Temat: „ROZMNAŻANIE I ROZWÓJ ORGANIZMÓW
Jak rozmnażają się organizmy
Seminarium 2 godz
Gimnazjum MOU nr 10 w Murmańsku
Nauczyciel: Podmiatnikowa L.S.
, nauczyciel biologii, zwycięzca konkursu najlepszych nauczycieli Federacji Rosyjskiej (NPPO)
11 klasa
Cele:
Studenci powinni rozumieć pojęcia rozmnażania bezpłciowego, rozmnażania płciowego, rozmnażania wegetatywnego, sporulacji, fragmentacji, pączkowania, gamet, hermafrodyzmu, koniugacji, partenogenezy, jajników, jąder, komórki jajowej, plemnika, gametogenezy, oogenezy, spermatogenezy, ciałek kierunkowych, strefy rozmnażania, wzrostu strefa, strefa dojrzewania, zapłodnienie, zygota, podwójne zapłodnienie, mikrospory, megaspory, ziarno pyłku, woreczek zarodkowy”, poznanie istoty procesów gametogenezy, zapłodnienia, zalet i wad metod rozmnażania bezpłciowego i płciowego.
Student powinien umieć samodzielnie opracować materiał edukacyjny, porównać procesy biologiczne, udzielić rozsądnej odpowiedzi, wyciągnąć wnioski i zastosować wiedzę w niestandardowej sytuacji.
Przyczyniają się do kształtowania naukowego światopoglądu, komunikatywności uczniów.
Reprodukcja to reprodukcja
własnego rodzaju poprzez niepodobne.
Postęp kursu.
I. AKTUALIZACJA WIEDZY, WPROWADZENIE W TEMAT.
Na ostatniej lekcji szczegółowo przestudiowaliśmy różne sposoby podziału komórek, które leżą u podstaw rozmnażania i rozwoju nie tylko organizmów jednokomórkowych, ale także wielokomórkowych.
-Jaka jest główna różnica między mitozą a mejozą?
- Jakie jest biologiczne znaczenie mitozy? mejoza?
Zdolność do reprodukcji jest jedną z najważniejszych cech istot żywych. W procesie reprodukcji materiał genetyczny przekazywany jest z rodziców na potomstwo. Znaczenie reprodukcji dla gatunku jako całości polega na ciągłym uzupełnianiu liczby osobników danego gatunku, które giną z różnych przyczyn. Ponadto rozmnażanie pozwala w sprzyjających warunkach na zwiększenie liczebności osobników.
Proces reprodukcji jest jednym z najbardziej zróżnicowanych w przyrodzie. W niektórych przypadkach rozmnażanie odbywa się nieprzerwanie przez całe życie organizmu, w innych tylko raz. Czasami reprodukcja rozpoczyna się po ustaniu wzrostu osobnika, a czasami jest to możliwe w procesie wzrostu. Metody rozmnażania można podzielić na dwie grupy: bezpłciowe i płciowe (slajd 3). . Chociaż rozmnażanie płciowe jest słusznie uważane za bardziej postępowy sposób, wiele organizmów w swoim cyklu życia zachowało zdolność do rozmnażania bezpłciowego (slajd 4).
- Dlaczego rozmnażanie płciowe nie zastąpiło całkowicie rozmnażania bezpłciowego?
II. STUDIUJ NOWY MATERIAŁ
Zapoznajmy się z cechami i formami rozmnażania bezpłciowego
1. Rozmnażanie bezpłciowe organizmów - odpowiedź ustna, dyskusja
Tak więc rozmnażanie bezpłciowe jest szeroko rozpowszechnione w przyrodzie. Charakterystyczne są następujące cechy (slajd 5). :
- w rozmnażaniu bierze udział tylko jeden osobnik;
- przeprowadzane bez udziału komórek rozrodczych;
- rozmnażanie opiera się na mitozie i mejozie (tworzenie zarodników w roślinach);
- potomstwo jest identyczne i jest dokładną kopią genetyczną rodzica.
Formy rozmnażania bezpłciowego są zróżnicowane (slajd 6).
