מחזורי חיים. סוגי רבייה

אפילו סקירה שטחית של שיטות הרבייה של קבוצות שונות של אורגניזמים מראה שבתהליך האבולוציה, רבייה א-מינית מפנה מקום לרבייה מינית. ואכן, רבייה א-מינית היא תכונה חובה של כל האורגניזמים החד-תאיים, פטריות, אצות וצמחי נבגים, כמו גם החיות הרב-תאיות הפרימיטיביות ביותר. צמחי הזרע כבר מאבדים את יכולתם להתרבות על ידי נבגים, ורבים מהם אפילו אינם מסוגלים להתרבות וגטטיבית. בעלי חיים מאורגנים מאוד מתרבים בדרך כלל רק מינית. מהם היתרונות של רבייה מינית? מדוע העדיפו האורגניזמים המושלמים ביותר להתרבות בעזרת גמטות, ולא עם חלקי גוף או נבגים?

שלא כמו רבייה א-מינית, שהיא למעשה תהליך של העתקת האורגניזם האימהי המקורי במספר דורות, עם רבייה מינית, כל פרט הוא ייחודי. זאת בשל העובדה שבתהליך היווצרות תאים הפלואידים (נבגים בצמחים או גמטות בבעלי חיים), משולבים מחדש החומר הגנטי של הפרט ההורה.

כתוצאה מכך, למרות העובדה שגמטות או נבגים נוצרים באורגניזם אחד, וחלקם אף מקורם בתא אם מקורי משותף, הם שונים זה מזה, שכן כל אחד נושא מידע גנטי משלו. בנוסף, גמטות מהורים שונים, המתמזגים זה עם זה, יוצרים צירופים גנטיים חדשים לחלוטין בזיגוטה. כתוצאה מכך, מתברר שבשיטת הרבייה המינית, כל פרט רוכש "פנים משלו" - סט גנים משלו, הקובע את הייחודיות של המבנה שלו (איור 7) ותפקודו. המשמעות היא שלכל אורגניזם יש תכונות ביולוגיות מיוחדות. אנשים מסוימים סובלים חום טוב יותר, השני - קר, השלישי מסוגלים להתרבות במהירות, הרביעי עמידים למחלות. כתוצאה מכך, עם התחממות חדה של האקלים, חורפים קשים ביותר או מגיפות, תמיד יש עמידים בפני גורמים שליליים. הם שורדים ומולידים דורות חדשים. כאשר מגיעים תנאים נוחים, מופיעים מנהיגים חדשים, שערכם טמון ביכולות אחרות, למשל, רבייה מהירה.

אם במהלך רבייה א-מינית כל אורגניזם מתרבה ללא כל השתתפות של פרטים מהמין שלו, הרי שבמהלך רבייה מינית כל האורגניזמים השייכים לאותו מין מקושרים בפוטנציה על ידי "נישואים". שינויים תורשתיים המתרחשים במנגנון הגנטי ומאפשרים לאורגניזם יתרונות מסוימים על פני פרטים אחרים ממינו, לא רק מגבירים את סיכויי ההישרדות שלו, אלא גם מאפשרים להשאיר עוד צאצאים בעלי תכונות שימושיות שכאלה. חומר מהאתר

עמדת מפתח זו של הביולוגיה המודרנית משתרעת על אורגניזמים המתרבים באופן א-מיני וגם מיני. עם זאת, אורגניזמים א-מיניים אינם יכולים להחליף "רכישות" שימושיות. אבל זה נעשה בקלות על ידי יצורים שמתרבים מינית. לכן, אם המאפיינים הגנטיים של אורגניזם בעל חיים אחד, המאפשרים לו, למשל, לסבול חורפים קשים, משולבים בצאצאים עם אחרים שהם לא פחות שימושיים, למשל, הסובלנות של הלמינתיאזות, אז ברור שיש סיכוי גבוה יותר לשרוד ולהשאיר צאצאים מאשר אבות שניחנו באחת מהתכונות החיוביות הללו. אם נוסיף לכך שבמהלך הרבייה המינית מספר הצאצאים הפוטנציאליים גדול פי כמה מאשר בזמן רבייה א-מינית, הרי ששינויים חיוביים כאלה במספר דורות יצטברו אפילו מהר יותר. המשמעות היא שרבייה מינית מספקת הרבה יותר חומר לאבולוציה מאשר רבייה א-מינית. מכאן ברור שבתוכנית האבולוציונית, לרבייה המינית יש את כל היתרונות על פני רבייה א-מינית, ולכן האורגניזמים המאורגנים ביותר, המתקדמים מבחינה אבולוציונית, בשלב מסוים נטשו את הרבייה הא-מינית.

