Fortplantning

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 3 juni 2022; kontroller kräver 4 redigeringar .

Reproduktion , reproduktion , reproduktion är den inneboende egenskapen hos alla levande organismer att reproducera sin egen sort, vilket säkerställer livets kontinuitet och kontinuitet . Reproduktionsmetoder är indelade i två huvudtyper: asexuell och sexuell .

För organismer med cellstruktur är celldelning grunden för alla former av reproduktion [1] .

Asexuell reproduktion

Asexuell reproduktion är en typ av reproduktion där nästa generation utvecklas från somatiska celler utan deltagande av reproduktiva celler - könsceller .

Asexuell reproduktion är den äldsta och enklaste reproduktionsmetoden och är utbredd i encelliga organismer ( bakterier , blågröna alger , chlorella , amöba , ciliater ). Denna metod har flera fördelar jämfört med den sexuella metoden: den kräver mindre energi och tid , och det finns inget behov av att hitta en sexpartner, vilket möjliggör höga reproduktionshastigheter. Men de skadliga förändringarna som följer av mutationen är också fixerade under en lång tidsperiod. Dessutom, i ogynnsamma, föränderliga miljöförhållanden , kommer nästan alla individer att dö, eftersom de i genomsnitt är nästan identiska med en förälders individ. Det bör noteras att förmågan hos en art att föröka sig asexuellt inte utesluter förmågan att ha en sexuell process , men då separeras dessa händelser i tiden.

Den vanligaste metoden för reproduktion av encelliga organismer är uppdelningen i två delar, med bildandet av två separata individer.

Bland flercelliga organismer har nästan alla växter och svampar förmågan att föröka sig asexuellt – ett undantag är till exempel velvichia . Asexuell reproduktion av dessa organismer sker genom vegetativa medel eller genom sporer .

Bland djur är förmågan till asexuell reproduktion vanligare i lägre former, men saknas i mer utvecklade. Den enda metoden för asexuell reproduktion hos djur är vegetativ.

Det anses allmänt att individer som är ett resultat av asexuell reproduktion alltid är genetiskt identiska med moderorganismen (förutom mutationer ). Det mest slående motexemplet är sporreproduktion i växter , eftersom under sporbildning sker reduktion av celldelning, som ett resultat av vilket sporer bara innehåller hälften av den genetiska informationen som finns tillgänglig i sporofytceller (se Växtlivscykeln ) .

Reproduktion efter division

Division är karakteristisk i första hand för encelliga organismer . Som regel utförs det genom en enkel celldelning i två. Vissa protozoer (till exempel foraminifer ) delar sig i ett större antal celler. I alla fall är de resulterande cellerna helt identiska med originalet. Den extrema enkelheten i denna reproduktionsmetod, förknippad med den relativa enkelheten i organisationen av encelliga organismer, gör det möjligt att föröka sig mycket snabbt. Under gynnsamma förhållanden kan alltså antalet bakterier fördubblas var 30-60:e minut. En organism som förökar sig asexuellt kan reproducera sig själv på obestämd tid tills en spontan förändring i det genetiska materialet sker - en mutation . Om denna mutation är gynnsam kommer den att bevaras i avkomman till den muterade cellen, som kommer att vara en ny cellklon. I enkönad reproduktion är en förälderorganism inblandad, som kan bilda många organismer som är identiska med den.

Uppdelning av prokaryota celler

Uppdelning av prokaryota celler - processen för bildandet av dotterprokaryota celler från modern. Nyckelhändelser i cellcykeln för både prokaryoter och eukaryoter är DNA-replikation och celldelning . Ett utmärkande drag för delningen av prokaryota celler är det direkta deltagandet av replikerat DNA i delningen [2] . I de allra flesta fall delar sig prokaryota celler för att bilda två dotterceller av samma storlek, så denna process kallas ibland även för binär fission . Eftersom prokaryota celler oftast har en cellvägg , åtföljs binär delning av bildandet av ett septum - en skiljevägg mellan dotterceller, som sedan exfolierar i mitten. Processen för delning av en prokaryotisk cell har studerats i detalj på exemplet Escherichia coli [3] .

