Reproduktion

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 3. juni 2022; checks kræver 4 redigeringer .

Reproduktion , reproduktion , reproduktion er alle levende organismers iboende egenskab til at reproducere deres egen art, hvilket sikrer kontinuitet og kontinuitet i livet . Reproduktionsmetoder er opdelt i to hovedtyper: aseksuel og seksuel .

For organismer med cellulær struktur er celledeling grundlaget for alle former for formering [1] .

Aseksuel reproduktion

Aseksuel reproduktion er en form for reproduktion, hvor den næste generation udvikler sig fra somatiske celler uden deltagelse af reproduktive celler - kønsceller .

Aseksuel formering er den ældste og enkleste reproduktionsmetode og er udbredt i encellede organismer ( bakterier , blågrønalger , chlorella , amøber , ciliater ). Denne metode har flere fordele i forhold til den seksuelle metode: den kræver mindre energi og tid , og der er ingen grund til at finde en seksuel partner, hvilket giver mulighed for høje reproduktionshastigheder. Men de skadelige ændringer, der følger af mutationen , er også faste i en lang periode. Derudover vil næsten alle individer dø under ugunstige, skiftende miljøforhold, da de i gennemsnit er næsten identiske med et forældreindivid . Det skal bemærkes, at en arts evne til at formere sig aseksuelt ikke udelukker evnen til at have en seksuel proces , men så adskilles disse begivenheder i tid.

Den mest almindelige metode til reproduktion af encellede organismer er opdelingen i to dele med dannelsen af to separate individer.

Blandt flercellede organismer har næsten alle planter og svampe evnen til at formere sig ukønnet – en undtagelse er for eksempel velvichia . Aseksuel reproduktion af disse organismer sker ved vegetative midler eller ved hjælp af sporer .

Blandt dyr er evnen til aseksuel reproduktion mere almindelig i lavere former, men fraværende i mere udviklede. Den eneste metode til aseksuel reproduktion hos dyr er vegetativ.

Det er en udbredt opfattelse, at individer som følge af aseksuel reproduktion altid er genetisk identiske med moderorganismen (undtagen mutationer ). Det mest slående modeksempel er sporereproduktion i planter , da der under sporedannelse sker reduktion af celledeling, som et resultat af hvilket sporer kun indeholder halvdelen af den genetiske information, der er tilgængelig i sporofytceller (se Plantens livscyklus ).

Gengivelse efter division

Deling er primært karakteristisk for encellede organismer . Som regel udføres det ved en simpel celledeling i to. Nogle protozoer (for eksempel foraminifer ) deler sig i et større antal celler. I alle tilfælde er de resulterende celler fuldstændig identiske med originalen. Den ekstreme enkelhed af denne reproduktionsmetode, forbundet med den relative enkelhed af organiseringen af encellede organismer, gør det muligt at formere sig meget hurtigt. Under gunstige forhold kan antallet af bakterier således fordobles hvert 30.-60. minut. En organisme, der formerer sig ukønnet, er i stand til at reproducere sig selv i det uendelige, indtil der sker en spontan ændring i det genetiske materiale - en mutation . Hvis denne mutation er gunstig, vil den blive bevaret i afkommet af den muterede celle, som vil være en ny celleklon. I enkønnet formering er en forælderorganisme involveret, som er i stand til at danne mange organismer, der er identiske med den.

Opdeling af prokaryote celler

Opdeling af prokaryote celler - processen med dannelse af datter prokaryote celler fra moderen. Nøglebegivenheder i cellecyklussen for både prokaryoter og eukaryoter er DNA-replikation og celledeling . Et karakteristisk træk ved deling af prokaryote celler er den direkte deltagelse af replikeret DNA i delingsprocessen [2] . I langt de fleste tilfælde deler prokaryote celler sig for at danne to datterceller af samme størrelse, så denne proces kaldes nogle gange også binær fission . Da prokaryote celler oftest har en cellevæg , er binær deling ledsaget af dannelsen af en septum - en skillevæg mellem datterceller, som derefter eksfolierer i midten. Processen med deling af en prokaryot celle er blevet undersøgt i detaljer på eksemplet med Escherichia coli [3] .