A). Rozszczepienie binarne - podział, w którym powstają dwie równoważne komórki potomne (ameba) - (slajd 7).
B) Wielokrotny podział lub schizogonia. Komórka macierzysta rozpada się na dużą liczbę mniej więcej identycznych komórek potomnych (zarodźca malarii).
B) sporulacja. Rozmnażanie przez zarodniki - wyspecjalizowane komórki grzybów i roślin. Jeśli zarodniki mają wić i są ruchome, nazywa się je zoosporami (chlamydomonas) (slajd 8).
D) pączkowanie. Na osobniku matki powstaje wyrostek - nerka, z której rozwija się nowy osobnik (drożdże, hydra) (slajd 9).
E) Fragmentacja - podział jednostki na dwie lub więcej części, z których każda rozwija się w nową jednostkę. U roślin (spirogyra) i u zwierząt (pierścienie). Fragmentacja opiera się na właściwości regeneracji.
E) Rozmnażanie przez części organów wegetatywnych. charakterystyczne dla wielu grup roślin. Podczas rozmnażania wegetatywnego nowy osobnik rozwija się albo z części matki, albo ze specjalnych struktur (cebula, bulwa itp.) Specjalnie zaprojektowanych do rozmnażania wegetatywnego.
G) Poliembrionia. Rozmnażanie podczas rozwoju embrionalnego, w którym z jednej zygoty rozwija się kilka zarodków - bliźnięta (identyczne bliźnięta u ludzi). Potomstwo jest zawsze tej samej płci (slajd 10).
H) Klonowanie. Sztuczna metoda rozmnażania bezpłciowego. Nie występuje w warunkach naturalnych. Klon to genetycznie identyczne potomstwo uzyskane od jednego osobnika w wyniku jednej lub innej metody rozmnażania bezpłciowego (slajd 11).
Ćwiczenie 1. Czy potomstwo, które powstało podczas rozmnażania bezpłciowego, może mieć cechy odróżniające je od oznak organizmu matki?
Kontrola wykonania.
Określmy zalety i wady rozmnażania bezpłciowego (slajd 12)
1. Rozmnażanie płciowe. Metody rozmnażania płciowego - odpowiedź ustna, dyskusja
Cechy rozmnażania płciowego (slajd 13):
udział 2 rodziców
Powstają gamety - komórki płciowe
Następuje zapłodnienie
Proces mejozy opiera się na
Potomstwo jest genetycznie heterogeniczne.
2. Budowa gamet. Gametogeneza - odpowiedź ustna, dyskusja(slajd 14)
Zadanie 2. Rozważ ryc. 1. i uzupełnij tabelę „Powstawanie komórek rozrodczych”
Ryc. 1. Schemat powstawania komórek rozrodczych
Powstawanie komórek rozrodczych
Jakie są główne podobieństwa i główne różnice w tych procesach?
Kontrola wydajności (slajd 15).
Wzbogacenie.
Wielkość jaj jest bardzo zróżnicowana - od kilkudziesięciu mikrometrów do kilku centymetrów (jajo człowieka ma około 100 mikronów, jajo strusia, które ma długość około 155 mm wraz ze skorupką, jest również jajem).
Podczas oogenezy komórka jajowa gromadzi wszystkie substancje niezbędne do początkowych etapów rozwoju zarodka. Sposoby pozyskiwania tych substancji są różne: u zwierząt niższych - poprzez fagocytozę sąsiednich komórek przez jajo, u zwierząt wyższych - z komórek pęcherzykowych poprzez mostki cytoplazmatyczne (owady) lub połączenia szczelinowe (kręgowce). W tym przypadku żółtko jest często syntetyzowane w narządach oddalonych od jaja, na przykład w komórkach wątroby. Żółtko jest zwykle skoncentrowane na biegunie wegetatywnym, a jądro na biegunie zwierzęcym. Oprócz żółtka jajo gromadzi niektóre organelle - rybosomy (do 10 13). Następuje amplifikacja genów rRNA (mln kopii). W jajku na wierzchu błony tworzy się kolejna skorupa - pierwotna. Składa się z glikoprotein i bierze udział w specyficznym dla gatunku rozpoznawaniu plemników. U wielu zwierząt powstają również drugorzędowe (wydzielane przez komórki pęcherzykowe) i trzeciorzędowe (wydzielane przez ściany jajowodów) skorupki jaj. Powstają one po zapłodnieniu. Przykładem jest białko, skorupa pergaminu, skorupa jaja ptasiego. Pod skorupą jaja ptasiego w jajku gromadzą się granulki korowe - pęcherzyki błonowe biorące udział w zapłodnieniu.U ssaków jaja mają błyszczącą skorupę, na szczycie której znajduje się promienista korona - warstwa komórek pęcherzykowych.
