Biológia szakok i
tanulási eredmények
- értsd meg, hogy a szexuális reprodukció vezet a különböző szexuális életciklusok
a szexuális reprodukció korai evolúciós újítás volt az eukarióta sejtek megjelenése után. Úgy tűnik, hogy nagyon sikeres volt, mert a legtöbb eukarióta képes szexuálisan szaporodni, és sok állatban ez az egyetlen szaporodási mód. A tudósok mégis felismerik a szexuális szaporodás valódi hátrányait. A felszínen az utódok létrehozása, amelyek a szülő genetikai klónjai, jobb rendszernek tűnik. Ha az anyaszervezet sikeresen elfoglalja az élőhelyet, az azonos tulajdonságokkal rendelkező utódok hasonlóan sikeresek lennének. Nyilvánvaló előnye van annak a szervezetnek is, amely utódokat hozhat létre, amikor a körülmények kedvezőek az ivartalan bimbózás, a széttöredezettség vagy az ivartalan petesejtek miatt. Ezek a reprodukciós módszerek nem igényelnek másik ellenkező nemű szervezetet. Valójában egyes organizmusok, amelyek magányos életmódot folytatnak, megtartották az ivartalan szaporodás képességét. Ezenkívül az aszexuális populációkban minden egyén képes szaporodni. A Szexuális populációkban a hímek nem maguk termelik az utódokat, így elméletileg az aszexuális populáció kétszer olyan gyorsan növekedhet.
azonban a többsejtű organizmusok, amelyek kizárólag az ivartalan szaporodástól függenek, rendkívül ritkák. Miért olyan gyakori a szexualitás (és a meiózis)? Ez az egyik legfontosabb megválaszolatlan kérdés a biológiában,és sok kutatás középpontjában állt a huszadik század második felében. Számos lehetséges magyarázat létezik, amelyek közül az egyik az, hogy a nemi szaporodás által az utódok között létrehozott variáció nagyon fontos a populáció túlélése és szaporodása szempontjából. Így, átlagban, a szexuálisan szaporodó populáció több leszármazottat hagy maga után, mint egy egyébként hasonló ivartalanul szaporodó populáció. Az aszexuális organizmusok variációjának egyetlen forrása a mutáció. Ez a Szexuális organizmusok végső variációs forrása, de ezen túlmenően ezek a különböző mutációk folyamatosan átalakulnak egyik generációról a másikra, amikor a különböző szülők egyesítik egyedi genomjukat, és a géneket különböző kombinációkba keverik a keresztezések során az I. profázisban és a véletlenszerű választékban az I. metafázisban.
a Vörös Királynő hipotézise
nem vitatott, hogy a nemi szaporodás evolúciós előnyökkel jár azoknak az organizmusoknak, amelyek ezt a mechanizmust alkalmazzák utódok előállítására. De miért marad fenn a nemi szaporodás még meglehetősen stabil körülmények között is, amikor az egyes szervezetek számára nehezebb és költségesebb? A variáció a nemi szaporodás eredménye, de miért szükségesek a folyamatos variációk? Írja be a Vörös Királynő hipotézisét, amelyet először Leigh Van Valen javasolt 1973-ban. A koncepciót a Vörös Királynő versenyére hivatkozva nevezték el Lewis Carroll könyvében, A Tükörön keresztül.
minden faj együtt fejlődik más organizmusokkal; például a ragadozók a zsákmányukkal, a paraziták pedig a gazdaszervezeteikkel fejlődnek. A kedvező variáció által elért minden apró előny előnyt biztosít a fajnak a közeli versenytársakkal, ragadozókkal, parazitákkal vagy akár zsákmányokkal szemben. Az egyetlen módszer, amely lehetővé teszi az Együtt fejlődő fajok számára, hogy fenntartsák saját részesedésüket az erőforrásokból, az is, hogy folyamatosan javítsák alkalmasságát. Amint az egyik faj előnyt szerez, ez növeli a szelekciót a másik fajon; nekik is előnyt kell kialakítaniuk, különben felülmúlják őket. Egyetlen faj sem halad előre túl messzire, mert a nemi szaporodás utódai közötti genetikai variáció minden faj számára biztosítja a gyors fejlődés mechanizmusát. Azok a fajok, amelyek nem tudnak lépést tartani, kihalnak. A Vörös Királynő jelszava az volt: “minden futás szükséges ahhoz, hogy ugyanazon a helyen maradjon.”Ez egy találó leírása a Versengő Fajok közötti együttfejlődésnek.
