Основно съдържание
Полови жизнени цикъли
Видове полови жизнени цикъли: диплоид-доминантен, хаплоид-доминантен и редуване на поколенията.
Въведение
Искало ли ти се е да се клонираш (например за да свършиш два пъти повече неща в един ден)? Понеже си човешко същество, не можеш просто да се разделиш на две, за да направиш още един брой от себе си. Но ако беше друг вид организъм – да кажем морска звезда или, може би, кактус – клонирането на себе си може да не е толкова голяма работа.
Някои морски звезди могат да направят още генетично идентични морски звезди, просто като отчупят едната си "ръка", която после ще прерастне в завършено животно. Подобно, някои кактуси могат да се копират, като изпускат фрагменти от клоните си, които ще пуснат корени и ще се развият в нови, генетично идентични кактуси
Тези стратегии на възпроизвеждане са примери за безполово възпроизвеждане, което произвежда потомство, генетично идентично на родителя (тоест, на оригиналната морска звезда или кактус). За разлика от него много растения, животни или гъбички произвеждат поколение чрез полово възпроизвеждане.
При половото възпроизвеждане половите клетки (гамети) от двамата родители се комбинират в процеса на оплождането, водейки до образуването на нов, генетично различен индивид. Някои организми, включително морските звезди и кактусите в примера по-горе, всъщност могат да се възпроизвеждат и по полов, и по безполов начин
Жизненият цикъл на всички полово възпроизвеждащи се видове има определени общи ключови характеристики като мейоза (производството на хаплоидни клетки от диплоидни такива) и оплождане (сливането на хаплоидни гамети за образуването на една диплоидна клетка, наречена зигота). Извън тези основни елементи обаче може да има голямо разнообразие в половия жизнен цикъл. В тази статия ще разгледаме различните видове полови жизнени цикли, използвани от различни организми от хората до папратите и хлебната плесен.
Видове полови жизнени цикли
Половите жизнени цикли включват редуване между мейоза и оплождане. Мейозата е процес, при който една диплоидна клетка започва образуването на хаплоидни клетки, а оплождането е процес, при който две хаплоидни клетки (гамети) се сливат, за да образуват диплоидна зигота. Това, което се случва между тези две събития, може да се различава доста между различните организми – да кажем между теб и една гъба или дъб!
Има три основни категории полови жизнени цикли.
- При диплоид-доминантен полов цикъл многоклетъчният диплоиден етап е най-очевидният житейски етап и единствените хаплоидни клетки са гаметите. Хората и повечето животни имат този тип жизнен цикъл.
- При хаплоид-доминантен жизнен цикъл многоклетъчният (или понякога едноклетъчен) хаплоиден етап е най-очевидният житейски етап и често е многоклетъчен. В този вид жизнен цикъл едноклетъчната зигота е единствената диплоидна клетка. Гъбичките и някои видове водорасли имат този вид жизнен цикъл.
- При редуването на поколенията и хаплоидните, и диплоидните етапи са многоклетъчни, въпреки че може да са доминиращи в различна степен при различните видове. Растенията и някои водорасли имат този вид жизнен цикъл.
Нека направим тези идеи по-конкретни, като разгледаме по един пример за всеки вид жизнен цикъл.
Диплоид-доминантни жизнени цикъли
Почти всички животни имат диплоид-доминантен жизнен цикъл, при който единствените хаплоидни клетки са гаметите. Рано в развитието на един животински ембрион специални диплоидни клетки, наречени стволови клетки, се произвеждат в половите жлези (тестиси и яйчници). Стволовите клетки могат да се делят чрез митоза, за да създадат повече стволови клетки, но някои от тях преминават през митоза, за да създадат хаплоидни гамети (сперматозоиди и яйцеклетки). Оплождането представлява сливането на две гамети, обикновено от различни индивиди, възстановявайки диплоидното състояние.
Хаплоид-доминантен жизнен цикъл
Повечето гъби и някои протисти (едноклетъчни еукариоти) имат хаплоид-доминантен жизнен цикъл, при който "тялото" на организма – тоест зрялата, екологично важна форма – е хаплоидна.