Amitos

Amitos , eller direkt celldelning (från annan grekisk ἀ- - ett prefix med betydelsen frånvaro och μίτος - "tråd") - celldelning genom att helt enkelt dela kärnan i två.

Den beskrevs första gången av den tyske biologen Robert Remak 1841 , och termen föreslogs av histologen Walter Flemming 1882 . Amitos är ett sällsynt men ibland nödvändigt fenomen [4] . I de flesta fall observeras amitos i celler med minskad mitotisk aktivitet: dessa är åldrande eller patologiskt förändrade celler, ofta dömda till döden (celler från embryonala membran hos däggdjur , tumörceller , etc.).

Under amitos är kärnans interfastillstånd morfologiskt bevarad, nukleolen och kärnmembranet är tydligt synliga . DNA-replikation saknas. Spiralisering av kromatin sker inte, kromosomer detekteras inte. Cellen behåller sin inneboende funktionella aktivitet, som nästan helt försvinner under mitos. Under amitos delar sig bara kärnan, och utan att det bildas en klyvningsspindel , fördelas därför arvsmaterialet slumpmässigt. Frånvaron av cytokines leder till bildandet av binukleära celler, som därefter inte kan gå in i en normal mitotisk cykel. Med upprepade amitoser kan flerkärniga celler bildas.

Detta koncept förekom fortfarande i vissa läroböcker fram till 1980-talet. För närvarande tror man att alla fenomen som tillskrivs amitos är resultatet av en felaktig tolkning av otillräckligt preparerade mikroskopiska preparat , eller tolkning av fenomen som åtföljer celldestruktion eller andra patologiska processer som celldelning. Samtidigt kan vissa varianter av eukaryot kärnklyvning inte kallas mitos eller meios. Sådan, till exempel, är uppdelningen av makrokärnorna hos många ciliater , där segregering av korta fragment av kromosomer sker utan att en spindel bildas.

Mitos

Mitos ( μίτος - "varptråd") är en indirekt celldelning , den vanligaste metoden för reproduktion av eukaryota celler . Den biologiska betydelsen av mitos ligger i den strikt identiska fördelningen av kromosomer mellan dotterkärnor , vilket säkerställer bildandet av genetiskt identiska dotterceller och bevarar kontinuiteten i ett antal cellgenerationer [5] .

Mitos är en av de grundläggande processerna för ontogeni . Mitotisk delning säkerställer tillväxten av flercelliga eukaryoter genom att öka vävnadscellpopulationerna . Som ett resultat av mitotisk delning av meristemceller ökar antalet växtvävnadsceller . Klyvning av ett befruktat ägg och tillväxten av de flesta vävnader hos djur sker också genom mitotiska delningar [6] .

På grundval av morfologiska egenskaper är mitos villkorligt uppdelad i stadier: profas, prometafas, metafas, anafas, telofas. De första beskrivningarna av faserna av mitos och fastställandet av deras sekvens genomfördes på 70-80-talet av XIX-talet . I slutet av 1870-talet och början av 1880 -talet myntade den tyske histologen Walter Flemming termen "mitos" för att hänvisa till processen med indirekt celldelning [7] .

Den genomsnittliga varaktigheten av mitos är 1-2 timmar [8] . Mitos av djurceller varar som regel 30-60 minuter och växter - 2-3 timmar. Under 70 år utförs totalt cirka 10 14 celldelningar i människokroppen [9] .

Meiosis

Meios (från annan grekisk μείωσις - "reduktion") eller reduktionscelldelning är uppdelningen av kärnan i en eukaryot cell med en halvering av antalet kromosomer . Det förekommer i två steg (reduktion och ekvationsstadier av meios). Meios ska inte förväxlas med gametogenes - bildandet av specialiserade könsceller , eller gameter , från odifferentierade stamceller .