יתרונות רבייה מינית מעל א-מיני קשורים לעובדה שהצאצאים מקבלים מגוון תכונות שמגבירות באופן משמעותי את עמידות המין לתנאי סביבה משתנים ולא נוחים ומספקות הרבה יותר חומר מקור לאבולוציה.

בעמוד זה חומר בנושאים:

• טבלה על יתרונות הביולוגיה של רבייה מינית על פני א-מיני

• אילו אורגניזמים מתרבים גם באופן א-מיני וגם מיני

• מדוע הצאצא שונה ברבייה מינית?

• מדוע בני אדם אינם יכולים להתרבות באופן א-מיני?

• חיובי ברבייה מינית ושלילי

שאלות לגבי פריט זה:

שִׁעתוּק- הנכס החשוב ביותר מכל היצורים החיים. מין שמתרבה באופן א-מיני בלבד יכול לפרוח די הרבה זמן אם הוא חי בתנאים קבועים יחסית. אם יתרחשו שינויים בבית הגידול שלו שגורמים למוות של פרטים בודדים, סביר מאוד שכל הפרטים ימותו, כי הם דומים מאוד מבחינה גנטית.

בְּ מִינִיאורגניזמים אימהיים ואבהיים מייצרים תאי מין מיוחדים -. גמטות לא תנועתיות נשיות נקראות ביצים, גמטות זכריות לא תנועתיות נקראות זרע, וגמטות תנועתיות נקראות זרע. תאי נבט אלו מתמזגים ויוצרים זיגוטה, כלומר. מתרחשת הפריה. לתאי מין, ככלל, יש חצי סט של כרומוזומים (), כך שכאשר הם מתמזגים, קבוצה כפולה (דיפלואידית) משוחזרת, פרט חדש מתפתח מהזיגוטה. במהלך רבייה מינית, צאצאים נוצרים על ידי היתוך של גרעינים הפלואידים. גרעינים הפלואידים נוצרים כתוצאה מחלוקה מיוטי.

מיוזיס מביאה לחצי של החומר הגנטי, עקב כך כמות החומר הגנטי בפרטים ממין נתון נשארת קבועה במספר דורות. במהלך המיוזה מתרחשים מספר תהליכים חשובים: הפרדה אקראית של כרומוזומים (נתיחה עצמאית), חילופי חומר בין כרומוזומים הומולוגיים (הצלבה). כתוצאה מתהליכים אלו נוצרים שילובים חדשים של גנים. מכיוון שגרעין הזיגוטה לאחר ההפריה מכיל את החומר הגנטי של שני פרטים הוריים, הדבר מגביר את המגוון הגנטי בתוך המין. אם המהות והמשמעות הביולוגית של התהליך המיני זהה עבור כל האורגניזמים, אז צורותיו מגוונות מאוד ותלויות ברמת ההתפתחות, בית הגידול, אורח החיים וכמה תכונות אחרות.

רבייה מיניתנמצא בכל קבוצות הצמחים. טחבים גדלים בסיד. צמחים זכר ונקבה נמצאים זה לצד זה. מי הגשמים עוזרים לזרעונים להגיע לראשי הצמחים הנקביים, שם הם מתמזגים עם הביצים, נוצרת זיגוטה, ממנה מתפתחת קופסת נבגים היושבת על רגל ארוכה. בתאי נבט הם מתפתחים על הצמח הנוצר כתוצאה מנביטת נבגים. בחלק התחתון של הגידול, האיברים הנשיים הם ארכיגוניה, ואילו האיברים הזכריים הם אנתרידיה. בסביבה לחה, תאי הנבט מתמזגים, הזיגוטה מולידה עובר, ממנו צומח צעיר. בצמחים פורחים, הרבייה המינית המורכבת ביותר היא הפריה כפולה. אבקה (תאי מין זכריים) נופלת על הסטיגמה של הפיסטיל (איבר הרבייה הנשי) ונובטת. הזרע נע לאורך צינור האבקה אל. זרע נכנס לשק העובר. האחד מתמזג עם הביצית ומוליד את העובר, הזרע השני מתמזג עם התא המרכזי ומוליד את האנדוספרם - אספקה ​​של חומרי הזנה.

רבייה מיניתיש יתרונות גדולים מאוד בהשוואה לא מינית. מהות הרבייה המינית היא השילוב בחומר התורשתי של צאצא המידע הגנטי משני מקורות שונים - הורים. הפריה בבעלי חיים יכולה להיות חיצונית או פנימית. היתוך מייצר זיגוטה עם סט כפול של כרומוזומים.

