biologie pentru Majors I
rezultatele învățării
- înțelegeți modul în care reproducerea sexuală duce la diferite cicluri de viață sexuală
reproducerea sexuală a fost o inovație evolutivă timpurie după apariția celulelor eucariote. Se pare că a avut un mare succes, deoarece majoritatea eucariotelor sunt capabile să se reproducă sexual, iar la multe animale, este singurul mod de reproducere. Și totuși, oamenii de știință recunosc unele dezavantaje reale ale reproducerii sexuale. La suprafață, crearea de descendenți care sunt clone genetice ale părintelui pare a fi un sistem mai bun. Dacă organismul părinte ocupă cu succes un habitat, descendenții cu aceleași trăsături ar avea același succes. Există, de asemenea, beneficiul evident pentru un organism care poate produce descendenți ori de câte ori circumstanțele sunt favorabile prin înmugurire asexuată, fragmentare sau ouă asexuate. Aceste metode de reproducere nu necesită un alt organism de sex opus. Într-adevăr, unele organisme care duc un stil de viață solitar și-au păstrat capacitatea de a se reproduce asexuat. În plus, în populațiile asexuale, fiecare individ este capabil de reproducere. În populațiile sexuale, bărbații nu produc descendenții înșiși, astfel încât, în teorie, o populație asexuată ar putea crește de două ori mai repede.cu toate acestea, organismele multicelulare care depind exclusiv de reproducerea asexuată sunt extrem de rare. De ce este sexualitatea (și meioza) atât de comună? Aceasta este una dintre întrebările importante fără răspuns în biologie și a fost punctul central al multor cercetări începând din a doua jumătate a secolului al XX-lea. Există mai multe explicații posibile, dintre care una este că variația pe care o creează reproducerea sexuală în rândul descendenților este foarte importantă pentru supraviețuirea și reproducerea populației. Astfel, în medie, o populație care se reproduce sexual va lăsa mai mulți descendenți decât o populație care se reproduce asexuat altfel similară. Singura sursă de variație a organismelor asexuale este mutația. Aceasta este sursa supremă de variație a organismelor sexuale, dar în plus, aceste mutații diferite sunt continuu remaniate de la o generație la alta atunci când diferiți părinți își combină genomul unic, iar genele sunt amestecate în diferite combinații prin încrucișări în timpul profazei I și sortiment aleatoriu la metafaza I.
ipoteza Reginei Roșii
nu este în dispută faptul că reproducerea sexuală oferă avantaje evolutive organismelor care folosesc acest mecanism pentru a produce descendenți. Dar de ce, chiar și în fața unor condiții destul de stabile, reproducerea sexuală persistă atunci când este mai dificilă și mai costisitoare pentru organismele individuale? Variația este rezultatul reproducerii sexuale, dar de ce sunt necesare variații continue? Introduceți ipoteza Reginei Roșii, propusă pentru prima dată de Leigh Van Valen în 1973. Conceptul a fost numit cu referire la cursa Reginei Roșii în Lewis Carrollcartea lui, prin oglindă.
toate speciile co-evoluează cu alte organisme; de exemplu, prădătorii evoluează cu prada lor, iar paraziții evoluează cu gazdele lor. Fiecare avantaj mic câștigat de variația favorabilă oferă unei specii un avantaj față de concurenții apropiați, prădători, paraziți sau chiar pradă. Singura metodă care va permite unei specii care evoluează în co-evoluție să-și mențină propria parte din resurse este, de asemenea, să-și îmbunătățească continuu capacitatea. Pe măsură ce o specie câștigă un avantaj, acest lucru crește selecția pe celelalte specii; ele trebuie să dezvolte, de asemenea, un avantaj sau vor fi depășite. Nicio specie nu progresează prea departe, deoarece variația genetică între descendenții reproducerii sexuale oferă tuturor speciilor un mecanism de îmbunătățire rapidă. Speciile care nu pot ține pasul dispar. Sloganul Reginei Roșii a fost: „este nevoie de toată alergarea pe care o puteți face pentru a rămâne în același loc.”Aceasta este o descriere adecvată a co-evoluției între speciile concurente.
ciclurile de viață ale organismelor care se reproduc sexual
fertilizarea și meioza alternează în ciclurile de viață sexuală. Ce se întâmplă între aceste două evenimente depinde de organism. Procesul de meioză reduce numărul cromozomilor la jumătate. Fertilizarea, îmbinarea a doi gameți haploizi, restabilește starea diploidă. Există trei categorii principale de cicluri de viață în organismele multicelulare: diploid-dominant, în care stadiul diploid multicelular este cel mai evident stadiu de viață, cum ar fi cu majoritatea animalelor, inclusiv oamenii; haploid-dominant, în care stadiul haploid multicelular este cel mai evident stadiu de viață, cum ar fi cu toate ciupercile și unele alge; și alternanța generațiilor, în care cele două etape sunt evidente în grade diferite în funcție de grup, ca și în cazul plantelor și al unor alge.
ciclul de viață dominant Diploid
aproape toate animalele folosesc o strategie de ciclu de viață dominantă diploidă în care singurele celule haploide produse de organism sunt gameții. La începutul dezvoltării embrionului, celulele diploide specializate, numite celule germinale, sunt produse în gonade, cum ar fi testiculele și ovarele. Celulele germinale sunt capabile de mitoză pentru a perpetua linia celulară și meioză pentru a produce gameți. Odată ce se formează gameții haploizi, își pierd capacitatea de a se diviza din nou. Nu există o etapă de viață haploidă multicelulară. Fertilizarea are loc prin fuziunea a doi gameți, de obicei de la indivizi diferiți, restabilind starea diploidă (Figura 1).