Komórki, które zakończyły podział mitozy, to oocyty pierwszego rzędu. U ludzi, nawet w okresie embrionalnego rozwoju kobiecego ciała, oocyty wchodzą w profazę 1 podziału mejozy i pozostają na tym etapie przez 12-13 lat – do osiągnięcia dojrzałości płciowej. Dopiero potem, pod wpływem hormonów płciowych, niektóre oocyty okresowo przechodzą 1 podział mejozy, stają się haploidalne - oocyty drugiego rzędu. Zapłodnienie następuje na etapie metafazy II. Po zapłodnieniu proces mejozy zostaje zakończony, oocyty stają się dojrzałymi jajami. Jeśli do zapłodnienia nie dojdzie, komórka jajowa ulega zniszczeniu.
3. Zapłodnienie - odpowiedź ustna, dyskusja(slajd 16, 17)
Dodatek.
Jaja wielu zwierząt wydzielają substancje o charakterze niebiałkowym dwojakiego rodzaju: pierwsze aktywują ruch plemników, drugie powodują ich sklejanie. Plemniki wydzielają również substancje, które spowalniają ruch innych plemników. Plemnik wiąże się za pomocą białka wiążącego z receptorami glikoproteinowymi błony pierwotnej komórki jajowej. wiązania różnią się nawet u blisko spokrewnionych gatunków.
Po przyczepieniu się plemnika obszar błony pierwotnej rozpuszcza się, a błony zewnętrzne plemnika i komórki jajowej łączą się. Najczęściej plemnik jest całkowicie wciągany do komórki jajowej, czasami wić pozostaje na zewnątrz i jest odrzucana. Od momentu wniknięcia plemnika do komórki jajowej gamety przestają istnieć, gdyż tworzą pojedynczą komórkę – zygotę. W zależności od liczby plemników, które dostaną się do komórki jajowej podczas zapłodnienia, wyróżnia się: monospermię - zapłodnienie, w której do komórki jajowej dostaje się tylko jeden plemnik (najczęściej spotykane zapłodnienie), oraz polispermię - zapłodnienie, w której do komórki jajowej dostaje się kilka plemników. Ale nawet w tym przypadku jądro tylko jednego plemnika łączy się z jądrem komórki jajowej, a pozostałe jądra ulegają zniszczeniu.
Ziarnistości korowe łączą się z błoną zewnętrzną, a ich zawartość wylewa się pod błonę pierwotną. W rezultacie membrana pierwotna oddziela się od membrany zewnętrznej i staje się twardsza. Nazywa się to powłoką zapłodnienia. Te procesy zapobiegają polispermii.
Zadanie 3*.
Zasadniczo proces zapłodnienia jest podobny u większości zwierząt, ale w szczególności ma dość znaczne różnice, począwszy od zachowań godowych, sposobów zapłodnienia, aż po różnice w mechanizmach wnikania plemnika do komórki jajowej. Jak myślisz, jakie jest biologiczne znaczenie takiej różnorodności?
Zadanie 4*. Empirycznie można zniszczyć jądro komórki jajowej za pomocą promieni rentgenowskich lub promieniowania UV, a następnie zapłodnić je dwoma plemnikami. Po fuzji ich jąder może rozwinąć się pełnoprawne potomstwo. Jak będą się różnić wyniki takich eksperymentów u ptaków i ssaków?
Kontrola wykonania.
4. Podwójne zapłodnienie roślin kwitnących - odpowiedź ustna, dyskusja
Jedną z podstawowych zdolności wszystkich żywych organizmów jest rozmnażanie. Istnieją dwie główne opcje formowania nowych jednostek. Specjaliści wyróżniają i aseksualni.