Med en minskning av antalet kromosomer till följd av meios sker en övergång från den diploida fasen till den haploida fasen i livscykeln . Återställande av ploidi (övergång från haploid till diploid fas) sker som ett resultat av den sexuella processen .

På grund av det faktum att i profasen av det första inträffar reduktion, stadium, parvis fusion (konjugering) av homologa kromosomer, är det korrekta förloppet av meios endast möjligt i diploida celler eller i till och med polyploida (tetra-, hexaploida, etc. celler) ). Meios kan också förekomma i udda polyploider (tri-, pentaploida, etc. celler), men i dem, på grund av oförmågan att säkerställa parvis sammansmältning av kromosomer i profas I, uppstår kromosomdivergens med störningar som hotar cellens livskraft eller utvecklar från den en flercellig haploid organism.

Samma mekanism ligger bakom steriliteten hos interspecifika hybrider . Eftersom interspecifika hybrider kombinerar kromosomerna från föräldrar som tillhör olika arter i cellkärnan, kan kromosomerna vanligtvis inte konjugera. Detta leder till störningar i kromosomernas divergens under meios och, i slutändan, till icke-viabiliteten hos könsceller eller könsceller . Vissa restriktioner för konjugationen av kromosomer åläggs också av kromosomala omarrangemang (storskaliga deletioner , duplikationer , inversioner eller translokationer ).

Reproduktion med sporer

Ofta föregås asexuell reproduktion av bakterier av bildandet av sporer. Bakteriesporer är vilande celler med nedsatt ämnesomsättning, omgivna av ett flerskiktsmembran, resistenta mot uttorkning och andra ogynnsamma förhållanden som orsakar vanliga cellers död. Sporulation tjänar både till att överleva sådana förhållanden och för att sprida bakterier: en gång i en lämplig miljö gror sporen och förvandlas till en vegetativ (delande) cell.

Asexuell reproduktion med hjälp av encelliga sporer är också karakteristisk för olika svampar och alger . Sporer bildas i många fall av mitos (mitosporer), och ibland (särskilt i svampar) i enorma mängder; när de gror reproducerar de moderorganismen. Vissa svampar, som den skadliga växtskadegöraren Phytophthora, bildar rörliga, flagellerade sporer som kallas zoosporer eller lösdrivare. Efter att ha simmat i fuktdroppar under en tid "lugnar en sådan luffare", tappar flageller, blir täckt med ett tätt skal och gror sedan under gynnsamma förhållanden.

Vegetativ förökning

Vegetativ reproduktion - bildandet av en ny individ från den flercelliga delen av förälderindividens kropp, en av metoderna för asexuell reproduktion , karakteristisk för flercelliga organismer. Hos alger och svampar uppstår det genom att separera icke-specialiserade sektioner av tallus eller genom bildandet av specialiserade sektioner (blodknoppar av Sphacelaria- alger, etc.).

I högre växter uppstår det antingen som ett sönderfall av moderindividen till två eller flera dotterindivider (till exempel när krypande skott eller jordstockar dör av , separation av rotavkommor ), eller som separation från moderindividen av döttrars rudiment. (till exempel knölar , lökar , yngelknoppar ).

I vissa växter kan skott separerade från moderväxten (i pil ) eller löv slå rot [10] . Hos djur sker vegetativ reproduktion (ofta benämnd av zoologer som asexuell) antingen genom fission eller genom knoppning.

Vegetativ förökning är baserad på processer som liknar regenerering ; som regel, i avsaknad av förmågan att regenerera i en given grupp av organismer (till exempel hjuldjur , nematoder , blodiglar ), är vegetativ reproduktion också frånvarande, och i närvaro av en utvecklad regenerativ förmåga ( annelider , hydroider , plattmaskar). , tagghudingar ), förekommer också vegetativ reproduktion.