בגרעין הזיגוטה כל הכרומוזומים הופכים לזוגיים: בכל זוג, אחד הכרומוזומים הוא אבהי, השני הוא אימהי. האורגניזם הבת המתפתח מזיגוטה כזו מצויד באותה מידה במידע התורשתי של שני ההורים.

המשמעות הביולוגית של רבייה מיניתמורכב מהעובדה שהאורגניזמים המתעוררים יכולים לשלב את התכונות המועילות של האב והאם. אורגניזמים כאלה הם קיימא יותר. רבייה מינית ממלאת תפקיד חשוב באבולוציה של אורגניזמים.

התהליך העיקרי הוא הברירה הטבעית. הוא מחליט אילו התאמות לבית גידול נתון הן חיוביות ואילו לא כל כך רצויות. אם ההסתגלות חיובית, אז אורגניזמים שיש להם קידוד לתכונה זו יחיו מספיק זמן כדי להתרבות ולהעביר את הגנים שלהם לדור הבא.

כדי שהברירה הטבעית תעבוד עבור אוכלוסייה, חייב להיות גיוון. כדי לקבל גיוון ביחידים, אתה צריך גנטיקה שונה ובא לידי ביטוי. הכל תלוי בשיטת הרבייה של מין מסוים.

רבייה א-מינית

רבייה א-מינית היא ייצור של צאצאים מהורה אחד שאינו מלווה בהזדווגות או ערבוב של גנים. רבייה א-מינית גורמת לשיבוט של ההורה, כלומר לצאצאים יש DNA זהה לאב הקדמון שלהם. ככלל, אין מגוון מינים מדור לדור.

אחת הדרכים להשיג מגוון מינים היא באמצעות מוטציות ברמת ה-DNA. אם מתרחשת שגיאה בתהליך או בהעתקה של ה-DNA, שגיאה זו תועבר לצאצאים, ואולי תשנה את תכונותיו. עם זאת, מוטציות מסוימות אינן משנות את הפנוטיפ, ולכן לא כל השינויים ברבייה הא-מינית מביאים לשינויים בצאצאים.

רבייה מינית

רבייה מינית מתרחשת כאשר תא מין נשי (ביצית) מתאחד עם תא זכר (זרע). צאצא הוא שילוב גנטי של אמא ואבא, מחצית מהכרומוזומים שלו מגיעים מהורה אחד והחצי השני מההורה השני. זה מבטיח שהצאצאים שונים גנטית מהוריהם ואפילו מאחיהם.

מוטציות יכולות להתרחש גם במינים המתרבים מינית כדי להגביר עוד יותר את מגוון הצאצאים. התהליך היוצר את (תאי המין) המשמשים לרבייה תורם אף הוא להגברת הגיוון. זה מבטיח שהגמטות המתקבלות שונות מבחינה גנטית. גיוס עצמאי במהלך מיוזה והפריה אקראית משפיע גם על ערבוב גנים ומאפשר לצאצאים להסתגל טוב יותר לסביבתם.

רבייה ואבולוציה

בדרך כלל מאמינים שרבייה מינית תורמת יותר לאבולוציה מאשר רבייה א-מינית, שכן יש לה הרבה יותר

עם רבייה א-מינית, מאפיינים תורשתיים מועברים ללא שינוי במספר דורות. הגנוטיפ של הצאצאים במקרה זה יכול להשתנות רק עקב מוטציות אקראיות. השונות של אורגניזמים כאלה היא בדרך כלל חסרת משמעות.

היתרון של רבייה מינית על פני רבייה א-מינית הוא שבזיגוטה הדיפלואידית משולבות קבוצות הפלואידיות של כרומוזומים של שיבוטים שונים של אורגניזמים, ובנוסף, במהלך היווצרותם של גמטות לאחר מכן, אזורים הומולוגיים של כרומוזומים מוחלפים בין הכרומוזומים ההומולוגיים של הסט הפלואידי המקורי (הצולב מעל סטים). לפיכך, לאנשים שהתעוררו במהלך רבייה מינית יש גנוטיפים חדשים, שונים. במקרה זה, מושגת שילוב מחדש של התכונות התורשתיות של ההורים, מה שמגביר את השונות ומספק חומר עשיר יותר לברירה טבעית. יכולת ההסתגלות וקצב האבולוציה של אורגניזמים מתרבים מינית גבוהים במידה ניכרת.