Metody samoreprodukcji
Każdy żywy organizm może stworzyć swój własny rodzaj jednostek. Wiele roślin i niższych zwierząt stosuje rozmnażanie bezpłciowe. Do uzyskania potomstwa wystarczy jeden osobnik rodzicielski, zdolny do tworzenia organizmów potomnych.
Ale ta informacja nie wystarczy, aby zrozumieć, czym rozmnażanie płciowe różni się od rozmnażania bezpłciowego. Te formy reprodukcji potomstwa są zasadniczo różne. Tak więc rozmnażanie płciowe jest możliwe tylko przy udziale dwóch osobników rodzicielskich. Metoda seksualna charakteryzuje się tym, że powstają gamety. Są to specjalne komórki rozrodcze z haploidalnym zestawem chromosomów.
Główne różnice
Metoda seksualna jest uważana za bardziej postępową niż metoda bezpłciowa. Jest używany przez zdecydowaną większość żywych istot do rodzenia potomstwa. Możesz zrozumieć, czym rozmnażanie płciowe różni się od rozmnażania bezpłciowego, jeśli wiesz, co następuje.
Pierwsza forma rozmnażania wymaga udziału dwóch osobników rodzicielskich. W każdym z nich powstają specjalne komórki płciowe - gamety. W procesie rozmnażania łączą się i tworzą zygotę. To z niego powstaje nowy organizm.
Gamety nie są potrzebne w tym procesie. Z komórek somatycznych powstaje nowy osobnik. Jest to dokładna kopia organizmu macierzystego. Ta metoda rozmnażania umożliwia szybkie uzyskanie potomstwa.
Cechy rozmnażania bezpłciowego
Samoreprodukcja nowych organizmów ma swoje zalety. Znając je, łatwo jest wyjaśnić, czym rozmnażanie płciowe różni się od rozmnażania bezpłciowego. Pozwala na stworzenie dużej liczby osobników w krótkim czasie. W tym przypadku powstałe potomstwo nie różni się od rodzica. Organizmy potomne są dokładnymi kopiami.
Ta metoda rozmnażania jest korzystna dla organizmów żyjących w niezmiennych warunkach. Zmienność genetyczna podczas rozmnażania bezpłciowego może powstać jedynie w wyniku mutacji genetycznych. W procesie takiej samoreprodukcji komórki dzielą się z reguły przez mitozę.
Wyższe zwierzęta nie mogą rozmnażać się bezpłciowo. Jedynym wyjątkiem jest ich sztuczne klonowanie.
Rodzaje rozmnażania bezpłciowego
Istnieje kilka opcji tworzenia przez organizmy własnego rodzaju bez udziału wyspecjalizowanych komórek rozrodczych. Zastanawiając się, czym rozmnażanie płciowe różni się od rozmnażania bezpłciowego, nie należy zapominać, że ten drugi sposób rozmnażania potomstwa dzieli się na kilka typów.
Podział, sporulacja, rozmnażanie wegetatywne, w tym pączkowanie, i fragmentacja są rozróżniane oddzielnie. Za pomocą każdej z tych metod nowy osobnik jest tworzony z jednej lub grupy komórek somatycznych. Pierwotniaki rozmnażają się przez podział: ameba, pantofelek. Ta metoda jest również stosowana przez niektóre bakterie.
Wszystkie grupy roślin zielonych, grzybów, niektóre bakterie i pierwotniaki rozmnażają się przez tworzenie zarodników. Zarodniki powstają w specjalnych strukturach - sporogonii.
Odkrywając różnice między rozmnażaniem płciowym i bezpłciowym, nie należy zapominać, że metody te znacznie się różnią. Rzeczywiście, podczas samoreprodukcji bez udziału gamet, komórki somatyczne zaczynają się dzielić. Na przykład jest to możliwe za pomocą sadzonek, wąsów, korzeni, kłączy, bulw, cebul, bulw.
Cechy rozmnażania płciowego
Aby uzyskać potomstwo tą metodą, potrzebne są dwa osobniki tego samego gatunku, które wytwarzają specjalne komórki rozrodcze. Pojawienie się potomstwa jest możliwe, gdy łączą się i tworzą zygoty. O tym warto pamiętać, opowiadając, czym rozmnażanie płciowe różni się od rozmnażania bezpłciowego.
Gamety zawierają haploidalny (pojedynczy) zestaw chromosomów. Komórki te powstają podczas mejozy. To z ich pomocą informacja genetyczna przekazywana jest od obojga rodziców do organizmów potomnych. Proces łączenia gamet nazywa się zapłodnieniem. W rezultacie jądra haploidalne łączą się i powstaje zygota, na której opiera się wewnątrzgatunkowa zmienność organizmów.
Poznając cechy rozmnażania bezpłciowego i płciowego, nie wolno nam zapominać, że istnieją dwa rodzaje gamet. Wytwarzają je samce i samice. Ale w naturze istnieją takie typy organizmów, które mogą jednocześnie wytwarzać dwa rodzaje komórek rozrodczych. Nazywa się je hermafrodytami. W ten sposób mogą rozmnażać się małe skorupiaki, ślimaki i niektóre ryby.
Możliwe wyjątki
Możesz dowiedzieć się, czym rozmnażanie płciowe różni się od rozmnażania bezpłciowego, jeśli wiesz, że pierwsza metoda charakteryzuje się tworzeniem specjalnych gamet, aw drugiej komórki somatyczne organizmu rodzicielskiego zaczynają się dzielić.
Ważne jest, aby do rozmnażania bezpłciowego wystarczył jeden osobnik, a do rozmnażania płciowego potrzebne były dwa osobniki. Nie zapominaj jednak o wyjątkach. Należą do nich hermafrodytyzm i partenogeneza. Chociaż pierwsza wskazana forma rozmnażania często dotyczy gamet pochodzących od różnych osobników, w organizmie zachodzą procesy zakłócające samozapłodnienie.
Również jedną z odmian rozmnażania płciowego jest partenogeneza. Dzięki tej metodzie żeńskie komórki rozrodcze są w stanie rozwinąć się w nowego osobnika bez udziału męskich gamet. Zarówno niektóre zwierzęta, jak i rośliny mogą w ten sposób wydawać potomstwo.
W zależności od liczby chromosomów w żeńskich komórkach rozrodczych rozróżnia się partenogenezę diploidalną i haploidalną. Ten mechanizm reprodukcji pozwala kontrolować liczbę potomstwa i jego typy. Na przykład królowa pszczół może składać jaja, z których wyklują się samice (królowe, robotnice) lub samce (trutnie). Rozmnażanie – płciowe i bezpłciowe – w klasycznych wersjach nie ma takich możliwości.
Głównym procesem jest dobór naturalny. Decyduje, które adaptacje dla danego siedliska są korzystne, a które nie. Jeśli adaptacja jest korzystna, organizmy, które mają zakodowaną cechę, będą żyły wystarczająco długo, aby się rozmnażać i przekazywać swoje geny następnemu pokoleniu.
Aby dobór naturalny działał dla populacji, musi istnieć różnorodność. Aby uzyskać różnorodność w jednostkach, potrzebujesz różnych genetyki i ekspresji. Wszystko zależy od metody rozmnażania danego gatunku.
rozmnażanie bezpłciowe
Rozmnażanie bezpłciowe to wytwarzanie potomstwa od jednego rodzica, któremu nie towarzyszy krycie lub mieszanie genów. Rozmnażanie bezpłciowe skutkuje klonowaniem rodzica, co oznacza, że potomstwo ma identyczne DNA jak jego przodek. Z reguły nie ma różnorodności gatunkowej z pokolenia na pokolenie.
Jednym ze sposobów uzyskania pewnej różnorodności gatunkowej są mutacje na poziomie DNA. Jeśli wystąpi błąd w procesie lub kopiowaniu DNA, to błąd ten zostanie przekazany potomstwu, prawdopodobnie zmieniając jego cechy. Jednak niektóre mutacje nie zmieniają fenotypu, więc nie wszystkie zmiany w rozmnażaniu bezpłciowym skutkują zmianami potomstwa.
rozmnażanie płciowe
Rozmnażanie płciowe zachodzi, gdy żeńska komórka płciowa (jajo) łączy się z komórką męską (plemnikiem). Potomek to genetyczna kombinacja matki i ojca, połowa jego chromosomów pochodzi od jednego rodzica, a druga połowa od drugiego. Daje to pewność, że potomstwo różni się genetycznie od swoich rodziców, a nawet rodzeństwa.
Mutacje mogą również wystąpić u gatunków rozmnażających się płciowo, aby jeszcze bardziej zwiększyć różnorodność potomstwa. Proces, który tworzy (komórki płciowe) wykorzystywane do rozmnażania, również przyczynia się do zwiększenia różnorodności. Zapewnia to, że powstałe gamety są genetycznie różne. Niezależna rekrutacja podczas mejozy i przypadkowego zapłodnienia wpływa również na mieszanie genów i pozwala potomstwu lepiej przystosować się do środowiska.
Rozmnażanie i ewolucja
Powszechnie uważa się, że rozmnażanie płciowe bardziej sprzyja ewolucji niż rozmnażanie bezpłciowe, gdyż ma ono znacznie większe możliwości
Rozmnażanie płciowe jest wiodącą formą rozmnażania w świecie organicznym. W rozmnażaniu płciowym uczestniczy dwoje osobników rodzicielskich. Poprzedza ją powstawanie w organizmach rodziców w wyniku mejozy wyspecjalizowanych komórek płciowych - gamet, z których każda niesie pojedynczy (haploidalny) zestaw chromosomów. Samo rozmnażanie polega na zapłodnieniu - połączeniu gamet w zygotę.Mejoza
Męskie i żeńskie komórki płciowe u zwierząt zwykle powstają w gruczołach płciowych (jądrach i jajnikach). Mogą być w różnych osobach lub w jednym; w tym drugim przypadku osobniki nazywane są hermafrodytami. Hermafrodytyzm jest najbardziej prymitywną formą rozmnażania, charakterystyczną dla wielu zwierząt niższych (m.in. tasiemce, dżdżownice, ślimaki) i roślin kwiatowych. tasiemce, dżdżownice, ślimaki, rośliny kwitnące
Hermafrodytyzm: MOŻLIWE samozapłodnienie (ważne dla gatunków osiadłych lub osobników prowadzących samotny tryb życia) ALE samozapłodnienie uniemożliwia wymianę materiału genetycznego między osobnikami; DLATEGO wiele organizmów posiada urządzenia zapobiegające samozapłodnieniu (niekompatybilność genetyczna komórek rozrodczych jednego organizmu, powstawanie gamet męskich i żeńskich w różnym czasie, specjalna budowa kwiatu sprzyjająca zapylaniu krzyżowemu).
Istota mejozy Mejoza jest ważnym elementem rozmnażania płciowego. Podczas mejozy powstają komórki zawierające tylko jeden zestaw chromosomów, co umożliwia późniejszą fuzję komórek rozrodczych (gamet) dwojga rodziców Rozmnażanie płciowe W rzeczywistości mejoza jest rodzajem mitozy. Obejmuje dwa kolejne podziały komórkowe, ale chromosomy są duplikowane tylko w pierwszym z tych podziałów. Biologiczną istotą mejozy jest zmniejszenie liczby chromosomów o połowę i tworzenie gamet haploidalnych (czyli gamet, które mają po jednym zestawie chromosomów).
19
Istotą rozmnażania płciowego jest tworzenie nowych kombinacji genetycznych. W najbardziej typowych przypadkach samiec i samica kojarzą się i rodzą osobniki, których genotypy nie są identyczne ani z genotypem ojca, ani z genotypem matki.U niektórych zwierząt nowe genotypy mogą powstawać w wyniku procesów innego rodzaju nowy homozygotyczny genotyp. Inne formy, w tym niektóre płazińce i mięczaki, są hermafrodytami, tj. mają zarówno gonady męskie (produkujące plemniki), jak i żeńskie (produkujące komórki jajowe). Istnieją hermafrodytyczne formy zdolne do samozapłodnienia.
