Обеспечение эффективности размножения у животных и растений
Обновлено: 28.09.2024
В животном мире существует целый ряд способов размножения, например, прямое деление или почкование, характерные для низших беспозвоночных, а также партеногенез, отмечаемый даже у высших позвоночных. Совершенно очевидно, что именно бесполое размножение представляет собой наиболее простой и наименее энергоемкий путь увеличения численности особей. Однако, почему-то, в процессе эволюции возник сложный, сопряженный с множеством проблем и условностей, процесс полового размножения.
Половое размножение.
1. Конъюгация. Половое размножение появляется у животных уже на самых низших ступенях эволюционной лестницы. Так, уже у простейших одноклеточных микроорганизмов — инфузорий, размножающихся прямым делением, наблюдается так называемая конъюгация, представляющая собой некий аналог полового процесса. В процессе конъюгации две инфузории как бы срастаются, на время, в течение которого обмениваются наследственной информацией. Затем инфузории разъединяются, и затем каждая продолжает делиться сама по себе.
2. Партеногенез. У целого ряда беспозвоночных, а также многих позвоночных животных отмечается такое явление, как партеногенез, при котором самки откладывают яйца или рожают живых детенышей без участия самцов. Вылупляются из этих яиц или рождаются подобным образом только самки, причем интересно, что в природе существуют целые локальные популяции подобных видов. Подобная популяция скальных ящериц была обнаружена в Армении. В остальных местах своего обитания этот, весьма обычный вид, размножается обычным образом.
Партеногенез в экспериментальных условиях возможен даже у млекопитающих. Для этого необходимо каким-либо образом стимулировать к делению неоплодотворенную яйцеклетку, что осуществимо разными путями, например, просто нанесением укола микроиглой.
3. Гермафродитизм. У целого ряда беспозвоночных животных имеет место гермафродитизм, при котором у каждой особи имеются как мужские, так и женские половые железы. Среди наиболее известных животных гермафродитами являются, например, дождевые черви, пиявки и многие виды улиток. Однако, несмотря на то, что у подобных животных каждая особь производит и яйцеклетки, и сперматозоиды, они спариваются друг с другом, производя взаимный обмен половыми клетками. У крупных, не имеющих раковин, моллюсков аплизий или морских зайцев, обитающих в прибрежной зоне моря, в процессе оплодотворения может одновременно принимать участие до 10-12 особей, играя сразу как роли самцов, так и роли самок.
Однако, несмотря на наличие у животных-гермафродитов половых клеток обоих типов, они крайне редко прибегают к самооплодотворению, и напротив, обычно стремятся к спариванию с другими, предпочтительно не родственными особями.
4. Смена пола. У некоторых животных, в том числе у целого ряда видов рыб, с возрастом происходит смена пола. Так, у хорошо известных аквариумистам рыбок-меченосцев довольно обычным является превращение немолодых самок в самцов. При этом у них вырастает мечевидный отросток на хвосте, имеющийся только у самцов, и они начинают проявлять типичное половое поведение, успешно оплодотворяя самок. Аналогичное явление наблюдается и у небольших рыбок морских юнкеров, обитающих в прибрежной зоне Черного моря. У некоторых видов рыб отмечен и обратный процесс: превращение самцов в самку.
5. Чередование половых и бесполых типов размножения. У таких беспозвоночных, как кишечнополостные, черви разных типов, иглокожие, параллельно существуют как половое, так и бесполое размножение. Для множества беспозвоночных характерно чередование половых и бесполых поколений. Так, например, коралловые полипы, весьма активно разрастающиеся за счет вегетативного размножения, периодически производят огромное количество подвижных мужских и женских половых клеток. Оплодотворение происходит в толще воды. Из образовавшихся при этом зигот развиваются подвижные личинки, которые оседают на подходящий субстрат и дают начало новым колониям кораллов. Аналогичным путем размножаются все прикрепленные формы: губки, мшанки, гидроидные полипы и т.д.
У некоторых видов наблюдается чередования партеногенеза с нормальным половым размножением. Так, например, тли, в течение всего лета размножаются живорождением, при котором, неоплодотворенные самки рожают одних самок. Молодые самки тлей начинают рожать следующих самок уже в возрасте нескольких часов.
Таким образом, в течение лета проходит огромная череда бесполых поколений. Зоологи подсчитали, что если бы все потомство одной тли выживало, то оно за одно лето могло бы покрыть сплошным покрывалом весь земной шар. К счастью, поскольку тлями питается множество других животных, этого не происходит. Казалось бы, данный способ размножения тлей весьма успешен и не требует желать ничего лучшего. Однако осенью многие тли откладывают яйца, из них выводятся самцы, которые оплодотворяют сравнительно небольшое количество самок.
В то время как осенью большинство тлей, закончив свой жизненный цикл, погибает, оплодотворенные самки успешно переживают зиму и весной откладывают яйца. Из яиц вылупляются крылатые тли, они разлетаются в разных направлениях, и, осев на подходящих кормовых растениях, утрачивают крылья и начинают размножаться партеногенезом. Очевидно, что для успешного выживания в условиях континентального климата тлям оказывается необходимым расширение спектра изменчивости в геноме, обеспечиваемое половым размножением.
Таким образом, основное значение полового размножения заключается не просто в увеличении количества особей, а в расширении генофонда, в дальнейшем способствующего естественному отбору.
Особенности процесса размножения животных
Размножение — свойство живых организмов воспроизводить себе подобные особи.
Животные размножаются бесполым и половым путем. Бесполое размножение свойственно преимущественно низшим животным. При бесполом размножении от материнской особи отделяется часть ее тела или вся особь делится на две или большее число частей, каждая из которых развивается в самостоятельное животное.
Различают несколько способов бесполого размножения животных: деление, почкование, шизогонию (рис. 23).
Рис. 23. Бесполое размножение протозоа:
/—деление амебы; 2 — почкование инфузории (сувойки); 3 шизогония малярийного плазмодия
Рис. 24. Формы сперматозоидов:
/ — барана; 2 — рака; 3 — круглого червя; 4
Деление заключается в перетяжке материнской особи на две более или менее равные части, каждая из которых становится новым организмом.
Почкование — такое бесполое размножение, когда на теле материнской особи образуется вырост (почка), постепенно приобретающей форму и строение взрослого животного.