Figura 1. La animale, adulții care se reproduc sexual formează gameți haploizi din celulele germinale diploide. Fuziunea gameților dă naștere unei celule de ou fertilizate sau zigotului. Zigotul va suferi mai multe runde de mitoză pentru a produce un descendent multicelular. Celulele germinale sunt generate la începutul dezvoltării zigotului.
ciclul de viață dominant Haploid
majoritatea ciupercilor și algelor folosesc un tip de ciclu de viață în care „corpul” organismului-partea importantă din punct de vedere ecologic a ciclului de viață-este haploid. Celulele haploide care alcătuiesc țesuturile stadiului multicelular dominant sunt formate prin mitoză. În timpul reproducerii sexuale, celulele haploide specializate de la doi indivizi, desemnați tipurile de împerechere (+) și ( − ), se unesc pentru a forma un zigot diploid. Zigotul suferă imediat meioză pentru a forma patru celule haploide numite spori. Deși haploid ca „părinții”, acești spori conțin o nouă combinație genetică de la doi părinți. Sporii pot rămâne latenți pentru diferite perioade de timp. În cele din urmă, atunci când condițiile sunt favorabile, sporii formează structuri haploide multicelulare prin multe runde de mitoză (Exemplul 1).
întrebare practică
Figura 2. Ciupercile, cum ar fi mucegaiul de pâine neagră (Rhizopus nigricans), au cicluri de viață dominante haploide. Stadiul multicelular haploid produce celule haploide specializate prin mitoză care fuzionează pentru a forma un zigot diploid. Zigotul suferă meioză pentru a produce spori haploizi. Fiecare spor dă naștere unui organism haploid multicelular prin mitoză. (credit micrograful „zygomycota”: modificarea lucrării de către „Fanaberka” /Wikimedia Commons)
Dacă apare o mutație astfel încât o ciupercă să nu mai poată produce un tip de împerechere minus, va mai putea să se reproducă?
alternanța generațiilor
al treilea tip de ciclu de viață, folosit de unele alge și de toate plantele, este un amestec al extremelor dominante haploid și diploid-dominante. Speciile cu alternanță de generații au atât organisme multicelulare haploide, cât și diploide, ca parte a ciclului lor de viață. Plantele multicelulare haploide sunt numite gametofite, deoarece produc gameți din celule specializate. Meioza nu este direct implicată în producerea de gameți în acest caz, deoarece organismul care produce gameții este deja un haploid. Fertilizarea între gameți formează un zigot diploid. Zigotul va suferi multe runde de mitoză și va da naștere unei plante multicelulare diploide numite sporofit. Celulele specializate ale sporofitului vor suferi meioză și vor produce spori haploizi. Sporii se vor dezvolta ulterior în gametofite (Figura 3).
Figura 3. Plantele au un ciclu de viață care alternează între un organism haploid multicelular și un organism diploid multicelular. La unele plante, cum ar fi ferigile, atât etapele plantelor haploide, cât și cele diploide trăiesc liber. Planta diploidă se numește sporofit, deoarece produce spori haploizi prin meioză. Sporii se dezvoltă în plante haploide multicelulare numite gametofite, deoarece produc gameți. Gameții a doi indivizi se vor contopi pentru a forma un zigot diploid care devine sporofit. (credit „fern”: modificarea lucrării de Cory Zanker; credit „sporangia”: modificarea lucrării de „Obsidian Soul” /Wikimedia Commons; credit „gametofit și sporofit” : modificarea lucrării de către „Vlmastra” /Wikimedia Commons)
deși toate plantele utilizează o versiune a alternanței generațiilor, dimensiunea relativă a sporofitului și gametofitului și relația dintre ele variază foarte mult. La plante precum mușchiul, organismul gametofit este planta cu viață liberă, iar sporofitul este dependent fizic de gametofit. La alte plante, cum ar fi ferigile, atât plantele gametofite, cât și sporofitele trăiesc liber; cu toate acestea, sporofitul este mult mai mare. La plantele de semințe, cum ar fi magnolia și margaretele, gametofitul este compus din doar câteva celule și, în cazul gametofitului feminin, este complet reținut în sporofit.
reproducerea sexuală ia multe forme în organismele multicelulare. Cu toate acestea, la un moment dat în fiecare tip de ciclu de viață, meioza produce celule haploide care se vor contopi cu celula haploidă a unui alt organism. Mecanismele de variație—crossover, sortarea aleatorie a cromozomilor omologi și fertilizarea aleatorie—sunt prezente în toate versiunile reproducerii sexuale. Faptul că aproape fiecare organism multicelular de pe Pământ folosește reproducerea sexuală este o dovadă puternică pentru beneficiile producerii de descendenți cu combinații unice de gene, deși există și alte beneficii posibile.
în rezumat: reproducerea sexuală
aproape toate eucariotele suferă reproducere sexuală. Variația introdusă în celulele reproductive prin meioză pare a fi unul dintre avantajele reproducerii sexuale care a făcut-o atât de Reușită. Meioza și fertilizarea se alternează în ciclurile vieții sexuale. Procesul de meioză produce celule reproductive unice numite gameți, care au jumătate din numărul de cromozomi ca celulă părinte. Fertilizarea, fuziunea gameților haploizi de la doi indivizi, restabilește starea diploidă. Astfel, organismele care reproduc sexual alternează între etapele haploide și diploide. Cu toate acestea, modurile în care sunt produse celulele reproductive și calendarul dintre meioză și fertilizare variază foarte mult. Există trei categorii principale de cicluri de viață: diploid-dominant, demonstrat de majoritatea animalelor; haploid-dominant, demonstrat de toate ciupercile și unele alge; și alternanța generațiilor, demonstrată de plante și unele alge.
încercați să-l
contribuie!
îmbunătățiți această paginăaflați mai multe