A nemi úton szaporodó organizmusok életciklusai
a megtermékenyítés és a meiózis váltakozik a Szexuális életciklusokban. Az, hogy mi történik e két esemény között, a szervezettől függ. A meiózis folyamata felére csökkenti a kromoszóma számát. A megtermékenyítés, két haploid ivarsejt összekapcsolása helyreállítja a diploid állapotot. A többsejtű organizmusokban az életciklusoknak három fő kategóriája van: diploid-domináns, amelyben a többsejtű diploid stádium a legkézenfekvőbb életszakasz, mint például a legtöbb állatnál, beleértve az embereket is; haploid-domináns, amelyben a többsejtű haploid stádium a legkézenfekvőbb életszakasz, például minden gombával és néhány algával; és generációk váltakozása, amelyben a két szakasz a csoporttól függően különböző mértékben nyilvánvaló, mint a növények és egyes algák esetében.
Diploid-domináns életciklus
szinte minden állat diploid-domináns életciklus stratégiát alkalmaz, amelyben a szervezet által termelt egyetlen haploid sejt az ivarsejtek. Az embrió fejlődésének korai szakaszában speciális diploid sejtek, úgynevezett csírasejtek termelődnek az ivarmirigyekben, például a herékben és a petefészkekben. A csírasejtek képesek mitózisra a sejtvonal állandósítására, a meiózis pedig ivarsejtek előállítására. Miután a haploid ivarsejtek kialakultak, elveszítik az újbóli osztódás képességét. Nincs többsejtű haploid életszakasz. A megtermékenyítés két ivarsejt fúziójával történik, általában különböző egyénekből, helyreállítva a diploid állapotot (1.ábra).
1.ábra. Állatokban a szexuálisan szaporodó felnőttek haploid ivarsejteket képeznek diploid csírasejtekből. Az ivarsejtek fúziója megtermékenyített petesejtet vagy zigótát eredményez. A zigóta több mitózis fordulón megy keresztül, hogy többsejtű utódot hozzon létre. A csírasejtek a zigóta fejlődésének korai szakaszában keletkeznek.
Haploid-domináns életciklus
a legtöbb gomba és alga olyan életciklustípust alkalmaz, amelyben a szervezet “teste”-az életciklus ökológiailag fontos része—haploid. A domináns többsejtű stádium szöveteit alkotó haploid sejteket mitózis alkotja. A nemi szaporodás során két egyedből származó speciális haploid sejtek, amelyek a (+) és (−) párzási típusokat jelölik, csatlakoznak, hogy diploid zigótát képezzenek. A zigóta azonnal meiózison megy keresztül, hogy négy spórának nevezett haploid sejtet képezzen. Bár haploid, mint a” szülők”, ezek a spórák két szülő új genetikai kombinációját tartalmazzák. A spórák különböző időszakokban szunnyadhatnak. Végül, amikor a körülmények kedvezőek, a spórák többsejtű haploid struktúrákat képeznek a mitózis sok fordulójával (1.példa).
gyakorlati kérdés
2.ábra. A gombák, mint például a fekete kenyér penész (Rhizopus nigricans), haploid-domináns életciklusokkal rendelkeznek. A haploid többsejtű stádium mitózissal speciális haploid sejteket termel, amelyek összeolvadnak, hogy diploid zigótát képezzenek. A zigóta meiózison megy keresztül, hogy haploid spórákat termeljen. Minden spóra mitózissal többsejtű haploid szervezetet hoz létre. (credit” zygomycota ” mikrográf: a “Fanaberka”munkájának módosítása/Wikimedia Commons)
ha olyan mutáció következik be, hogy a gomba már nem képes mínusz párzási típust előállítani, akkor is képes lesz reprodukálni?