Пример за гъбички с хаплоид-доминантен жизнен цикъл е черната хлебна плесен, чийто полов житейски цикъл е показан в диаграмата по-долу. При половото размножаване на тази плесен, хифи (многоклетъчни, нишкоподобни хаплоидни структури) от два съвместими индивида първо растат едни към други.
Там, където се срещнат хифите, те образуват структура, наречена зигоспора. Една зигоспора съдържа множество хаплоидни ядра от двама родители в една единична клетка. Хаплоидните ядра се сливат, за да образуват диплоидни ядра, които са еквивалентни на зиготите. Клетката, която съдържа ядра, се нарича зигоспора.
Зигоспората може да остане спяща за дълги периоди от време, но при правилните условия диплоидните ядра преминават през мейоза, за да създадат хаплоидни ядра, които се освобождават в единични клетки, наречени спори
Редуване на поколения
Третият вид жизнен цикъл, редуване на поколенията, е смес от хаплоидно-доминантни и диплоидно-доминантни крайности. Този жизнен цикъл се среща при някои водорасли и при всички растения. Видове с редуване на поколенията имат и хаплоидни, и диплоидни многоклетъчни етапи.
Хаплоидните многоклетъчни растения (или водорасли) се наричат гаметофити, понеже създават гамети чрез използване на специализирани клетки. Мейозата не е директно свързана със създаването на гамети в този случай, понеже организмът вече е хаплоид. Оплождането между хаплоидни гамети образува диплоидна зигота.
Зиготата ще премине през множество цикли на митоза и ще породи едно диплоидно многоклетъчно растение, наречено спорофит. Специализирани клетки в спорофита ще преминат през мейоза и ще произведат хаплоидни спори. Спорите после ще се развият в многоклетъчни гаметофити.
Въпреки че всички полово възпроизвеждащи се растения преминават през някакъв вид редуване на поколенията, сравнителните размери на спорофита и гаметофита и връзката между тях варира между видовете.
При растения като мъха гаметофитът е свободно живеещо, сравнително голямо растение, докато спорофитът е малък и зависи от гаметофита. При други растения като папратите и гаметофитът, и спорофитът са свободно живеещи; но спорофитът е много по-голям и обикновено така си представяме папратите.
При семенните растения като магнолията и маргаритките спорофитът е много по-голям от гаметофита: това, което приемаме за "растение" е почти изцяло спорофитна тъкан. Гаметофитът е изграден само от няколко клетки и, в случая с женския гаметофит, напълно се съдържа в спорофита (в един цвят).
Защо половото размножаване е широко разпространено?
В някои случаи безполовото възпроизвеждане, което създава поколения, които са генетични клонинги на родителите, изглежда по-проста и по-ефикасна система от половото размножаване. Все пак, ако родителят живее успешно в определено местообитание, не би ли трябвало поколение със същите гени също да е успешно? В допълнение, безполовото размножаване изисква само един индивид, което премахва проблема за намиране на другар и дава възможност на един изолиран организъм да се възпроизведе.
Въпреки всичко това, малко многоклетъчни организми са напълно безполови. Тогава защо половото възпроизвеждане е толкова разпространено? Този въпрос е бил силно разискван и все още има неразбирателство за точния отговор. Но, като цяло, се смята, че половото възпроизвеждане предлага еволюционно предимство – и, следователно, е разпространено широко сред организми, които са живи днес – понеже увеличава генетичното разнообразие, променяйки генните варианти, за да създаде нови комбинации. Процесите, които генерират генетични вариации във всички полови жизнени цикли, са: кръстосване при мейозата, случаен подбор на хомоложни хромозоми и оплождане.
Защо това генетично разнообразие е хубаво? Като пример нека разгледаме случая, при който околната среда на една популация се променя, вероятно поради появата на нов патоген или хищник. Половото възпроизвеждане постоянно създава нови случайни комбинации от генните варианти. Това увеличава вероятността един или повече членове на една полово размножаваща се популация да имат комбинация, която ще позволи оцеляване при новите условия (например такава, която предоставя резистентност към патогена или позволява бягство от хищника).
През поколенията полезните генни варианти могат да се разпространят в популацията, което ѝ позволява да оцелее като група при новите условия.
Искаш ли да се присъединиш към разговора?
Все още няма публикации.