После отделения (отпочкования) от материнского организма новая особь начинает вести самостоятельную жизнь.
Множественное деление (шизогония) наблюдается у ряда паразитических одноклеточных животных. Сначала ядро материнского организма многократно делится, что ведет к образованию многоядерного шизонта. Затем вокруг каждого ядра обособляется участок цитоплазмы и шизонт распадается на многочисленные мелкие дочерние особи (мерозоиты), что влечет за собой быстрое накопление паразитов в теле хозяина.
Половое размножение присуще всем типам животных.
При половом размножении новый организм развивается из зиготы, образующейся в результате оплодотворения яйца сперматозоидом.
Женская половая клетка — яйцо (яйцеклетка) обычно имеет округлую или овальную форму и состоит из цитоплазмы и ядра. В цитоплазме содержится то или иное количество питательного вещества. Яйцо, как правило, покрыто оболочками различного строения.
Мужские половые клетки — с п е р м а т о з о и д ы имеют разнообразную форму (рис. 24), но обычно состоят из головки, соединительной части и хвоста, который служит для движения в жидкой среде.
Большую часть головки занимает ядро.
У одних многоклеточных животных (как правило, обитающих в воде) наблюдается наружное оплодотворение: как яйца, так и сперматозоиды выделяются в воду, где и происходит их слияние. Другим животным свойственно внутреннее оплодотворен и е: сперма вводится в половые пути самки, и там совершается акт оплодотворения яйца сперматозоидом. Иногда животное развивается из неоплодотворенного яйца; такое размножение называется девственным — парте-иогенетическим.
Размножение многоклеточных животных
Животные, как и растения, размножаются бесполым и поповым способами. Особенности размножения многоклеточных животных во многом определены условиями их обитания.
Бесполое размножение характерно для наиболее просто устроенных животных, например, гидры.
Летом при благоприятных условиях она размножается почкованием. На тело гидры образуется выпячивание стенки тела — ночка, которая растет, формируя на вершине рот и зачатки щупалец. Почка у основания отшнуровывается, падает на дно и переходит к самостоятельной жизни. Иногда почкование идет так энергично, что еще до отрывания первой почки на гидре успевают образоваться 2—3 другие.
Многие животные, в том числе и гидра, перед наступлением холодов размножаются половым путем.
Начинается этот процесс с образования половых клеток — гамет. Мужские половые клетки животных — сперматозоиды. Они мелкие и подвижные в отличие от спермиев.
Сперматозоиды формируются у самцов к мужских половых железах — семенниках. Женские половые клетки яйцеклетки неподвижны и имеют большой запас питательных веществ. Они образуются у самок в женских половых железах — яичниках. При половом размножении происходит слияние двух половых клеток — яйцеклетки и сперматозоида. Этот процесс называется оплодотворением. Из образовавшейся клетки — зиготы формируется новый организм, сочетающий признаки обоих родителей.
Преимущество полового размножения перед бесполым состоит в том, что потомки похожи на родителей и в то же время незначительно отличаются от них и от друг от друга.
Это позволяет организмам одного вида лучше приспособиться к меняющимся условиям обитания.
У большинства рыб и земноводных (лягушки, жабы, тритоны) яйцеклетки оплодотворяются сперматозоидами в окружающей их водной среде.
Такое оплодотворение называется наружным. Если оплодотворение клетки происходит внутри тола самки, оно называется внутренним. Внутреннее оплодотворение характерно для насекомых, пресмыкающихся, птиц, млекопитающих.
Развитие нового организма
Развитие нового организма может происходить во внешней среде или внутри организма матери.
Многие животные откладывают яйца в тех местах, где имеются условия для их развития. Насекомые — там, где есть пища для выходящей из яйца личинки (на листьях, в бутонах цветков, рядом с завязавшимися плодами).
Пресмыкающиеся обычно помещают кладку в песок, почву или гниющие листья. Под действием температуры окружающей среды или в результате выделения тепла гниющими растительными остатками в яйцах развиваются зародыши.
Ящерицы, черепахи, крокодилы, птицы откладывают оплодотворенные яйца с большим запасом питательных веществ.
Яйца ящериц и ямой покрыты снаружи кожистой оболочкой, а яйца крокодилов, черепах и птиц имеют известковую скорлупу.
Все эти животные называются яйцекладущими. У млекопитающих зародыш из зиготы развивается в особом органе самки — матке. Такое развитие называется внутриутробным. Зародыш хорошо защищен от неблагоприятных воздействий среды. Это обеспечивает высокую выживаемость потомства млекопитающих. На свет появляются вполне сформированные детеныши.
Такие животные называются живородящими.
Безусловно, в данном случае оно представляет собой основную форму самовоспроизведения. Косвенным свидетельством этому служит тот факт, что современные прокариотные организмы (бактерии) размножаются исключительно бесполым путем — делением материнской клетки-организма надвое.
Такой способ свойствен и многим одноклеточным эукариотным организмам — водорослям, грибам, простейшим. Причем для некоторых из них (например, у амеб) он единственный. Разделению тела материнской клетки предшествует митотическое деление ядра — образуются два дочерних ядра, идентичные как друг другу, так и материнскому. Вслед за этим происходит разделение цитоплазмы и образование двух дочерних клеток.
У некоторых одноклеточных (например, у жгутиконосцев) встречается размножение путем почкования.
В этом случае параллельно с митотическим делением ядра в материнской клетке формируется небольшое выпячивание цитоплазмы, куда перемещается одно из дочерних ядер. Затем этот фрагмент отпочковывается и образуется мелкая дочерняя особь. Некоторое время она растет и развивается, достигая затем размеров материнского организма.
Особую форму бесполого размножения одноклеточных организмов представляет шизогония — множественное деление (например, у грибов, простейших): в клетке материнского организма увеличивается объем цитоплазмы, а ядро многократно митотически делится.
В определенный момент материнская клетка разделяется, одновременно порождая множество дочерних особей, число которых соответствует числу образовавшихся ядер.
Еще одним способом бесполого размножения у ряда одноклеточных (бактерии, грибы, паразитические простейшие) является спорообразование. В результате формируются споры — особые клетки, окруженные плотной оболочкой и устойчивые к неблагоприятным внешним условиям.