generációk váltakozása
a harmadik életciklus típus, amelyet egyes algák és minden növény alkalmaz, a haploid-domináns és a diploid-domináns szélsőségek keveréke. A generációk váltakozásával rendelkező fajok életciklusuk részeként mind haploid, mind diploid többsejtű organizmusokkal rendelkeznek. A haploid többsejtű növényeket gametofitáknak nevezik, mert speciális sejtekből ivarsejteket termelnek. A meiózis ebben az esetben nem vesz részt közvetlenül az ivarsejtek termelésében, mert az ivarsejteket termelő szervezet már haploid. Az ivarsejtek közötti megtermékenyítés diploid zigótát képez. A zigóta sok mitózison megy keresztül, és egy diploid többsejtű növényt hoz létre, amelyet sporofitának neveznek. A sporophyte speciális sejtjei meiózison mennek keresztül, és haploid spórákat termelnek. A spórák később gametofitákká alakulnak (3. ábra).
3.ábra. A növények életciklusa váltakozik a többsejtű haploid organizmus és a többsejtű diploid organizmus között. Egyes növényekben, például páfrányokban, mind a haploid, mind a diploid növényi szakaszok szabadon élnek. A diploid növényt sporofitának nevezik, mert meiózissal haploid spórákat termel. A spórák többsejtű, haploid növényekké fejlődnek, amelyeket gametofitáknak neveznek, mert ivarsejteket termelnek. Két egyén ivarsejtjei összeolvadnak, hogy diploid zigótát képezzenek, amely sporofitává válik. (credit “fern”: módosítása munka Cory Zanker; credit “sporangia”: módosítása munka “Obsidian Soul” / Wikimedia Commons; credit “gametophyte és sporophyte”: a munka módosítása “Vlmastra”/Wikimedia Commons)
bár minden növény a generációk váltakozásának valamilyen változatát használja, a sporophyte és a gametophyte relatív mérete és a köztük lévő kapcsolat nagyon eltérő. Az olyan növényekben, mint a moha, a gametofita szervezet a szabadon élő növény, a sporofita pedig fizikailag függ a gametofitától. Más növényekben, például páfrányokban, mind a gametofita, mind a sporofita növények szabadon élnek; a sporofita azonban sokkal nagyobb. A magnövényekben, például a magnóliafákban és a százszorszépekben a gametofita csak néhány sejtből áll, és a női gametofita esetében teljesen megmarad a sporofitában.
a szexuális reprodukció számos formát ölt a többsejtű organizmusokban. Az életciklus minden típusának egy bizonyos pontján azonban a meiózis haploid sejteket termel, amelyek összeolvadnak egy másik szervezet haploid sejtjével. A variáció mechanizmusai-a keresztezés, a homológ kromoszómák véletlenszerű választéka, a véletlenszerű megtermékenyítés-a szexuális reprodukció minden változatában jelen vannak. Az a tény, hogy a Földön szinte minden többsejtű szervezet szexuális szaporodást alkalmaz, erős bizonyíték az egyedi génkombinációkkal rendelkező utódok előállításának előnyeire, bár vannak más lehetséges előnyök is.
összefoglalva: nemi szaporodás
szinte az összes eukarióta nemi szaporodáson megy keresztül. Úgy tűnik, hogy a meiózis által a reproduktív sejtekbe bevezetett variáció a nemi szaporodás egyik előnye, amely annyira sikeressé tette. A meiózis és a megtermékenyítés váltakozik a Szexuális életciklusokban. A meiózis folyamata egyedi ivarsejteknek nevezett reproduktív sejteket termel, amelyek fele a kromoszómák száma, mint a szülő sejt. A megtermékenyítés, a két egyedből származó haploid ivarsejtek fúziója helyreállítja a diploid állapotot. Így a nemi úton szaporodó organizmusok váltakoznak a haploid és a diploid szakaszok között. Azonban a reprodukciós sejtek előállításának módja, valamint a meiózis és a megtermékenyítés közötti időzítés nagyon eltérő. Az életciklusoknak három fő kategóriája van: diploid-domináns, a legtöbb állat bizonyítja; haploid-domináns, minden gomba és néhány alga bizonyítja; és a generációk váltakozása, amit a növények és egyes algák mutatnak.
próbáld ki
járulj hozzá!
az oldal Javításatovábbi információk