המהות של רבייה מינית היא יצירת שילובים גנטיים חדשים. במקרים האופייניים ביותר, זכר ונקבה מזדווגים ומייצרים פרטים שהגנוטיפ שלהם אינו זהה לא לגנוטיפ של האב ולא לגנוטיפ של האם. בבעלי חיים מסוימים יכולים להיווצר גנוטיפים חדשים כתוצאה מתהליכים מסוג אחר. בפרוטוזואה כמו פרמציום מתרחשת אוטוגמיה, שבה פרט אחד יוצר גנוטיפ חדש. צורות אחרות, כולל כמה תולעים שטוחות ורכיכות, הן הרמפרודיטיות, כלומר. יש להם גונדות זכריות (מייצר זרע) ונקבה (מייצרות ביצים). ישנן צורות הרמפרודיטיות המסוגלות להפריה עצמית.

לא כל רבייה היא מינית (כלומר, היא יוצרת גנוטיפים חדשים). לדוגמה, פרמציה מסוגלת להתחלק לשניים עם היווצרות של שני אורגניזמים בת חדשים זהים גנטית לאינדיבידואל המקורי. פוליפים הידרודים (אחת מקבוצות ה-coelenterates) יכולים לייצר פרטים חדשים זהים לעצמם כתוצאה מתהליך הניצנים. במקרה זה, מספר אורגניזמים חדשים יכולים להיווצר באזור ניצנים אחד. בעלי חיים אחרים, כולל חרקים רבים וכמה דגים, מסוגלים להתרבות פרתנוגנטית, שבה מתפתחים צאצאים מביצים לא מופרות.

הרוב המכריע של בעלי החיים, במיוחד צורות שהופיעו לאחרונה יחסית, מתרבים מינית, כלומר על ידי היתוך של גמטות זכר ונקבה. תיאורטיקנים חלוקים בדעתם לגבי הסיבות לדומיננטיות זו של התהליך המיני. מכיוון שרבייה מינית דורשת עלויות מסוימות, ברור שהיא חייבת לספק כמה יתרונות משמעותיים. הסיבות העיקריות הבאות הועלו להסבר:

1) יתרון אבולוציוני לאוכלוסיות שיכולות להשתנות מהר יותר מאחרות באמצעות רבייה מינית;

2) יתרון אבולוציוני הקשור לעובדה ששיטת רבייה זו מקלה על יצירת מין (הופעת מינים חדשים);

3) שפרטי הורים בודדים יכולים ליצור גיוון בצאצאים הקרובים שלהם, מה שמקל עליהם להסתגל לשינויים סביבתיים בלתי צפויים.

במהלך רבייה מינית, כתוצאה מהתמזגות הגמטות, נוצרת ביצית מופרית - זיגוטה הנושאת את הנטיות התורשתיות של שני ההורים, שבגללה השונות התורשתית של הצאצאים עולה בחדות. זהו היתרון של רבייה מינית על פני רבייה א-מינית. הָהֵן. בנוכחות רקומבינציה גנטית, פרטים הוריים מייצרים צאצאים שיהיו שונים מהם בצורה הבלתי צפויה ביותר, ובין השילובים האקראיים החדשים של גנים, לפחות מחציתם עשויים להתברר כגרוע יותר מהגנוטיפ ההורי, אך דשדוש הגנים בתהליך של רבייה מינית תורם להישרדותם של המין בתנאי סביבה משתנים. אם הורה מייצר צאצאים רבים עם מגוון רחב של שילובי גנים, יש סיכוי טוב יותר שלפחות צאצא אחד יהיה מותאם היטב לנסיבות החיים העתידיות, יהיו אשר יהיו.

בנוכחות רקומבינציה גנטית, הפרטים ההוריים מייצרים צאצאים שיהיו שונים מהם בצורה הבלתי צפויה ביותר, ובין השילובים האקראיים החדשים של גנים, לפחות מחציתם עשויים להתברר כגרועים יותר מהגנוטיפ ההורי, אך דשדוש הגנים בתהליך הרבייה המינית תורם להישרדותם של המין בתנאי סביבה משתנים. אם הורה מייצר צאצאים רבים עם מגוון רחב של שילובי גנים, יש סיכוי טוב יותר שלפחות צאצא אחד יהיה מותאם היטב לנסיבות החיים העתידיות, יהיו אשר יהיו.