На стадии их появления одноклеточный организм неактивен — не питается, не движется и т. д. При попадании же споры в благоприятные условия оболочка ее разрушается и высвободившийся организм начинает вести себя активно.
Образование спор нередко сочетается с бесполым размножением одноклеточного организма либо путем множественного деления, либо надвое.
Это особенно выгодно для паразитических одноклеточных, распространение которых, т. е. заражение новых хозяев, часто связано с выходом во внешнюю среду.
Бесполое размножение у многоклеточных организмов.
Многим многоклеточным организмам свойственны такие формы бесполого размножения, как вегетативное размножение и спорообразование.
При вегетативном размножении дочерний организм формируется за счет части тела, вегетативного органа или группы соматических клеток материнского организма. Особенно широко такое размножение встречается у растений и грибов, а также у разных групп беспозвоночных животных. У высших растений вегетативное размножение осуществляется с помощью различных вегетативных органов: корневищ (ландыш, пырей, ирис), ползучих побегов (земляника, клюква), клубней (картофель), луковиц (лук, чеснок, тюльпан), корневых отпрысков (малина, осот, иван-чай), листьев (бегония, бриофиллюм) (рис.
1). У низших растений, грибов и беспозвоночных животных вегетативное размножение происходит путем деления или фрагментации тела материнского организма (таллома у многоклеточных водорослей, тела губок, кишечнополостных, червей, иглокожих).
Рис. 1. Вегетативное размножение: 1 — выводковыми почками (на слоевище мха маршанции); 2 — придаточными почками (лист брионии); 3 — придаточными почками (на корневой системе осота полевого); 4 — ползучими стеблями (земляника)
Особая форма вегетативного размножения — почкование, встречающееся у некоторых беспозвоночных животных.
Сформировавшаяся дочерняя особь отделяется от материнской и переходит к самостоятельному существованию (например, у гидры; рис. 2). Если же образующиеся почкованием особи не отделяются от материнской, сохраняя тесную связь в течение всей жизни, происходит формирование колонии организмов (как, например, у губок, кораллов, асцидий).
Рис. 2. Гидры: 1 — почкующаяся; 2 — с яйцами
Кроме вегетативного размножения очень многим видам грибов и растений присуще спорообразование. Оно предполагает, что в специальных органах многоклеточного организма (спорангиях) образуются одноклеточные споры, при прорастании одной из которых развивается целый организм (например, дочерний мицелий у грибов).
Споры многих грибов и растений покрыты плотной оболочкой, устойчивы к внешним воздействиям, неподвижны и рассеиваются пассивно. Снабженные жгутиками зооспоры водорослей активно плавают в водной среде.
Своеобразной формой бесполого размножения является полиэмбриония (развитие из зиготы нескольких зародышей), находящаяся в непосредственной связи с половым размножением. Несколько зародышей развиваются во время дробления зиготы за счет разделения эмбрионального клеточного материала (массы бластомеров) на несколько частей.
В результате развития этих зародышей у животных рождаются однояйцовые близнецы с одинаковыми генотипами. У многих растений (например, у кувшинок, тюльпанов) и животных (к примеру, у наездников, броненосцев) явление полиэмбрионии закономерно.
Однако она может встречаться и у тех видов, которым в принципе не свойственна, например у человека (двойни рождаются один раз на тысячу одноплодных родов).
Биологическая роль бесполого размножения
Поддержание наибольшей приспособленности в малоизменяющихся условиях окружающей среды. Оно усиливает значение стабилизирующего естественного отбора; обеспечивает быстрые темпы размножения; используется в практической селекции. Бесполое размножение встречается как у одно-, так и у многоклеточных организмов.
У одноклеточных эукариот бесполое размножение представляет собой митотическое деление, у прокариот — деление нуклеоида, у многоклеточных форм — вегетативное размножение.
Репродуктивная стратегия представляет собой структурированный набор поведения или правила , которые применяются к репродуктивным событиям, цель состоит в том , чтобы максимизировать пригодность (или селективную ценность ) индивида или иного вида. В частности, это касается выбора сексуального партнера ( предложение и ухаживание ), стратегий и систем спаривания, типа оплодотворения и родительского вклада .
Эволюция этих стратегий регулируется естественным отбором . Со временем репродуктивные стратегии развиваются параллельно с окружающей средой. Эти модификации окружающей среды будут ассимилированы эволюционными тяготами.
В зависимости от конкретной среды можно соблюдать несколько стратегий. Они зависят от вида и окружающей среды. Биолог Роберт Триверс стремился смоделировать их в рамках концепции репродуктивного усилия , идеальной стратегии, основанной на двух основных моментах: родительских усилиях (время и энергия, затрачиваемые на родительские инвестиции ) и сексуальных усилиях (производство гамет, времени и энергии, посвященных родителям ). поиск и завоевание партнеров и удаленность от соперников).
Резюме
Исторический
Изучив работы экономиста Томаса Роберта Мальтуса (1766–1834), Дарвин разработал теорию борьбы за существование. Эта теория показывает, что виды развиваются в своей среде, чтобы оптимизировать доступ к природным ресурсам. Дарвин также ввел концепцию полового отбора в 1870-е гг. По его мнению, появление вторичных половых признаков было бы связано исключительно с тем, что женщины отдают предпочтение этим признакам. Однако он не затронул вопрос о происхождении этого предпочтения. Альфред Рассел Уоллес придумал, что признак присутствует, потому что ему благоприятствует естественный отбор. И все же, по его словам, половой отбор был лишь процессом усиления естественного отбора.
Споры между Дарвином и Уоллесом оставались замороженными до выступления Рональда А. Фишера. Его теория бегства из дому позволила связать половой отбор и естественный отбор как процесс эволюции видов ( бегство Фишера ).
Репродуктивные стратегии у растений и животных
Стратегии размножения у растений разнообразны : апомиксис , перекрестное оплодотворение или аллогамия , самоопыление или самоопыление . Репродуктивная система может быть описана математической моделью, называемой моделью смешанного спаривания (в) .
Иногда животные используют альтернативные стратегии спаривания (in) , особенно у полигинных видов, у которых самец имеет монополию на самок.
Эволюция репродуктивных стратегий
Давление через естественный отбор
Естественный отбор является механизмом для повышения частоты признаков , дающих селективное преимущество лиц , носящих их. Эти черты для данной среды улучшают выживание человека, который сможет передать этот ген своим потомкам и, таким образом, улучшить свою физическую форму. Тогда у нас будет наследственность признака, считающегося выгодным. Естественный отбор позволит принять или отвергнуть разные стратегии.