Spirande

Spirande är en typ av asexuell eller vegetativ reproduktion av djur och växter, där dotterindivider bildas från utväxter av moderorganismens kropp (njurar). Knoppning är karakteristisk för många svampar , levermossar och djur ( protozoer , svampar , coelenterates , vissa maskar , manteldjur , vissa flagellater , hydras , sporozoer ). Hos ett antal djur når knoppningen inte slutet, unga individer förblir kopplade till moderns organism. I vissa fall leder detta till bildandet av kolonier .

Vissa typer av encelliga kännetecknas av en sådan form av asexuell reproduktion som spirande . I detta fall sker mitotisk kärndelning . En av de bildade kärnorna rör sig in i det framväxande lokala utsprånget av modercellen , och sedan knoppar detta fragment. Dottercellen är betydligt mindre än modercellen, och det tar lite tid för den att växa och fullborda de saknade strukturerna, varefter den antar den form som är karakteristisk för en mogen organism. Spirande är en typ av vegetativ reproduktion. Många lägre svampar förökar sig genom knoppning , såsom jäst och till och med flercelliga djur, såsom sötvattenhydra . När jäst knoppar bildas en förtjockning på cellen, som gradvis förvandlas till en fullvärdig dotterjästcell. På hydrans kropp börjar flera celler att dela sig, och gradvis växer en liten hydra på moderindividen, i vilken en mun med tentakler och en tarmhåla bildas , kopplad till "moderns" tarmhåla.

Fragmentering (indelning av kroppen)

Vissa organismer kan föröka sig genom att dela upp kroppen i flera delar, och från varje del växer en fullfjädrad organism, som i allt liknar föräldern ( platta och annelider , tagghudingar ).

Sexuell reproduktion

Sexuell reproduktion är förknippad med den sexuella processen (cellfusion), och även, i det kanoniska fallet, med det faktum att det finns två komplementära sexuella kategorier ( manliga organismer och kvinnliga organismer ).

Under sexuell reproduktion sker bildandet av könsceller eller könsceller. Dessa celler har en haploid (enkel) uppsättning kromosomer. Djur kännetecknas av en dubbel uppsättning kromosomer i vanliga (somatiska) celler, så gametbildning hos djur sker i processen med meios . Hos många alger och alla högre växter utvecklas könsceller i gametofyten, som redan har en enda uppsättning kromosomer, och erhålls genom enkel mitotisk division.

Enligt likheten-skillnaden mellan de resulterande könscellerna särskiljs flera typer av könscellsbildning sinsemellan:

isogami - könsceller av samma storlek och struktur, med flageller
anisogamy - könsceller av olika storlekar, men liknande struktur, med flageller
oogamy - könsceller av olika storlekar och strukturer. Små flagellära manliga gametes kallas spermatozoer och stora flagelllösa kvinnliga gameter kallas ägg .

När två könsceller smälter samman (när det gäller oogami är en sammanslagning av olika typer av könsceller nödvändig), bildas en zygot som nu har en diploid (dubbel) uppsättning kromosomer. En zygot utvecklas till en dotterorganism, vars celler innehåller genetisk information från båda föräldrarna.

Hermafroditism

Ett djur som har både manliga och kvinnliga könskörtlar kallas en hermafrodit (på uppdrag av Hermafrodit , en mytisk bisexuell varelse). Hermafroditism är utbredd bland lägre djur och i mindre utsträckning bland högre. En liknande egenskap hos växter kallas monoecious (till skillnad från tvåbo) och är förknippad med artens övergripande evolutionära framsteg i mindre utsträckning än hos djur.

Parthenogenes och apomixis

Parthenogenes är en speciell typ av sexuell reproduktion där en ny organism utvecklas från ett obefruktat ägg, så det sker inget utbyte av genetisk information, som vid asexuell reproduktion. En liknande process i växter kallas apomixis .