Nie każda reprodukcja jest płciowa (to znaczy tworzy nowe genotypy). Na przykład paramecia są w stanie podzielić się na dwie części, tworząc dwa nowe organizmy potomne, które są genetycznie identyczne z pierwotnym osobnikiem.Polipy hydroidowe (jedna z grup koelenteratów) mogą w wyniku pączkowania wytwarzać nowe osobniki identyczne do siebie W takim przypadku w jednej strefie pączkowania może powstać kilka nowych organizmów. Inne zwierzęta, w tym wiele owadów i niektóre ryby, są zdolne do rozmnażania partenogenetycznego, w którym potomstwo rozwija się z niezapłodnionych jaj.
Zdecydowana większość zwierząt, zwłaszcza formy, które powstały stosunkowo niedawno, rozmnaża się płciowo, to znaczy przez połączenie gamet męskich i żeńskich. Teoretycy nie zgadzają się co do przyczyn tej dominacji procesu seksualnego. Ponieważ rozmnażanie płciowe wiąże się z pewnymi kosztami, musi oczywiście zapewniać pewne znaczące korzyści. Jako wyjaśnienie podano następujące główne powody:
1) ewolucyjna przewaga dla populacji, które mogą zmieniać się szybciej niż inne poprzez rozmnażanie płciowe;
2) przewaga ewolucyjna związana z faktem, że ta metoda rozmnażania ułatwia specjację (pojawianie się nowych gatunków);
3) że poszczególne jednostki rodzicielskie mogą tworzyć różnorodność w swoim bezpośrednim potomstwie, ułatwiając im przystosowanie się do nieprzewidywalnych zmian środowiskowych.
Podczas rozmnażania płciowego, w wyniku fuzji gamet, powstaje zapłodnione jajo - zygota, która niesie dziedziczne skłonności obojga rodziców, dzięki czemu gwałtownie wzrasta dziedziczna zmienność potomstwa. Jest to przewaga rozmnażania płciowego nad rozmnażaniem bezpłciowym. Te. w obecności rekombinacji genetycznej osobniki rodzicielskie wydają potomstwo różniące się od nich w najbardziej nieprzewidywalny sposób, a spośród nowych przypadkowych kombinacji genów co najmniej połowa może okazać się gorsza od genotypu rodzicielskiego, ale tasowanie genów w procesie rozmnażania płciowego przyczynia się do przetrwania gatunku w zmieniających się warunkach środowiskowych. Jeśli rodzic wydaje wiele potomstwa z szeroką gamą kombinacji genów, istnieje większa szansa, że przynajmniej jedno potomstwo będzie dobrze przystosowane do przyszłych warunków życiowych, jakiekolwiek by one nie były.
W obecności rekombinacji genetycznej osobniki rodzicielskie wydają potomstwo różniące się od nich w najbardziej nieprzewidywalny sposób, a wśród nowych przypadkowych kombinacji genów co najmniej połowa może okazać się gorsza od genotypu rodzicielskiego, ale tasowanie genów w procesie rozmnażania płciowego przyczynia się do przetrwania gatunku w zmieniających się warunkach środowiskowych. Jeśli rodzic wydaje wiele potomstwa z szeroką gamą kombinacji genów, istnieje większa szansa, że przynajmniej jedno potomstwo będzie dobrze przystosowane do przyszłych warunków życiowych, jakiekolwiek by one nie były.