Начало полового размножения
Дихотомия между бесполым и половым размножением - наиболее полное разделение в репродуктивных стратегиях. Некоторые таксоны живого дерева (в частности, одноклеточные, книдарии и некоторые эмбриофиты) размножаются бесполым путем, митозом, почкованием, ножницей или стробиляцией. Это был способ размножения первых живых существ. Это быстро, просто, недорого по энергии и не требует присутствия какого-либо партнера (без генетического смешения).
Половое размножение возникло и утвердилось у большинства видов. У этого есть цена: время, потраченное на поиски помощника, содержание его, защиту самок; снижение шансов на рождение других детенышей (меньше времени на кормление, поиск других партнеров и т. д.); повышенный риск нападения хищников во время совокупления , более высокие затраты энергии. Но он также приносит пользу: он допускает генетическое смешение , вариабельность генома и, следовательно, лежит в основе всей эволюции; помогает бороться с болезнями и паразитами; это увеличивает шансы на выживание.
Без генетического разнообразия, допускаемого половым размножением, геном остается относительно фиксированной единицей, которую трудно развить.
Таким образом, в стабильной и краткосрочной среде бесполое размножение является отличной стратегией размножения, позволяющей, например, быстро колонизировать окружающую среду. Но в более изменчивой среде и в долгосрочной перспективе половое размножение выгодно, потому что оно обеспечивает лучшую адаптивность за счет естественного отбора лучших геномов. Это причина того, почему это так распространено.
Другая стратегия, используемая, в частности, некоторыми растениями, состоит в чередовании этих двух способов размножения в соответствии с условиями окружающей среды. Например, некоторые таксоны частично вернулись к бесполому размножению, чтобы быстро колонизировать большие территории. Таким образом, размножение может быть бесполым в стабильной среде и становиться сексуальным, когда среда становится изменчивой и требует адаптации. Вероятно, это стратегия с большим эволюционным потенциалом, но она остается менее адаптируемой, чем половое размножение.
Баланс между самооплодотворением и аллооплодотворением
У половых организмов с несколькими репродуктивными органами (в основном у цветковых растений) возможны две репродуктивные стратегии: самооплодотворение или аллооплодотворение. Либо происходит пересечение гамет индивидуума между ними, либо между разными особями. Эти две стратегии существуют в природе, не исключают друг друга и часто обе используются в пределах одного и того же вида.
Почти 50% цветковых растений способны к самонесовместимости, сложному механизму исключения пыльцы, позволяющему избежать любого самооплодотворения. И наоборот, клейстогамия - редкий механизм, который предотвращает аллооплодотворение (цветы никогда не раскрываются, так что никакие чужеродные зерна пыльцы не могут достичь пестика). Многие растения находятся между этими двумя крайностями: самонесовместимостью и клейстогамией.
В каждом виде цветковых растений существует эволюционный компромисс между скоростью самооплодотворения и аллооплодотворения, чтобы поддерживать большое генетическое разнообразие и ограничивать инбридинг (посредством аллооплодотворения), сохраняя при этом максимальную конкурентоспособность в контексте колонизации. среды обитания (путем самооплодотворения). Каждый таксон в процессе эволюции реагировал на этот компромисс по-разному, со скоростью самооплодотворения, соответствующей его окружающей среде.
Компромисс между чертами жизненного опыта
У каждого организма будут свои особенности, которые будут влиять на его селективную ценность. Эти характеристики называются чертами жизненного цикла, они связаны со скоростью воспроизводства, возрастом первого воспроизводства и продолжительностью жизни. Они бывают полозависимыми и внутривидовыми.
Развитие историй жизни включает компромисс между противоречивыми или конкурирующими требованиями к таким переменным, как время, энергия или ресурсы. Среди наиболее важных компромиссов мы можем назвать размер и количество детенышей при рождении или росте и размножении.
Истории из жизни меняются в зависимости от темпов роста населения. Некоторые предположили, что в непредсказуемых средах выбираются те характеристики, которые увеличивают скорость роста (r), в то время как в более стабильных средах выбираются те, которые повышают конкурентоспособность и эффективность использования ресурсов. Дэвид Лак показал, что черты жизненного цикла меняются в зависимости от параметров окружающей среды, предполагая, что они могут быть объектом естественного отбора.
Это явление можно наблюдать у самок трески (Gadus morhua) на северо-востоке Арктики. Они по-разному распределяют свои ресурсы между ростом, длиной и размножением. Рыбы, которые достигают половой зрелости раньше, в трехлетнем возрасте крупнее других неполовозрелых рыб, но начало воспроизводства замедляет их рост. Исследователи обнаружили, что самки, которые не нерестятся второй раз в возрасте шести и семи лет, в этом году растут значительно быстрее, чем самки, нерестящиеся второй год подряд. Таким образом, пропуск года нереста может быть стратегией адаптации, учитывая большую будущую плодовитость, обеспечиваемую большим ростом.
Давление через половой отбор
Половой отбор может существовать только у видов, размножающихся половым путем. На это будет влиять изменение соотношения полов . Это процесс выбора качеств партнеров. Это понятие внутривидовое и зависит от пола. Половой отбор помогает объяснить появление вторичных половых признаков.
Половой отбор осуществляется посредством двух основных механизмов: Выбор партнера по полу, который больше всего инвестирует в воспроизводство (самка), благоприятствуя появлению украшений у пола, который меньше всего инвестирует в воспроизводство (самец). Конкуренция между индивидами, выступающими за появление оружия у индивидов того пола, которые меньше всего инвестируют в воспроизводство (самцы).
Конкуренция спермы
В некоторых случаях самка может спариваться с несколькими самцами, а затем может выбрать наиболее эффективную сперму (из половых путей). Затем самец будет наделен несколькими механизмами, способствующими развитию его генетического дара.
Вторичные половые признаки
Половой отбор способствует половому диморфизму, например, наличие более крупных оленьих рогов, обладание украшениями, возможность быть самым большим . чтобы быть лучшим конкурентом для воспроизводства. Проявление вторичных половых признаков, таких как руки или украшения, помогает руководствоваться выбором самок и, следовательно, представляет собой самостоятельную стратегию.