Parthenogenes, som är en sexuell men unisexual typ av reproduktion, uppstod i evolutionsprocessen i tvåbosorganismer. I de fall där vissa arter endast representeras av honor (alltid eller periodiskt), är en av de största biologiska fördelarna med partenogenes att accelerera artens reproduktionshastighet. Samkönade taxa som reproducerar parthenogenetiskt upptar ofta arternas periferi , där hybridisering och konkurrens med bisexuella populationer inte hindrar etableringen och spridningen av samkönade (kvinnliga) populationer [11] . Parthenogenes har beskrivits för bladlöss , daphnia , ödlor , vissa fiskar och andra djur [12] . Parthenogenes förekommer inte i däggdjur , där partenogenetiska embryon dör i de tidiga stadierna av embryogenes [13] .

Under partenogenesen kan ägget vara haploid eller diploid. När de utvecklas från ett haploid ägg, kan de utvecklande individerna endast vara hanar, bara kvinnor eller båda, beroende på mekanismen för könsbestämning . Till exempel, hos bin , parasitgetingar , maskar och kvalster , dyker hanar upp från ett obefruktat haploidägg. Partenogenes kan vara kontinuerlig eller cyklisk. Hos daphnia alternerar bladlöss, hjuldjur , partenogenetiska generationer med sexuella. I synnerhet i Daphnia är honorna diploida och hanarna haploida. Under gynnsamma förhållanden förekommer inte meios i Daphnia , och äggen förblir diploida. De utvecklas utan befruktning och ger endast upphov till honor. Under ogynnsamma existensförhållanden börjar honorna lägga haploida ägg, från vilka hanarna kläcks. Som ett resultat av den sexuella processen bildas diploida zygoter som återigen ger upphov till honor [14] .

Progenesis

Progenes är gametogenes i larvstadiet. Den är uppdelad i:

neoteny - en tillfällig försening i utvecklingen av organismen i larvstadiet, med förvärvet av förmågan till sexuell reproduktion. Till exempel, hos vissa arter av ambistomer, amfibier från familjen Ambystomidae av caudate - ordningen ( Caudata ), bildas en neotenisk axolotl- larv på grund av en ärftlig brist på sköldkörtelhormonet .
paedomorphosis - neoteny med en fullständig förlust av förmågan till metamorfos. Det förekommer i tailed amfibier av Protea familjen .
pedogenes - partenogenetisk reproduktion i larvstadiet, ofta sker det när embryot fortfarande är i moderns kropp. Denna typ av reproduktion är karakteristisk för vissa leddjur och parasitiska plattmaskar - trematoder , som använder den för att avsevärt öka antalet avkommor på kort tid.

Växling av generationer

I många alger , i alla högre växter , i vissa protozoer och coelenterates , i livscykeln, sker växling av generationer, som reproducerar, respektive sexuellt och asexuellt - metagenes . Hos vissa maskar och insekter observeras heterogoni - växlingen av olika sexuella generationer, till exempel växlingen av separata könsgenerationer med hermafroditiska , eller avel parthenogenetiskt .

Växling av generationer i växter

Gametofyten utvecklas från en spor , har en enda uppsättning kromosomer och har organ för sexuell reproduktion - gametangia . I heterogena organismer kallas manlig gametangia, det vill säga producerande manliga gameter, antheridia och kvinnlig archegonia . Eftersom gametofyten, liksom könscellerna den producerar, har en enda uppsättning kromosomer, bildas könsceller genom enkel mitotisk division.

När könscellerna smälter bildas en zygot , från vilken sporofyten utvecklas . Sporofyten har en dubbel uppsättning kromosomer och bär organ av asexuell reproduktion - sporangier . I heterosporeorganismer utvecklas manliga gametofyter från mikrosporer , som uteslutande bär antheridia, och från megasporer , kvinnliga gametofyter. Mikrosporer utvecklas i mikrosporangier , megasporer i megasporangier . Under sporbildning sker meiotisk reduktion av genomet och en enda uppsättning kromosomer, karakteristiska för gametofyten, återställs i sporer.