השערות רבות הוצעו כדי להסביר את היתרונות של רבייה מינית במאבק על הקיום. אחד מהם נותן מושג איך יכולים להיות השלבים הראשונים של האבולוציה של רבייה מינית. מהלך האבולוציה תלוי במידה רבה במוטציות שמשנות גנים קיימים, ויוצרות במקומם אללים (וריאנטים) חדשים של הגנים הללו. נניח שלשני פרטים באוכלוסייה מסוימת יש מוטציות חיוביות המשפיעות על כמה לוקוסים גנטיים, ומכאן תפקודים שונים. במין א-מיני, כל אחד מהפרטים הללו יוליד שיבוט של צאצאים מוטנטים, ושני שיבוטים חדשים יתחרו עד שאחד מהם ינצח. אחד מהאללים המועדפים שנוצרו על ידי מוטציות יתפשט, בעוד שהשני ייעלם בסופו של דבר. כעת דמיינו שלאחד המוטנטים המקוריים יש תכונה שנקבעה גנטית המאפשרת לו לכלול גנים משבטים אחרים בגנום שלו מעת לעת. בתנאי המאבק על הקיום, רכישת גנים מתאי שיבוט מתחרה היא בגדר יצירת תא הנושא את כל המוטציות החיוביות. לתא כזה תהיה יכולת ההסתגלות הגדולה ביותר, והיתרונות המתקבלים על ידו יבטיחו את התפשטות האוכלוסייה של תכונה המאפשרת לך לכלול את הגנים של תאים אחרים בגנום שלך. הברירה הטבעית תעדיף רבייה מינית פרימיטיבית כזו.

זרעונים הם אחד הגיבורים העיקריים של רבייה מינית.

השמרים עזרו למדענים להראות שגידול בין-אוכלוסיות מוביל להסתגלות אקולוגית רבה יותר של המין.
הישרדות המין קשורה להצטברות של שינויים גנטיים המסייעים לאורגניזם להתקיים בסביבה מסוימת. מאמינים כי רבייה מינית, אשר מביאה לשונות גנטית מוגברת, תורמת לאבולוציה המהירה של המין. אבל במקרה של רבייה מינית, הצאצאים לוקחים גנים של שני פרטים שונים. תארו לעצמכם שאמא ואבא הגיעו מאוכלוסיות שונות; הגנים של האם מאפשרים לה לשרוד בתנאים מסוימים, והגנים של האב "מתחדדים" לאחרים. במקרה זה, הצאצאים לא יהיו מותאמים לא לזה ולא לזה: הגנים יחלישו זה את זה ולא יוכלו לפעול כראוי בכלל בשום תנאי. מסתבר שרבייה מינית לא תורמת להישרדות המין?

חוקרים מאוניברסיטת אוקלנד (ניו זילנד) הקימו ניסוי שהיה אמור לענות ישירות על השאלה האם מעבר בין אוכלוסיות עוזר או מאט את האבולוציה. מדענים השתמשו בשמרים, שיכולים להתרבות גם באופן א-מיני וגם מיני. התרבות הראשונה גדלה בתנאים מסוימים, השנייה - בתנאים אחרים. בשלב מסוים, מנגנון הרבייה המינית הופעל בשמרים ואיפשר לפטריות מאוכלוסיות שונות למצוא זו את זו.

במאמר שפורסם בכתב העת Ecology Letters כותבים המחברים שהצאצאים הנובעים מהרבייה המינית הסתגלו לסביבה מהר יותר. אם ההורים היו מאוכלוסיות שונות, אז ילדיהם הרגישו טוב באותה מידה בתנאים סביבתיים "אימהיים" ו"אביים". כלומר, רבייה מינית לא רק שאינה מפריעה, אלא גם מגרה את התפתחות המין, במיוחד כאשר פרטים מאוכלוסיות שונות נפגשים.

למעשה, תוצאות הניסוי מאששות השערה חלופית אחת, אך מעט ידועה יחסית, לפיה גנים ש"מתחדדים" בתנאי אחד לא בהכרח מפריעים לחיות באחרים. גנים לבתי גידול שונים אינם נכנסים לעימות, אלא מתקיימים בשלום באותו גנום, נדלקים ומכבים לפי הצורך.

בעבר, ביולוגים אבולוציוניים היו צריכים להמציא טריקים חכמים שימנעו מפרטים מאוכלוסיות שונות להתרבות זה בזה ובכך להחליש את מיקומו האבולוציוני של המין. ולמרות שכאמור הייתה השערה חלופית, היה צורך באישור ניסוי כדי להעלות אותה מעל כל האחרות. נעשה שימוש במידע מלא בהכנת המאמר.

4. מבנה, תכונות ביולוגיות והתפתחות של זרעונים:

מידע דומה.