Эта модель полового отбора объясняет появление вторичных половых признаков. Предпочтение P у женщин приводит к появлению признака T у мужчин и наоборот: со временем предпочтение усиливается в отношении более выраженных признаков.
Половая зрелость
Возраст половой зрелости - параметр, влияющий на воспроизводство. Давление, такое как плотность, приведет к его изменению. Действительно, если популяция небольшая, возраст половой зрелости будет более ранним, и наоборот. Например, в сильно эксплуатируемом районе рыболовства (плотность населения снижается) возраст половой зрелости будет более ранним, чтобы сохранить стабильность популяции.
Ключевой элемент воспроизводства у мужчин требует выделения определенных гормонов, таких как тестостерон, что способствует развитию вторичных половых признаков.
Давление через окружающую среду
Неоднородность окружающей среды и ресурсов требует адаптации к среде обитания. Будет оказываться давление на людей.
Левинс определил классификацию, разделяющую среды обитания по их репродуктивной стоимости.
Эта среда обитания весьма нестабильна (регулярные, непредсказуемые климатические изменения и т. Д.). Смертность высока независимо от размера особей. Люди, живущие в этой среде, имеют очень сильные репродуктивные инвестиции и замедленный рост. Воспроизведение превалирует над размером особи (компромисс)
Этот тип среды обитания достаточно устойчив. Селективное значение очень чувствительно к размеру особей. Репродуктивные инвестиции там низкие. Рост превалирует над воспроизводством (компромисс). Возраст половой зрелости обитателей этой среды обитания часто бывает поздним. Конкуренция (внутривидовая или межвидовая) там очень сильная. В общем, мужчины должны быть самыми конкурентоспособными, чтобы завоевать или защитить гарем женщин. Такая среда часто требует значительных родительских вложений.
Кто говорит, что разные среды говорят о разных стратегиях адаптации. Эволюционная г / модель K , предложенный Робертом Макартур и Е. О. Уилсон в 1967 году, и в которых другие, как Эрик Пианка , участвовали, стал самым классическим из этих моделей окружающей среды в зависимости от, объясняющих эти специфические приспособления. К каждой среде обитания.
Пример: бамбук, лосось, поденки .
Пример: люди, многолетние растения .
Особые случаи
Репродуктивная мимикрия
Еще одна хорошо известная стратегия - это кукушка или паразитический аномалоспайз. Самка откладывает яйца в чужое гнездо, чтобы не тратить деньги на родительскую заботу и при этом максимизировать свою физическую форму. Например, яйцо кукушки обычно вылупляется раньше остальных, и детеныш может избавиться от других яиц, чтобы его можно было только кормить.
Но почему самка не распознает вторгшееся яйцо и не избавляется от него? Потому что эти птицы разработали стратегию, имитирующую яйца видов, на которых они решили паразитировать. Таким образом, несмотря на сомнения, паразитирующие виды предпочтут оставить все яйца, а не рисковать потерять одно из своих. Но бывает, что злоумышленника узнают и выбрасывают из гнезда.
Можно задать следующий вопрос: почему эта стратегия не была установлена у многих других видов?
Репродуктивный альтруизм
Выбор по родству был бы ключом к объяснению этого типа выбора. Родственные узы порождают альтруистическое поведение: родственные люди способствуют распространению своих генов ( закон Гамильтона ). Совершенно необходим альтруизм.
Репродуктивные ограничения
С продвижением исследований по эусоциальности в муравьев [1] [2] , многие исследования были сосредоточены на генетическом или поведенческого контроля репродуктивной способности работников, которая должна быть сохранена для обеспечения социальной сплоченности колонии и содержание репродуктивные касты, в частности, путем изучения генетической связи между рабочими, а также поведения полиции. Однако немногие исследователи сосредоточились на этом вопросе: как, с точки зрения развития, муравьиные общества препятствуют размножению своих рабочих за счет королевы?
Хила и Абухейф рассмотрели этот вопрос в двух исследованиях, опубликованных в 2008 и 2010 годах.
По словам этих авторов, муравьиные общества используют несколько стратегий развития, влияющих на репродуктивные системы их рабочих, называемых ограничениями размножения, путем предотвращения их или ограничения их производства эмбрионов.
Чтобы наблюдать за развитием яиц рабочих пчел от их формирования до вылупления или дегенерации, авторы использовали методы иммунофлуоресценции, позволяющие им наблюдать поляризацию определенных белков в ооцитах различных видов муравьев. Таким образом, сравнивая ооциты плодовой мушки Drosophila Megalonaster с различными видами муравьев с разной социальной структурой, авторы смогли наблюдать изменение поляризации белка Vasa и наносмессорных РНК в ооците в определенных колониях.
Сравнивая репродуктивные структуры под микроскопом у разных видов муравьев в разных условиях, авторы заметили, что в зависимости от изменения окружающей среды длина овариол в некоторых колониях может варьироваться, возможно, в результате изменения молекулярного механизма. Из-за репродуктивных ограничений репродуктивные структуры разных видов также могут изменяться. Таким образом, потеря сперматеки или ряда овариол может наблюдаться у разных видов.
Полная потеря репродуктивных структур во время развития также наблюдалась после иммунофлуоресцентного метода, проведенного на эмбриональных клетках будущих рабочих.
Эти различные стратегии ограничения воспроизводства могут полностью заблокировать репродуктивные способности рабочих или заставить их откладывать больше трофических яиц для колонии. Пять основных стратегий ограничения репродуктивного развития, обнаруженных Хилой и Абухейфом, можно резюмировать следующим образом:
1- Локализация белков Vasa и РНК нанопередатчиков , материнских детерминант, за пределами их обычного полюса экспрессии в ооцитах определенных рабочих приводит к дегенерации эмбрионов после нарушения регуляции их экспрессии и образованию трофических яиц. Таким образом, этот механизм лишает рабочих возможности производить самцов, используя неоплодотворенные яйца.
2- Регулирование определенных молекулярных механизмов, возможно, в тех, которые регулируют инсулин , позволяет изменять длину овариол и, следовательно, количество делений зародышевых стволовых клеток и образование репродуктивных кист у некоторых рабочих. Эта регуляция происходит в результате сигнала окружающей среды, поскольку он изменяется в отсутствие или в присутствии матки. Изменение молекулярного механизма не наблюдалось напрямую, но, вероятно, связано с инсулином, поскольку этот путь участвует в развитие репродуктивных структур у Drosophila Megalonaster .