Reproduktionens utveckling

Reproduktionens utveckling gick som regel i riktning från asexuella till sexuella former, från isogami till anisogami, från alla cellers deltagande i reproduktionen till uppdelningen av celler i somatiska och sexuella, från extern befruktning till intern med intrauterin utveckling och ta hand om avkomman.

Reproduktionshastigheten, antalet avkommor, frekvensen av generationsväxling, tillsammans med andra faktorer, bestämmer graden av anpassning av arten till miljöförhållanden. Höga reproduktionshastigheter och täta generationsskiften gör till exempel att insekter kan utveckla resistens mot bekämpningsmedel på kort tid. I utvecklingen av ryggradsdjur - från fisk till varmblodiga - finns det en tendens att minska antalet avkommor och öka deras överlevnad.

Se även

Anteckningar

↑ Reproduktion - artikel från Great Soviet Encyclopedia .
↑ Benjamin Lewin. Kapitel 13: Replikonen // Gener VIII . - Upper Saddle River, NJ: Pearson Prentice Hall, 2004. - ISBN 0131439812 .
↑ de Boer PA. Framsteg i att förstå E. coli cell fission (obestämd) // Curr Opin Microbiol .. - 2010. - T. 13 . - S. 730-737 . - doi : 10.1016/j.mib.2010.09.015 . — PMID 20943430 .
↑ mitos: Meios och amitos . The Columbia Electronic Encyclopedia , 6:e upplagan (2007). Datum för åtkomst: 9 september 2011. Arkiverad från originalet den 26 februari 2013. (obestämd)
↑ Biologisk encyklopedisk ordbok / Ch. redaktör Gilyarov M. S. - M . : Sov. Encyclopedia, 1986. - 831 sid. — 100 000 exemplar.
↑ Gilbert S. Developmental Biology: i 3 volymer. - M . : " Mir ", 1995. - T. 3. - 352 sid. - 5000 exemplar. — ISBN 5-03-001833-6 .
↑ Biologins historia från antiken till början av 1900-talet / Redigerad av S. R. Mikulinsky . - M . : " Nauka ", 1972. - 564 sid. - 9600 exemplar.
↑ Alberts B. et al. Cellens molekylärbiologi: i 3 volymer - 2:a, reviderad. - M . : " Mir ", 1993. - T. 2. - 539 sid. — ISBN 5-03-001987-1 .
↑ Buldakov L.A., Kalistratova V.S. Radioaktiv strålning och hälsa . - M. : Inform-Atom, 2003. - 165 sid. Arkiverad 2 december 2003 på Wayback Machine
↑ Shank // Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Efron : i 86 volymer (82 volymer och ytterligare 4). - St Petersburg. 1890-1907.
↑ Viktorov A. G. Geografisk partenogenes hos öinsekter // Nature . - Science , 2006. - Nr 9 . - S. 82-83 . (ryska)
↑ Aslanyan, Soldatova, 2010 , sid. 17-19.
↑ Biologisk encyklopedisk ordbok / Ch.ed. M.S. Gilyarov. - M . : Sov. Encyclopedia, 1986. - 831 sid.
↑ Inge-Vechtomov, 2010 , sid. 221-223.

Litteratur

Aslanyan M. M., Soldatova OP Genetik och ursprunget till sex. Lärobok för studenter som studerar i riktning mot "Biologi". - M . : Författarakademin; Föreningen för vetenskapliga publikationer KMK, 2010. - 114 sid. - ISBN 978-5-91902-001-1 .
Inge-Vechtomov S. G. Genetik med grunderna för urval. - St Petersburg. : Förlag N-L, 2010. - 718 sid. — ISBN 987-5-94869-105-3.