Zaproponowano wiele hipotez wyjaśniających korzyści płynące z rozmnażania płciowego w walce o byt. Jedna z nich daje wyobrażenie o tym, jak mogłyby wyglądać pierwsze etapy ewolucji rozmnażania płciowego. Przebieg ewolucji w dużej mierze zależy od mutacji, które zmieniają istniejące geny, tworząc zamiast nich nowe allele (warianty) tych genów. Załóżmy, że dwie osoby w pewnej populacji mają korzystne mutacje, które wpływają na pewne loci genetyczne, a zatem różne funkcje. W gatunku bezpłciowym każdy z tych osobników da początek klonowi zmutowanego potomstwa, a dwa nowe klony będą ze sobą konkurować, aż jeden z nich zwycięży. W ten sposób jeden z korzystnych alleli wytwarzanych przez mutacje będzie się rozprzestrzeniał, podczas gdy drugi ostatecznie zniknie. Teraz wyobraź sobie, że jeden z oryginalnych mutantów ma genetycznie uwarunkowaną cechę, która pozwala mu od czasu do czasu włączać do swojego genomu geny z innych klonów. W warunkach walki o byt pozyskanie genów z komórek konkurencyjnego klonu jest równoznaczne z utworzeniem komórki niosącej wszystkie korzystne mutacje. Taka komórka będzie miała największe zdolności adaptacyjne, a uzyskane dzięki niej korzyści zapewnią rozpowszechnienie w populacji cechy pozwalającej na włączenie genów innych komórek do swojego genomu. Dobór naturalny będzie sprzyjał takiemu prymitywnemu rozmnażaniu płciowemu.
Plemniki są jednym z głównych bohaterów rozmnażania płciowego.
Drożdże pomogły naukowcom wykazać, że hodowla międzypopulacyjna prowadzi do większej ekologicznej adaptacji gatunku.
Przetrwanie gatunku wiąże się z akumulacją zmian genetycznych, które pomagają organizmowi egzystować w określonym środowisku. Uważa się, że rozmnażanie płciowe, którego skutkiem jest zwiększona zmienność genetyczna, przyczynia się do szybkiej ewolucji gatunku. Ale w przypadku rozmnażania płciowego potomstwo przejmuje geny dwóch różnych osobników. Wyobraź sobie, że matka i ojciec pochodzili z różnych populacji; geny matki pozwalają jej przetrwać w określonych warunkach, a geny ojca są „zaostrzone” dla innych. W takim przypadku potomstwo nie będzie przystosowane ani do jednego, ani do drugiego: geny będą się nawzajem osłabiać i nie będą w stanie odpowiednio pracować w żadnych warunkach. Okazuje się, że rozmnażanie płciowe nie przyczynia się do przetrwania gatunku?
Naukowcy z University of Auckland (Nowa Zelandia) zorganizowali eksperyment, który miał bezpośrednio odpowiedzieć na pytanie, czy krzyżowanie międzypopulacyjne pomaga, czy spowalnia ewolucję. Naukowcy wykorzystali drożdże, które mogą rozmnażać się zarówno bezpłciowo, jak i płciowo. Pierwsza kultura była uprawiana w określonych warunkach, druga - w innych warunkach. W pewnym momencie mechanizm rozmnażania płciowego został włączony u drożdży i umożliwił odnalezienie się grzybom z różnych populacji.
W artykule opublikowanym w czasopiśmie Ecology Letters autorzy piszą, że potomstwo powstałe w wyniku rozmnażania płciowego szybciej przystosowało się do środowiska. Jeśli rodzice pochodzili z różnych populacji, to ich dzieci czuły się równie dobrze zarówno w „matczynych”, jak i „ojcowskich” warunkach środowiskowych. Oznacza to, że rozmnażanie płciowe nie tylko nie przeszkadza, ale także stymuluje ewolucję gatunku, zwłaszcza gdy spotykają się osobniki z różnych populacji.
W rzeczywistości wyniki eksperymentu potwierdzają jedną alternatywną, ale stosunkowo mało znaną hipotezę, zgodnie z którą geny „wyostrzone” w jednych warunkach niekoniecznie przeszkadzają w życiu w innych. Geny dla różnych siedlisk nie wchodzą w konfrontację, ale pokojowo współistnieją w tym samym genomie, włączając się i wyłączając w zależności od potrzeb.
W przeszłości biolodzy ewolucyjni musieli wymyślać sprytne sztuczki, aby uniemożliwić krzyżowanie się osobników z różnych populacji, a tym samym osłabić ewolucyjną pozycję gatunku. I chociaż, jak już wspomniano, istniała alternatywna hipoteza, potrzebne było potwierdzenie eksperymentalne, aby wybić ją ponad wszystkie inne. Przy przygotowywaniu artykułu wykorzystano wyczerpujące informacje.