3- Потеря сперматеки у некоторых рабочих не позволяет им оплодотворять свои яйцеклетки и, следовательно, производить дочерей.
4- Уменьшение количества овариол у некоторых рабочих за счет дегенерации определенных полярных клеток во время их эмбриогенеза контролирует их репродуктивные способности.
5- Полная потеря репродуктивной системы у некоторых рабочих не позволяет им производить яйца. Таким образом , во время эмбрионального развития зародышевые клетки рабочих полностью уничтожаются.
Таким образом, ограничение воспроизводства в процессе развития выражается либо в изменении модели развития яиц рабочих пчел после генетического сигнала, как в стратегии 1, либо в результате сигнала окружающей среды, который изменяет модель. Развитие репродуктивных структур посредством модификации молекулярного пути, как в стратегии 2, или посредством генетической модификации паттерна развития во время развития репродуктивных структур рабочих перед их выпуском из яйца, как в стратегиях 3, 4 и 5.
Репродуктивная сдержанность в сочетании с поведенческим контролем и генетическими отношениями между рабочими имеет важное значение для поддержания полной эусоциальности муравьев. Муравьиные холмы с лучшей системой поддержания строгой эусоциальности более конкурентоспособны, чем холмы с более разрешительной системой, поскольку они менее подвержены внутренней конкуренции между рабочими и королевой. Стратегия 1 также дает значительное конкурентное преимущество за счет изменения модели развития яиц так, что они становятся трофическими яйцами, поскольку они позволяют более эффективно кормить колонию, предотвращая воспроизводство рабочих.
бесполое размножение оно определяется как умножение индивидуума, способного породить потомство без необходимости оплодотворения. Следовательно, дочерние организмы состоят из клонов родительских.
Бесполое размножение преобладает у одноклеточных организмов, таких как бактерии и протисты. В большинстве случаев стволовая клетка дает начало двум дочерним клеткам, в случае, называемом бинарным делением.
Хотя животные обычно ассоциируются с половым размножением, а растения - с бесполым размножением, это неправильные отношения, и в обеих линиях мы находим две основные модели размножения.
Существуют разные механизмы, с помощью которых организм может размножаться бесполым путем. У животных основными типами являются фрагментация, почкование и партеногенез.
В случае растений бесполое размножение характеризуется чрезвычайно разнообразием, так как эти организмы обладают большой пластичностью. Они могут размножаться черенками, корневищами, кольями и даже множеством листьев и корней..
Бесполое размножение представляет собой ряд преимуществ. Это быстро и эффективно, позволяя колонизировать среды в относительно короткие сроки. Кроме того, ему не нужно тратить время и энергию на борьбу со стороны сексуальных партнеров или танцы сложных и сложных ухаживаний..
Тем не менее, его основным недостатком является отсутствие генетической изменчивости, что является условием непременное условие так что механизмы, ответственные за биологическую эволюцию, могут действовать.
Отсутствие изменчивости у вида может привести к его исчезновению в случае, если им придется столкнуться с неблагоприятными условиями, вызвать эпидемии или экстремальный климат. Следовательно, бесполое размножение понимается как альтернативная адаптация в ответ на условия, которые требуют однородного населения.
- 1 Общая характеристика
- 2 Бесполое размножение у животных (виды)
- 2.1 Gemation
- 2.2 Фрагментация
- 2.3 Партеногенез у беспозвоночных
- 2.4 Партеногенез у позвоночных
- 2.5 Андрогенез и гиногенез
- 3.1 Столоны
- 3.2 Корневища
- 3.3 Черенки
- 3,4 Графты
- 3.5 Листья и корни
- 3.6 Споруляция
- 3.7 Пропагулос
- 3.8 Партеногенез и апомиксис
- 3.9 Преимущества бесполого размножения у растений
- 4.1 Бинарное деление у бактерий
- 4.2. Двоичное деление у эукариот
- 4.3 Многократное деление
- 4.4 Gemation
- 4.5 Фрагментация
- 4.6 Споруляция
Общие характеристики
Половое размножение происходит, когда человек производит новые организмы из соматических структур. Потомки генетически идентичны прародителю во всех аспектах генома, за исключением регионов, которые испытали соматические мутации.
Различные термины используются для обозначения продукции новых особей, начиная с ткани или соматических клеток. В литературе половое размножение является синонимом клонального размножения..
Для животных термин агаметическая репродукция (с англ. Агаметное размножение), тогда как в растениях принято использовать выражение вегетативного размножения.
Огромное количество организмов размножается в течение всей жизни посредством полового размножения. В зависимости от группы и условий окружающей среды, организм может размножаться исключительно бесполым путем или чередовать его с событиями полового размножения..
Бесполое размножение у животных (виды)
У животных потомство может происходить от одного из родителей через митотические деления (бесполое размножение) или может происходить путем оплодотворения двух гамет от двух разных особей (половое размножение).
Разные группы животных могут размножаться бесполым, преимущественно группами беспозвоночных. Наиболее важными видами бесполого размножения у животных являются следующие:
почкование
Отпускание состоит из формирования выпуклости или эвакуации, исходящей от родительского индивида. Эта структура называется желток и даст начало новому организму.
Этот процесс встречается у определенных кишечников (медуз и родственных) и оболочников, где потомство может быть произведено выпуклостями тела родителей. Человек может расти и становиться независимым или быть привязанным к своему родителю, чтобы сформировать колонию.
Здесь есть колонии книдарийцев, знаменитые скальные кораллы, которые могут простираться на метр больше. Эти структуры сформированы из индивидуумов, сформированных зарождающимися событиями, чьи геммулы остались связанными. Гидры известны своей способностью размножаться бесполым путем.
В случае порифер (губок) почкование является довольно распространенным способом размножения. Губки могут образовывать геммулы, чтобы противостоять периодам в неблагоприятных условиях окружающей среды. Тем не менее, губки также имеют половое размножение.
фрагментация
Животные могут разделить свое тело в процессе фрагментации, когда часть может породить нового человека. Этот процесс сопровождается регенерацией, где клетки исходной части родителя делятся, чтобы сформировать полное тело.
