægcelle. Gygoten vil gennemgå flere runder af mitose for at producere et multicellulært afkom. Kimcellerne genereres tidligt i udviklingen af gygoten.
Haploid-dominerende livscyklus
de fleste svampe og alger anvender en livscyklustype, hvor organismens “krop”-den økologisk vigtige del af livscyklussen—er haploid. De haploide celler, der udgør vævene i det dominerende multicellulære stadium, dannes af mitose. Under seksuel reproduktion deltager specialiserede haploide celler fra to individer, der betegnes (+) og (−) parringstyperne, for at danne en diploid kindben. Meiosen gennemgår straks meiosen for at danne fire haploide celler kaldet sporer. Selvom haploid som” forældrene ” indeholder disse sporer en ny genetisk kombination fra to forældre. Sporerne kan forblive sovende i forskellige tidsperioder. Til sidst, når forholdene er befordrende, danner sporerne multicellulære haploide strukturer ved mange runder af mitose (eksempel 1).
praksis spørgsmål
figur 2. Svampe, såsom sort brød skimmel (jordstængler nigricans), har haploid-dominerende livscyklus. Det haploide multicellulære trin producerer specialiserede haploide celler ved mitose, der smelter sammen til dannelse af en diploid kindtand. Meiose forekommer i meiosen for at producere haploide sporer. Hver spore giver anledning til en multicellulær haploid organisme ved mitose. hvis der opstår en mutation, så en svamp ikke længere er i stand til at producere en minus parringstype, vil den stadig være i stand til at reproducere?
generationsskifte
den tredje livscyklustype, der anvendes af nogle alger og alle planter, er en blanding af de haploid-dominerende og diploid-dominerende ekstremer. Arter med generationsskifte har både haploide og diploide multicellulære organismer som en del af deres livscyklus. De haploide multicellulære planter kaldes gametofytter, fordi de producerer gameter fra specialiserede celler. Meiose er ikke direkte involveret i produktionen af kønsceller i dette tilfælde, fordi organismen, der producerer kønscellerne, allerede er en haploid. Befrugtning mellem kønscellerne danner en diploid kindben. Gygoten vil gennemgå mange runder af mitose og give anledning til en diploid multicellulær plante kaldet en sporofyt. Specialiserede celler af sporofyten vil gennemgå meiose og producere haploide sporer. Sporerne vil efterfølgende udvikle sig til gametofytterne (figur 3).
figur 3. Planter har en livscyklus, der veksler mellem en multicellulær haploid organisme og en multicellulær diploid organisme. I nogle planter, såsom bregner, er både haploide og diploide plantefaser fritlevende. Den diploide plante kaldes en sporophyte, fordi den producerer haploide sporer ved meiose. Sporerne udvikler sig til multicellulære, haploide planter kaldet gametofytter, fordi de producerer kønsceller. Kønsceller af to individer vil smelte sammen for at danne en diploid gygote, der bliver sporofyten. (credit “fern”: ændring af arbejde af Cory sanker; credit “sporangia”: ændring af arbejde af “Obsidian Soul” / Commons; credit “gametophyte and sporophyte”: selvom alle planter bruger en eller anden version af generationsskiftet, varierer den relative størrelse af sporofyten og gametofyten og forholdet mellem dem meget. I planter som mos er gametofytorganismen den fritlevende plante, og sporofyten er fysisk afhængig af gametofyten. I andre planter, såsom bregner, er både gametofyt-og sporofytplanterne fritlevende; sporofyten er dog meget større. I frøplanter, såsom magnoliatræer og tusindfryd, består gametofyten kun af nogle få celler, og i tilfælde af den kvindelige gametofyt bevares den fuldstændigt inden i sporofyten.
seksuel reproduktion tager mange former i multicellulære organismer. På et tidspunkt i hver type livscyklus producerer meiose imidlertid haploide celler, der smelter sammen med den haploide celle i en anden organisme. Variationsmekanismerne-crossover, tilfældigt sortiment af homologe kromosomer og tilfældig befrugtning—er til stede i alle versioner af seksuel reproduktion. Det faktum, at næsten alle multicellulære organismer på jorden anvender seksuel reproduktion, er stærkt bevis for fordelene ved at producere afkom med unikke genkombinationer, selvom der også er andre mulige fordele.
Sammenfattende: seksuel reproduktion
næsten alle eukaryoter gennemgår seksuel reproduktion. Variationen indført i reproduktionscellerne ved meiose synes at være en af fordelene ved seksuel reproduktion, der har gjort det så vellykket. Meiose og befrugtning veksler i seksuelle livscyklus. Processen med meiose producerer unikke reproduktive celler kaldet gameter, som har halvdelen af antallet af kromosomer som modercellen. Befrugtning, fusion af haploide kønsceller fra to individer, gendanner den diploide tilstand. Således skifter seksuelt reproducerende organismer mellem haploide og diploide stadier. Imidlertid varierer måderne, hvorpå reproduktionsceller produceres, og timingen mellem meiose og befrugtning meget. Der er tre hovedkategorier af livscyklusser: diploid-dominerende, demonstreret af de fleste dyr; haploid-dominerende, demonstreret af alle svampe og nogle alger; og alternationen af generationer, demonstreret af planter og nogle alger.
prøv det
bidrage!
forbedre denne sidelær mere