Amitose

Amitose , eller direkte celledeling (fra andet græsk ἀ- - et præfiks med betydningen fravær og μίτος - "tråd") - celledeling ved blot at dele kernen i to.

Det blev første gang beskrevet af den tyske biolog Robert Remak i 1841, og udtrykket blev foreslået af histologen Walter Flemming i 1882 . Amitose er et sjældent, men nogle gange nødvendigt fænomen [4] . I de fleste tilfælde observeres amitose i celler med reduceret mitotisk aktivitet: disse er aldrende eller patologisk ændrede celler, ofte dømt til døden (celler fra pattedyrs embryonale membraner , tumorceller osv.).

Under amitose er kernens interfasetilstand morfologisk bevaret, nukleolus og nuklear membran er tydeligt synlige . DNA-replikation er fraværende. Spiralisering af kromatin forekommer ikke, kromosomer detekteres ikke. Cellen bevarer sin iboende funktionelle aktivitet, som næsten helt forsvinder under mitose. Under amitose er det kun kernen, der deler sig, og uden dannelsen af en fissionsspindel , er arvematerialet derfor fordelt tilfældigt. Fraværet af cytokinese fører til dannelsen af binukleære celler, som efterfølgende ikke er i stand til at indgå i en normal mitotisk cyklus. Med gentagne amitoser kan der dannes multinukleerede celler.

Dette koncept dukkede stadig op i nogle lærebøger indtil 1980'erne. På nuværende tidspunkt antages det, at alle fænomener, der tilskrives amitose, er resultatet af en forkert fortolkning af utilstrækkeligt forberedte mikroskopiske præparater , eller fortolkning af fænomener, der ledsager celledestruktion eller andre patologiske processer som celledeling. Samtidig kan nogle varianter af eukaryotisk nuklear fission ikke kaldes mitose eller meiose. Sådan er for eksempel opdelingen af makrokernerne i mange ciliater , hvor der uden dannelse af en spindel sker adskillelse af korte fragmenter af kromosomer.

Mitose

Mitose ( μίτος - "kædetråd") er en indirekte celledeling , den mest almindelige metode til reproduktion af eukaryote celler . Den biologiske betydning af mitosen ligger i den strengt identiske fordeling af kromosomer mellem datterkerner , hvilket sikrer dannelsen af genetisk identiske datterceller og bevarer kontinuiteten i en række cellegenerationer [5] .

Mitose er en af de grundlæggende processer inden for ontogeni . Mitotisk deling sikrer væksten af flercellede eukaryoter ved at øge vævscellepopulationer . Som et resultat af mitotisk deling af meristemceller øges antallet af plantevævsceller . Spaltning af et befrugtet æg og vækst af de fleste væv hos dyr sker også gennem mitotiske opdelinger [6] .

På grundlag af morfologiske træk er mitose betinget underopdelt i stadier: profase, prometafase, metafase, anafase, telofase. De første beskrivelser af faserne af mitose og etableringen af deres sekvens blev foretaget i 70-80'erne af det XIX århundrede . I slutningen af 1870'erne og begyndelsen af 1880'erne opfandt den tyske histolog Walter Flemming udtrykket "mitose" for at henvise til processen med indirekte celledeling [7] .

Den gennemsnitlige varighed af mitosen er 1-2 timer [8] . Mitose af dyreceller varer som regel 30-60 minutter, og planter - 2-3 timer. I 70 år er der i alt udført omkring 1014 celledelinger i menneskekroppen [9] .

Meiosis

Meiose (fra andet græsk μείωσις - "reduktion") eller reduktionscelledeling er opdelingen af kernen i en eukaryot celle med en halvering af antallet af kromosomer . Det forekommer i to faser (reduktion og ligningsstadier af meiose). Meiose bør ikke forveksles med gametogenese - dannelsen af specialiserede kønsceller eller kønsceller fra udifferentierede stamceller .

Med et fald i antallet af kromosomer som følge af meiose sker der en overgang fra den diploide fase til den haploide fase i livscyklussen . Genoprettelse af ploiditet (overgang fra haploid til diploid fase) sker som et resultat af den seksuelle proces .

På grund af det faktum, at der i profasen af det første, reduktion, stadium, parvis fusion (konjugation) af homologe kromosomer forekommer, er det korrekte forløb af meiose kun muligt i diploide celler eller i endda polyploide (tetra-, hexaploide osv. celler) ). Meiose kan også forekomme i ulige polyploider (tri-, pentaploide osv. celler), men i dem, på grund af manglende evne til at sikre parvis fusion af kromosomer i profase I, opstår der kromosomdivergens med forstyrrelser, der truer cellens levedygtighed eller udvikler derfra en flercellet haploid organisme.

Den samme mekanisme ligger til grund for steriliteten af interspecifikke hybrider . Da interspecifikke hybrider kombinerer kromosomerne fra forældre, der tilhører forskellige arter i cellekernen, kan kromosomerne normalt ikke konjugere. Dette fører til forstyrrelser i kromosomernes divergens under meiose og i sidste ende til manglende levedygtighed af kønsceller eller kønsceller . Visse restriktioner på konjugationen af kromosomer pålægges også af kromosomale omlejringer ( sletninger i stor skala , duplikationer , inversioner eller translokationer ).

Reproduktion ved sporer

Ofte er ukønnet reproduktion af bakterier forudgået af dannelsen af sporer. Bakteriesporer er hvileceller med nedsat stofskifte, omgivet af en flerlagsmembran, resistente over for udtørring og andre ugunstige forhold, der forårsager almindelige cellers død. Sporulation tjener både til at overleve sådanne forhold og til at sprede bakterier: Når sporen først er i et passende miljø, spirer den og bliver til en vegetativ (delende) celle.

Aseksuel reproduktion ved hjælp af encellede sporer er også karakteristisk for forskellige svampe og alger . Sporer er i mange tilfælde dannet af mitose (mitosporer), og nogle gange (især i svampe) i enorme mængder; når de spirer, formerer de moderorganismen. Nogle svampe, såsom den skadelige planteskadedyr Phytophthora, danner bevægelige, flagellerede sporer kaldet zoosporer eller vagrants. Efter at have svømmet i dråber af fugt i nogen tid, "falder en tramp til ro", mister flageller, bliver dækket af en tæt skal og spirer derefter under gunstige forhold.

Vegetativ formering

Vegetativ reproduktion - dannelsen af et nyt individ fra den flercellede del af moderindividets krop, en af metoderne til aseksuel reproduktion , karakteristisk for flercellede organismer. Hos alger og svampe opstår det ved at adskille ikke-specialiserede sektioner af thallus eller gennem dannelsen af specialiserede sektioner ( blodknopper af Sphacelaria- algerosv.).

Hos højere planter forekommer det enten som en opløsning af moderindividet til to eller flere datterindivider (f.eks. når krybende skud eller jordstængler dør ud , adskillelse af rodafkom ), eller som adskillelse fra moderindividet af døtres rudimenter (for eksempel knolde , løg , yngleknopper ).

Hos nogle planter kan skud adskilt fra moderplanten (i piletræer ) eller blade slå rod [10] . Hos dyr sker vegetativ reproduktion (ofte omtalt af zoologer som aseksuel) enten ved fission eller ved knopskydning.

Vegetativ formering er baseret på processer svarende til regenerering ; som regel, i mangel af evnen til at regenerere i en given gruppe af organismer (for eksempel hjuldyr , nematoder , igler ), er vegetativ reproduktion også fraværende, og i nærværelse af en udviklet regenerativ evne ( annelider , hydroider , fladorme , pighuder ), forekommer også vegetativ reproduktion.

Budding

Spirende er en form for aseksuel eller vegetativ reproduktion af dyr og planter, hvor datterindivider dannes af udvækster af moderorganismens krop (nyrerne). Spiring er karakteristisk for mange svampe , levermoser og dyr ( protozoer , svampe , coelenterates , nogle orme , sækdyr , nogle flagellater , hydraer , sporozoer ). Hos en række dyr når spiren ikke enden, unge individer forbliver forbundet med moderens organisme. I nogle tilfælde fører dette til dannelsen af kolonier .

Nogle typer encellede er karakteriseret ved en sådan form for aseksuel reproduktion som spirende . I dette tilfælde forekommer mitotisk nuklear deling . En af de dannede kerner bevæger sig ind i modercellens fremspringende lokale fremspring , og så knopper dette fragment. Dattercellen er væsentligt mindre end modercellen, og det tager lidt tid for den at vokse og færdiggøre de manglende strukturer, hvorefter den antager den form, der er karakteristisk for en moden organisme. Spiring er en form for vegetativ reproduktion. Mange lavere svampe formerer sig ved knopskydning , såsom gær og endda flercellede dyr, såsom ferskvandshydra . Når gæren knopper, dannes der en fortykkelse på cellen, som gradvist bliver til en fuldgyldig dattergærcelle. På hydraens krop begynder flere celler at dele sig, og efterhånden vokser en lille hydra på moderindividet, hvori der dannes en mund med tentakler og en tarmhule , forbundet med "moderens" tarmhule.

Fragmentering (inddeling af kroppen)

Nogle organismer kan formere sig ved at dele kroppen i flere dele, og fra hver del vokser en fuldgyldig organisme, der i alt ligner forælderen ( flade og annelid , pighuder ).

Seksuel reproduktion

Seksuel reproduktion er forbundet med den seksuelle proces (cellefusion), og også, i det kanoniske tilfælde, med det faktum, at der findes to komplementære seksuelle kategorier ( mandlige organismer og kvindelige organismer ).

Under seksuel reproduktion forekommer dannelsen af kønsceller eller kønsceller. Disse celler har et haploid (enkelt) sæt kromosomer. Dyr er karakteriseret ved et dobbelt sæt kromosomer i almindelige (somatiske) celler, så gametdannelse hos dyr sker i processen med meiose . Hos mange alger og alle højere planter udvikles gameter i gametofytten, som allerede har et enkelt sæt kromosomer, og opnås ved simpel mitotisk deling.

Ifølge lighedsforskellen mellem de resulterende gameter skelnes flere typer gametdannelse indbyrdes:

isogami - kønsceller af samme størrelse og struktur, med flageller
anisogami - kønsceller af forskellige størrelser, men ens i struktur, med flageller
oogamy - gameter af forskellige størrelser og strukturer. Små flagelformede mandlige kønsceller kaldes spermatozoer , og store, flagelløse kvindelige kønsceller kaldes æg .

Når to gameter smelter sammen (i tilfælde af oogamy er en fusion af forskellige typer gameter nødvendig), dannes der en zygote , som nu har et diploid (dobbelt) sæt kromosomer. En zygote udvikler sig til en datterorganisme, hvis celler indeholder genetisk information fra begge forældre.

Hermafroditisme

Et dyr, der har både mandlige og kvindelige kønskirtler, kaldes en hermafrodit (på vegne af Hermafrodit , et mytisk biseksuel væsen). Hermafroditisme er udbredt blandt lavere dyr og i mindre grad blandt højere. Et lignende træk i planter kaldes monoecious (i modsætning til dioecious) og er forbundet med artens overordnede evolutionære fremskridt i mindre grad end hos dyr.

Parthenogenese og apomixis

Parthenogenese er en særlig type seksuel reproduktion, hvor en ny organisme udvikler sig fra et ubefrugtet æg, så der ikke er udveksling af genetisk information, som ved ukønnet formering. En lignende proces i planter kaldes apomixis .

Parthenogenese, som er en seksuel, men enseksuel form for reproduktion, opstod i evolutionsprocessen i dioecious organismer. I tilfælde, hvor nogle arter kun er repræsenteret af hunner (altid eller periodisk), er en af de vigtigste biologiske fordele ved parthenogenese at fremskynde artens reproduktionshastighed. Samkønnede taxa, der reproducerer parthenogenetisk, optager ofte periferien af artsområder , hvor hybridisering og konkurrence med biseksuelle populationer ikke forhindrer etablering og spredning af samme køn (kvindelige) populationer [11] . Parthenogenese er blevet beskrevet for bladlus , dafnier , firben , nogle fisk og andre dyr [12] . Parthenogenese forekommer ikke hos pattedyr , hvor parthenogenetiske embryoner dør i de tidlige stadier af embryogenese [13] .

Under parthenogenese kan ægget være haploid eller diploid. Når de udvikler sig fra et haploid æg, kan de udviklende individer kun være mænd, kun kvinder eller begge dele, afhængigt af mekanismen for kønsbestemmelse . For eksempel hos bier , snyltehvepse , orme og mider opstår hanner fra et ubefrugtet haploid æg. Parthenogenese kan være kontinuerlig eller cyklisk. Hos dafnier veksler bladlus, hjuldyr , parthenogenetiske generationer med seksuelle. Især hos Daphnia er hunnerne diploide og hannerne haploide. Under gunstige forhold forekommer meiose ikke i Daphnia , og æggene forbliver diploide. De udvikler sig uden befrugtning og giver kun anledning til hunner. Under ugunstige eksistensforhold begynder hunnerne at lægge haploide æg, hvorfra hannerne klækkes. Som et resultat af den seksuelle proces dannes diploide zygoter, der igen giver anledning til hunner [14] .

Progenesis

Progenese er gametogenese i larvestadiet. Det er opdelt i:

neoteny - en midlertidig forsinkelse i udviklingen af organismen på larvestadiet, med erhvervelsen af evnen til seksuel reproduktion. For eksempel i nogle arter af ambistomer, amfibier fra Ambystomidae - familien af caudate orden ( Caudata ), dannes en neotenisk axolotl- larve på grund af en arvelig mangel på thyreoideahormonet .
paedomorphosis - neoteny med et fuldstændigt tab af evnen til metamorfose. Det forekommer hos halede padder af Protea -familien .
pedogenese - parthenogenetisk reproduktion på larvestadiet, ofte sker det, når embryoet stadig er i moderens krop. Denne form for reproduktion er karakteristisk for nogle leddyr og parasitære fladorme - trematoder , der bruger den til at øge antallet af afkom betydeligt på kort tid.

Ændring af generationer

I mange alger , i alle højere planter , i nogle protozoer og coelenterater , sker der i livscyklussen generationsskifte, som reproducerer henholdsvis seksuelt og aseksuelt metagenese . Hos nogle orme og insekter observeres heterogoni - vekslen mellem forskellige seksuelle generationer, for eksempel vekslen mellem separate kønsgenerationer med hermafroditiske , eller avl parthenogenetisk .

Ændring af generationer i planter

Gametofytten udvikler sig fra en spore , har et enkelt sæt kromosomer og har organer med seksuel reproduktion - gametangia . I heterogene organismer kaldes mandlige gametangia, det vil sige producerende mandlige gameter, antheridia og kvindelig- archegonia . Da gametofytten, ligesom de kønsceller, den producerer, har et enkelt sæt kromosomer, dannes kønsceller ved simpel mitotisk division.

Når kønscellerne smelter sammen, dannes en zygote , hvorfra sporofytten udvikler sig . Sporofytten har et dobbelt sæt kromosomer og bærer organer med aseksuel reproduktion - sporangier . I heterospore organismer udvikler mandlige gametofytter sig fra mikrosporer , der udelukkende bærer antheridier, og fra megasporer , kvindelige gametofytter. Mikrosporer udvikles i mikrosporangier , megasporer i megasporangier . Under sporedannelse sker meiotisk reduktion af genomet, og et enkelt sæt kromosomer, karakteristisk for gametofytten, genoprettes i sporer.

Reproduktionens udvikling

Reproduktionsudviklingen gik som regel i retning fra aseksuelle til seksuelle former, fra isogami til anisogami, fra alle cellers deltagelse i reproduktion til opdeling af celler i somatiske og seksuelle, fra ekstern befrugtning til intern med intrauterin udvikling og pleje afkom.

Reproduktionshastigheden, antallet af afkom, hyppigheden af generationsskifte, sammen med andre faktorer, bestemmer artens tilpasningshastighed til miljøforhold. For eksempel gør høje reproduktionsrater og hyppige generationsskifter det muligt for insekter at udvikle resistens over for pesticider på kort tid. I udviklingen af hvirveldyr - fra fisk til varmblodede - er der en tendens til at reducere antallet af afkom og øge deres overlevelse.

Se også

Noter

↑ Gengivelse - artikel fra Great Soviet Encyclopedia .
↑ Benjamin Lewin. Kapitel 13: Replikonet // Gener VIII . - Upper Saddle River, NJ: Pearson Prentice Hall, 2004. - ISBN 0131439812 .
↑ de Boer PA. Fremskridt i forståelsen af E. coli celle fission (ubestemt) // Curr Opin Microbiol .. - 2010. - T. 13 . - S. 730-737 . - doi : 10.1016/j.mib.2010.09.015 . — PMID 20943430 .
↑ mitose: Meiose og Amitose . The Columbia Electronic Encyclopedia , 6. udgave (2007). Dato for adgang: 9. september 2011. Arkiveret fra originalen 26. februar 2013. (ubestemt)
↑ Biologisk encyklopædisk ordbog / Kap. redaktør Gilyarov M. S. - M . : Sov. Encyclopedia, 1986. - 831 s. — 100.000 eksemplarer.
↑ Gilbert S. Developmental Biology: i 3 bind. - M . : " Mir ", 1995. - T. 3. - 352 s. - 5000 eksemplarer. — ISBN 5-03-001833-6 .
↑ Biologiens historie fra oldtiden til begyndelsen af det 20. århundrede / Redigeret af S. R. Mikulinsky . - M . : " Nauka ", 1972. - 564 s. - 9600 eksemplarer.
↑ Alberts B. et al. Cellens molekylærbiologi: I 3 bind - 2., revideret. - M . : " Mir ", 1993. - T. 2. - 539 s. — ISBN 5-03-001987-1 .
↑ Buldakov L.A., Kalistratova V.S. Radioaktiv stråling og sundhed . - M. : Inform-Atom, 2003. - 165 s. Arkiveret 2. december 2003 på Wayback Machine
↑ Shank // Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Efron : i 86 bind (82 bind og 4 yderligere). - Sankt Petersborg. , 1890-1907.
↑ Viktorov A. G. Geografisk parthenogenese hos ø-insekter // Natur . - Videnskab , 2006. - Nr. 9 . - S. 82-83 . (Russisk)
↑ Aslanyan, Soldatova, 2010 , s. 17-19.
↑ Biologisk encyklopædisk ordbog / Ch.ed. M.S. Gilyarov. - M. : Sov. Encyclopedia, 1986. - 831 s.
↑ Inge-Vechtomov, 2010 , s. 221-223.

Litteratur

Aslanyan M. M., Soldatova O. P. Genetik og køns oprindelse. Lærebog for studerende, der studerer i retning af "Biologi". - M . : Forfatterakademiet; Sammenslutningen af videnskabelige publikationer KMK, 2010. - 114 s. - ISBN 978-5-91902-001-1 .
Inge-Vechtomov S. G. Genetik med det grundlæggende i udvælgelse. - Sankt Petersborg. : Forlaget N-L, 2010. - 718 s. — ISBN 987-5-94869-105-3.