Это явление встречается у разных линий беспозвоночных, таких как губки, книдарий, кольчатые черви, полихеты и оболочники..
Не путайте процессы регенерации per se с бесполым размножением событий. Например, губки, когда они теряют одну руку, могут регенерировать новую. Однако это не подразумевает размножения, поскольку не приводит к увеличению числа особей..
У морских звезд рода Linckia Возможно, что новый человек возник из руки. Таким образом, организм с пятью руками может породить пять новых особей.
Планарии (Turbelarios) представляют собой червеобразные организмы, способные размножаться как половым, так и бесполым путем. Обычный опыт в биологических лабораториях состоит в том, чтобы фрагментировать планарию, наблюдая, как новый организм восстанавливается из каждого куска.
Партеногенез у беспозвоночных
У некоторых групп беспозвоночных, таких как насекомые и ракообразные, яйцеклетка способна развить целостную особь без необходимости оплодотворения спермой. Это явление называется партеногенезом и широко распространено у животных..
Самый яркий пример - это перепончатокрылые, особенно пчелы. Эти насекомые могут создавать самцов, называемых дронами, посредством партеногенеза. Поскольку люди происходят из неоплодотворенного яйца, они гаплоидны (у них есть только половина генетической нагрузки).
Тля - другая группа насекомых - может породить новых особей через процессы партеногенеза или полового размножения..
В ракообразных дафния Самка производит разные виды яиц в зависимости от условий окружающей среды. Яйца могут быть оплодотворены и дать начало диплоидной особи или развиваться путем партеногенеза. Первый случай связан с неблагоприятными условиями окружающей среды, в то время как партеногенез происходит в благополучных условиях.
В лаборатории возможно вызвать партеногенез посредством применения химических веществ или физических стимулов. У некоторых иглокожих и амфибий этот процесс прошел успешно и называется экспериментальным партеногенезом. Точно так же существует бактерия рода вольбахия способен вызвать процесс.
Партеногенез у позвоночных
Феномен партеногенеза распространяется на родословную позвоночных. У нескольких родов рыб, амфибий и рептилий происходит более сложная форма этого процесса, включающая дублирование хромосомной игры, которая приводит к диплоидным зиготам без участия мужской гаметы..
Приблизительно 15 видов ящериц известны своей исключительной способностью размножаться путем партеногенеза.
Хотя эти рептилии не нуждаются в партнере напрямую для достижения зачатия (на самом деле, у этих видов нет самцов), им требуются сексуальные стимулы от ложных совокуплений и ухаживающих сессий с другими людьми..
Андрогенез и гиногенез
В процессе андрогенеза ядро из ооцитов вырождается и заменяется ядром отца путем слияния ядер из двух сперматозоидов. Хотя это происходит у некоторых видов животных, таких как, например, палочники, в этом королевстве это не считается распространенным процессом..
С другой стороны, гиногенез состоит из продукции новых организмов диплоидом ооцитов (женских половых клеток), которые не подвергались делению своего генетического материала мейозом..
Напомним, что у наших половых клеток есть только половина хромосом, и когда происходит оплодотворение, количество хромосом восстанавливается..
Для того, чтобы происходил гиногенез, необходима стимуляция от спермы мужчины. Продуктом гиногенеза являются самки, идентичные с матерью. Этот путь также известен как псевдогамия.
Бесполое размножение у растений (виды)
У растений существует широкий спектр режимов размножения. Это очень пластичные организмы, и нет ничего необычного в том, чтобы найти растения, которые могут размножаться половым и бесполым путем..
Однако было обнаружено, что многие виды предпочитают путь бесполого размножения, хотя их предки делали это половым путем..
В случае бесполого размножения растения могут генерировать потомство по-разному: от развития яйцеклетки без оплодотворения до получения целостного организма фрагментом родителя..
Как и в случае с животными, половое размножение происходит в результате деления клеток митозом, что приводит к идентичным клеткам. Далее мы обсудим наиболее актуальные виды вегетативного размножения:
столоны
Некоторые растения способны размножаться с помощью тонких и удлиненных стеблей, которые берут начало вдоль поверхности почвы. Эти структуры известны как столоны и генерируют корни через определенные промежутки времени. Корни могут создавать прямые стебли, которые со временем развиваются у независимых людей..
Яркий пример - земляника или земляника (Fragaria ananassa) который способен генерировать разнообразные структуры, в том числе листья, корни и стебли каждого узла столона.
корневища
Как в случае столонов, так и корневищ подмышечные почки растений могут генерировать специализированный побег для бесполого размножения. Материнское растение представляет собой резервный источник для вспышек.
Корневища - это стебли неопределенного роста, которые растут под землей - или выше - горизонтально. Как и столоны, они производят случайные корни, которые создают новое растение, идентичное материнскому..
Этот тип вегетативного размножения важен в группе трав (корневища приводят к образованию почек, которые дают начало стеблям с листьями и цветами), декоративных многолетних растений, пастбищ, тростника и бамбука..
шлам
Черенки - это части или кусочки стебля, из которого происходит новое растение. Чтобы это произошло, стебель должен быть похоронен в почве, чтобы предотвратить высыхание, и его можно лечить гормонами, которые стимулируют рост случайных корней..
В других случаях кусок стебля помещают в воду, чтобы стимулировать образование корней. После того, как он переведен в подходящую среду, новый человек может развиваться.
трансплантаты
Растения могут быть воспроизведены путем введения бутона в щель, предварительно сделанную в стебле древесного растения с корнями..
Листья и корни
Есть несколько видов в листьях, которые могут быть использованы в качестве структур для вегетативного размножения. Вид, широко известный как "материнское растение" (Kalanchoe Daigremontiana) может генерировать растения, отделенные от меристематической ткани, расположенной на краю их листьев.
Эти маленькие растения растут прикрепленными к листьям, пока не созреют и не отделятся от матери. При падении на землю дочернее растение укореняется.
В вишневом дереве, яблоне и малине размножение может происходить через корни. Эти подземные сооружения вызывают вспышки, способные породить новых людей.
Есть крайние случаи, такие как одуванчик. Если кто-то попытается оторвать растение от земли и разорвать его корни, каждый из кусочков может привести к новому растению.
спорообразование
Споруляция встречается у широкого круга растительных организмов, включая мхи и папоротники. Процесс включает в себя образование значительного количества спор, способных противостоять неблагоприятным условиям окружающей среды..
Споры мелкие и легко рассеиваются как животными, так и ветром. Когда они достигают благоприятной зоны, спора развивается у особи, равной той, которая ее породила..
пропагулы
Пропагулы представляют собой скопления клеток, типичные для бриофитов и папоротников, но также встречаются у некоторых высших растений, таких как клубни и травы. Эти структуры происходят из таллома и представляют собой маленькие почки со способностью распространяться.
Партеногенез и апомиксис
Apoximisis присутствует примерно у 400 видов покрытосеменных, в то время как другие растения могут делать это необязательным образом. Таким образом, партеногенез описывает только часть бесполого размножения у растений. Поэтому предлагается избегать использования термина для растений.
Некоторые авторы (см. De Meeûs и другие. 2007) часто делят апомиксис от вегетативного размножения. Кроме того, они классифицируют апомиксис по уже описанному гаметофиту и происходят от спорофита, где эмбрион развивается из ядерной клетки или другой соматической ткани яичника, которая не испытывает гаметофитную фазу.
Преимущества бесполого размножения у растений
В целом, бесполое размножение позволяет растению воспроизводить себя в идентичных копиях, которые хорошо адаптированы к этой конкретной среде..
Кроме того, бесполое размножение в серебре является быстрым и эффективным механизмом. Поэтому он используется в качестве стратегии, когда организм находится в областях, где среда не подходит для размножения семян..
Например, растения, расположенные в засушливых условиях Патагонии, такие как хорионы, размножаются таким образом и в конечном итоге занимают большие площади почвы..
С другой стороны, фермеры максимально использовали этот тип размножения. Вы можете выбрать сорт и воспроизводить его бесполым путем для получения клонов. Таким образом, они получат генетическую однородность и позволят им сохранить некоторые желаемые характеристики.
Бесполое размножение у микроорганизмов (виды)
Бесполое размножение очень распространено у одноклеточных организмов. В прокариотических линиях, например, в бактериях, наиболее заметными являются деление на две части, почкование, фрагментация и множественное деление. С другой стороны, в одноклеточных эукариотических организмах существует бинарное деление и споруляция.
Бинарное деление у бактерий
Бинарное деление - это процесс деления генетического материала с последующим справедливым делением внутренней части клетки для получения двух организмов, идентичных родительскому и идентичных друг другу..
Бинарное деление начинается, когда бактерия находится в среде, где достаточно питательных веществ и среда способствует размножению. Затем клетка испытывает событие небольшого удлинения.
Впоследствии начинается тиражирование генетического материала. У бактерий ДНК организована в круговую хромосому и не ограничена мембраной, как заметное и отличительное ядро эукариот..
В период деления генетического материала он распространяется на противоположные стороны клетки при делении. В этот момент начинается синтез полисахаридов, которые образуют бактериальную стенку, затем происходит образование перегородки в середине, и клетка окончательно разделяется полностью.
В некоторых случаях бактерии могут начать делиться и дублировать свой генетический материал. Однако клетки никогда не распадаются. Примерами этого являются группы кокосовых орехов, такие как диплококки.
Бинарное деление у эукариот
У одноклеточных эукариот, таких как Trypanosoma например, происходит похожий тип размножения: клетка дает начало двум дочерним клеткам одинакового размера.
При наличии настоящего ядра клетки этот процесс становится более сложным и сложным. Для разделения ядра должен происходить процесс митоза, за которым следует цитокинез, который включает в себя деление цитоплазмы..
Множественное деление
Хотя бинарное деление является наиболее распространенной репродуктивной модальностью, некоторые виды, такие как BdellovibrioAble способны испытывать множественные деления. Результатом этого процесса является множественные дочерние клетки, а не две, как указано в бинарном делении.
почкование
Это процесс, подобный тому, что упоминался для животных, но экстраполированный на одну клетку. Бактериальная почка начинается с маленькой почки, которая отличается от родительской клетки. Указанный выпуклость подвергается процессу роста, пока он постепенно не отделяется от бактерии, которая его породила..
Выделение приводит к неравномерному распределению материала, содержащегося в ячейке.
фрагментация
Обычно бактерии нитевидного типа (например, Nicardia sp.) могут быть воспроизведены этим способом. Клетки филамента отделяются и начинают расти как новые клетки.
спорообразование
Споруляция - это производство структур, называемых спорами. Это чрезвычайно устойчивые структуры, состоящие из клетки.
Этот процесс связан с условиями окружающей среды, которые окружают организм, обычно, когда они становятся неблагоприятными из-за недостатка питательных веществ или экстремального климата, споруляция запускается.
Различия между половым и бесполым размножением
У особей, которые размножаются бесполым путем, потомство состоит из практически идентичных копий своих предшественников, то есть клонов. Геном единственного родителя копируется митотическими клеточными делениями, где ДНК копируется и передается в равных частях двум дочерним клеткам.
Напротив, для того, чтобы происходило половое размножение, должны участвовать два человека противоположного пола, за исключением гермафродитов..
Каждый из родителей будет нести гамету или половые клетки, генерируемые мейотическими событиями. Потомство состоит из уникальных комбинаций между обоими родителями. Другими словами, есть замечательная генетическая изменчивость.
Чтобы понять высокий уровень вариаций полового размножения, мы должны сконцентрировать их на хромосомах во время деления. Эти структуры способны обмениваться фрагментами друг с другом, что приводит к уникальным комбинациям. Поэтому, когда мы наблюдаем, что братья, происходящие от одних и тех же родителей, не идентичны друг другу.
Преимущества бесполого по сравнению с половым размножением
Бесполое размножение предполагает несколько преимуществ по половому признаку. Во-первых, время и энергия не теряются впустую в сложных брачных танцах или женских битвах, типичных для некоторых видов, поскольку нужен только один родитель..
Во-вторых, многие люди, которые размножаются половым путем, тратят много энергии на производство гамет, которые никогда не оплодотворяются. Это позволяет быстро и эффективно колонизировать новую среду без необходимости привлекать партнера..
Теоретически, модели бесполого размножения, упомянутые выше, дают им больше преимуществ - по сравнению с половым - для индивидуумов, живущих в стабильной среде, поскольку они могут точно сохранять свои генотипы.
Читайте также: