- Característiques generals
- gàmetes
- Reproducció sexual en animals
- Estructures associades a la reproducció
- porífers
- Cnidaris
- Acelomorfos i platihelmints
- Mol·luscs i anèl·lids
- artròpodes
- equinoderms
- cordats
- Partenogénesis en animals
- Reproducció sexual en plantes
- la flor
- pol·linització
- Fecundació, llavors i fruit
- Reproducció sexual en bacteris
- conjugació
- transformació
- transducció
- perspectiva evolutiva
- Costos de l'sexe
- Beneficis de sexe
- La selecció sexual
- referències
La reproducció sexual és la multiplicació dels individus a partir de dos progenitors de diferents sexes: masculí i femení - excepte quan ens referim a la reproducció sexual en bacteris o protozoaris, on no hi ha distinció de sexes. És un procés àmpliament distribuït en els organismes eucariota.
Cada individu que participa en la reproducció sexual produeix un tipus de cèl·lules especialitzades de línies germinals: els espermatozoides i els òvuls. Aquestes són originades per un tipus de divisió cel·lular especialitzada, anomenada meiosi. Aquest esdeveniment és la diferència crucial entre la reproducció asexual i sexual.
Font: By Manojiritty, from Wikimedia Commons
El procés comença amb la unió de dos gàmetes que donen origen a un zigot. Posteriorment, el zigot dóna origen a un nou individu amb característiques de tots dos dels seus pares i amb certs caràcters únics.
Per la ubiqüitat de l'procés inferim que la reproducció sexual suposa una sèrie d'avantatges respecte a la asexual. No obstant això, són més notòries les possibles desavantatges de la reproducció sexual: el temps i l'energia invertida en la recerca de parelles, la competència per les femelles, el cost de producció de gàmetes que no són fecundats, entre d'altres.
Els costos semblen ser molt elevats, pel que han de tenir avantatges substancials que ajudin a compensar-ho. Els beneficis de la reproducció sexual han estat un tema de controvèrsia i debat entre els biòlegs evolutius.
Una hipòtesi suggereix que la reproducció sexual és beneficiosa ja que produeix varietats que, en temps de canvis ambientals, podrien ser profitoses per a l'espècie. De fet, la producció de variabilitat genètica és un dels avantatges atribuïdes a l'sexe.
D'altra banda, alguns investigadors proposen que la reproducció sexual, específicament la recombinació, ha estat seleccionada com un mecanisme de reparació de l'ADN. No obstant això, encara és una incògnita la prevalença de l'sexe tot i els seus costos.
Característiques generals
El sexe és un fenomen complex que varia àmpliament entre les taxa d'eucariotes. De manera general, el podem entendre com un procés que implica tres passos: la fusió de dos nuclis haploides, el fenomen de la recombinació que produeix genotips nous i la divisió de cèl·lules diploides per formar nuclis haploides.
Des d'aquest punt de vista, el sexe en eucariotes depèn d'un cicle de vida, en el qual les cèl·lules diploides s'han de dividir per meiosi. Aquest procés de divisió meiòtica s'encarrega de distribuir el material genètic dels futurs gàmetes.
La meiosi té com a objectiu separar els cromosomes homòlegs, de manera que cada gàmeta posseeix la meitat dels cromosomes somàtics. A més de reduir la càrrega genètica, en la meiosi també ocorre l'intercanvi de material entre cromàtides no germanes produint combinacions totalment noves.
gàmetes
Els gàmetes són les cèl·lules sexuals dels organismes que es generen per meiosi i contenen la meitat de la càrrega genètica, és a dir, són haploides.
Els gàmetes varien tant en plantes com animals, i es classifiquen en tres categories fonamentals depenent de la seva mida i mobilitat relativa a: isogàmia, anisogamia i oogàmia.
La isogàmia és una manera de reproducció sexual on els gàmetes que es fusionen per donar origen a el nou individu, són idèntics pel que fa a la mida, mobilitat i estructura. La isogàmia està representada principalment en les plantes.
En contrast, la anisogamia consisteix en la unió de dos gàmetes que difereixen en grandària i estructura. Un tipus particular de anisogamia és la oogàmia, on els gàmetes masculins són de mida relativament petita i abundant en nombre. Els femenins són molt més conspicus i són produïts en menor nombre.
Reproducció sexual en animals
En el regne animal la reproducció sexual és un fenomen àmpliament distribuït en els integrants de el grup.
Gairebé tots els invertebrats i els vertebrats posseeixen els sexes en organismes separats - és a dir, podem distingir en una mena un individu mascle i una femella. Aquesta condició s'anomena dioica, terme que deriva de les arrels gregues "dues cases"
En contrast, hi ha certes espècies menys nombroses els sexes estan presentin en un mateix individu anomenats monoicos: "una casa". Aquests animals també són coneguts com hermafrodites.
La distinció entre els sexes no ve donada per característiques morfològiques de mida o coloració, sinó pel tipus de gàmetes que cada sexe produeix.
Les femelles produeixen els òvuls, caracteritzats per la seva gran grandària i la seva immobilitat. Els espermatozoides, per la seva banda, són produïts pels mascles en major quantitat, són molts més petits i compten amb estructures especials per desplaçar-se i poder fecundar l'òvul.
A continuació descriurem els òrgans sexuals típics dels animals i després detallarem el procés de la reproducció en cada grup animal.
Estructures associades a la reproducció
Les cèl·lules especialitzades per a la reproducció sexual - els òvuls i els espermatozoides - són produïts en teixits específics anomenats gònades.
En els mascles, els testicles són els encarregats de la producció d'espermatozoides, mentre que els gàmetes femenins es formen en els ovaris.
Les gònades són considerades com els òrgans sexuals primaris. Els òrgans sexuals accessoris estan presents en un grup important de metazous que s'encarreguen de rebre i transferir els òvuls i l'esperma. En les femelles trobem la vagina, els tubs uterins o tubs de Fal·lopi i l'úter, mentre que en els mascles hi ha el penis.
porífers
Els porífers són coneguts comunament com esponges i poden reproduir-se tant sexual com asexualment. En la majoria de les espècies, la producció dels gàmetes masculins i femenins passa en un sol individu.
Els coanòcits són un tipus de cèl·lules particular d'aquest llinatge, que poden transformar-se en espermatozoides. En altres grups els gàmetes poden derivar-se dels arqueocitos.
Moltes espècies són vivípares, el que indica que passat el fenomen de la fertilització el zigot és retingut per l'organisme parental fins que passa l'alliberament d'una larva. En aquestes espècies l'esperma és alliberat a l'aigua i pres per una altra esponja.
Cnidaris
Els cnidaris són organismes marins que inclouen a les meduses i afins. Aquests animals presenten dues morfologies: la primera és el pòlip i es caracteritza per un estil de vida sèssil, mentre que la segona forma és la medusa que és capaç de desplaçar-se i surar.
Generalment els pòlips es reprodueixen asexualment per processos de gemmació o fissió. La medusa és dioica i es reprodueix sexualment. El cicle de vida en aquest grup és molt variable.
Acelomorfos i platihelmints
Els cucs plans, com les planàries, són coneguts principalment per la seva capacitat per regenerar-se i produir d'un sol individu múltiples clons per via asexual.
La majoria d'aquests animals vermiformes són monoicos. No obstant això, busquen a un company per dur a terme la fecundació creuada.
L'aparell reproductor masculí inclou diversos testicles i una estructura en forma de papil similar als penis dels vertebrats complexos.
Mol·luscs i anèl·lids
La majoria dels mol·luscs són dioics i la seva reproducció dóna lloc a una larva capaç de nedar lliurement anomenada trocófera (molt similar a la larva present en els anèl·lids) i varia d'acord a les espècies de mol·luscs.
De la mateixa manera, els anèl·lids tenen sexes separats i en alguns compten amb gònades que apareixen de manera temporal.
artròpodes
Els artròpodes són un grup animal summament divers, caracteritzats per un exosquelet compost de quitina i apèndixs articulats. Aquest llinatge inclou als miriàpodes, quelicerats, crustacis i hexàpodes.
Generalment els sexes es troben separats, els òrgans especialitzats en la reproducció apareixen en parells. La majoria de les espècies posseeixen fertilització interna. Poden ser ovípars, ovovivípars o vivípars.
equinoderms
Els equinoderms inclouen a les estrelles de mar, cogombres de mar, eriçons de mar i afins. Encara que hi ha algunes espècies hermafrodites, la majoria es caracteritza per tenir sexes separats. Les gònades són estructures grans, els productes són simples i no hi ha òrgans copulatorios molt elaborats.
La fecundació ocorre de manera externa i es desenvolupa una larva bilateral que pot desplaçar-se lliurement en el cos d'aigua. Algunes espècies posseeixen desenvolupament directe.
cordats
La majoria dels sexes estan separats. En aquest grup trobem òrgans per a la reproducció més complexos. Cada sexe posseeix gònades amb productes que dirigeixen els productes d'aquestes a una claveguera o cap a alguna obertura especial localitzada prop de l'anus. Depenent de el grup la fertilització pot ser externa o interna.
Partenogénesis en animals
La partenogènesi és un fenomen àmpliament representat en el regne animal, principalment en invertebrats i en alguns vertebrats, que permet la generació d'un nou individu amb un sol parental. Encara que és una forma de reproducció asexual, certs tipus de partenogènesi són considerades tipus de reproducció sexual.
A la partenogènesi meiòtica, un òvul és format per meiosi i pot o no ser fecundat per un espermatozoide provinent d'un mascle.
En alguns casos els òvuls han de ser activats pel gàmeta de el sexe masculí. En aquest cas no hi ha fusió de tots dos nuclis, ja que el material genètic provinent de l'esperma és rebutjat.
No obstant això, en algunes espècies l'òvul pot desenvolupar-se de manera espontània sense necessitat de l'procés d'activació.
Reproducció sexual en plantes
Anàleg a el cas dels animals, les plantes poden experimentar reproducció sexual. Consisteix en la unió de dos gàmetes haploides que donaran origen a un individu nou amb característiques genètiques úniques.
La planta pot posseir els òrgans masculins i femenins en un sol individus o poden trobar-se separats. En el cogombre i en la lletosa els sexes es troben separats, mentre que a les roses i les petúnies són sexes estan junts.
la flor
L'òrgan encarregat dels processos de reproducció sexual són les flors. Aquestes estructures especialitzades posseeixen regions que no participen directament en la reproducció: el calze i la corol·la, i estructures sexualment actives: l'androceu i el gineceu.
L'androceu és l'òrgan reproductor masculí compost per un estam, que al seu torn es divideix en un filament i una antera. Aquesta última regió s'encarrega de la producció dels grans de pol·len.
El gineceu és l'òrgan floral femení i està compost d'unitats anomenades carpels. L'estructura és similar a una "gota" allargada i es divideix en l'estigma, l'estil i finalment l'ovari.
pol·linització
El procés de reproducció sexual en les plantes ocorre principalment per la pol·linització, que consisteix en el transport dels grans de pol·len des de l'antera fins a l'estigma.
La pol·linització pot ocórrer en la mateixa flor (els grans de pol·len van a l'òrgan femení de la mateixa planta) o pot ser creuada, on els grans de pol·len fecunden un individu diferent.
En la majoria de les plantes és necessària la intervenció d'un animal perquè executi la pol·linització. Aquests poden ser invertebrats, com abelles o altres insectes o vertebrats com aus i ratpenats. La planta ofereix com a recompensa a l'pol·linitzador el nèctar i aquests es encarregar la dispersar el pol·len.
Les estructures florals que no participen directament en la reproducció són la corol·la i el calze. Aquests constitueixen fulles modificades, en molts casos de colors cridaners i vibrants, que s'encarreguen d'atreure visual o químicament a l'pol·linitzador potencial.
Igualment, algunes plantes no requereixen de pol·linitzadors animals i usen el vent o l'aigua per a la dispersió de l'pol·len.
Fecundació, llavors i fruit
El procés s'inicia amb l'arribada dels grans de pol·len a l'estigma de la flor. Aquests viatgen per l'estil fins a trobar l'ovari.
La doble fertilització és típica de les plantes amb flors i única entre tots els organismes. El fenomen ocorre de la següent manera: un nucli d'un espermatozoide s'uneix a un òvul i un altre nucli d'espermatozoide es fusiona a un embrió diploide de l'esporòfit.
El resultat d'aquest esdeveniment de fecundació inusual és un endosperma trioploide que actuarà com un teixit nutritiu per al desenvolupament de l'organisme. Un cop que passa la maduració reeixida dels òvuls, es transformen en les llavors. El fruit, d'altra banda, és format pels ovaris madurs.
El fruit pot ser classificat com a simple si prové d'un ovari madur i ser agregat si es desenvolupa a partir de diversos ovaris, com la maduixa, per exemple.
Reproducció sexual en bacteris
Els bacteris són conegudes fonamentalment per la seva capacitat de reproduir-se asexualment.
En aquest llinatge procariota un individu és capaç de dividir-se en dos per un procés anomenat fissió binària. No obstant això, hi ha una sèrie de mecanismes en els bacteris que recorden a la reproducció sexual ja que hi ha intercanvi de material genètic.
Fins a mitjans de 1940 es pensava que els bacteris es reproduïen exclusivament per la via asexual. No obstant això, els investigadors Joshua Lederberg i Edward Tatum van desmentir aquesta creença mitjançant un enginyós experiment usant com a model el bacteri E. coli amb diferents requeriments alimentaris.
L'experiment consistia en una soca A creixent en un medi mínim amb metionina i biotina, i una soca B que només creixia en ambients amb treonina, leucina i tiamina. En altres paraules, cada cep portava una mutació que li impedia sintetitzar aquests compostos, per això havien de ser sintetitzats en el medi de cultiu.
Quan les colònies es posaven en contacte per unes hores, els individus adquirien la capacitat per sintetitzar els nutrients que anteriorment no podien. Així, Lederberg i Tatum van demostrar que existia un procés d'intercanvi d'ADN similar a una reproducció sexual i ho van denominar conjugació.
conjugació
El procés de conjugació ocorre per mitjà d'una estructura similar a un pont, anomenada pili sexual, que uneix físicament a dos bacteris i li permet intercanviar ADN.
Com els bacteris no tenen dimorfisme sexual, no podem parlar de mascles i femelles. No obstant això, només un tipus pot produir el pili, i posseeixen fragments especials d'ADN anomenats factor F, per "fertilitat". El factor F posseeix els gens per a la producció de l'pili.
L'ADN que participa en l'intercanvi no és part de l'únic cromosoma bacterià. En el seu lloc és una porció circular aïllada anomenat plasmidi, que posseeix el seu propi sistema de replicació.
transformació
A més de la conjugació, hi ha altres processos on el bacteri pot obtenir ADN extra i es caracteritzen per ser més senzills que la conjugació. Un d'ells és la transformació, que consisteix en la presa d'ADN nu de medi extern. Aquest fragment d'ADN exogen pot ser integrat a l'cromosoma bacterià.
El mecanisme de transformació entra en el concepte de reproducció sexual. Encara que el bacteri prengui ADN lliure, aquest material genètic va haver de venir d'un altre organisme - per exemple un bacteri que va morir i allibero el seu ADN a l'ambient.
transducció
El tercer i últim mecanisme conegut en els bacteris per obtenir ADN extern és la transducció. Aquesta implica la participació d'un virus que infecta els bacteris: els bacteriòfags.
A la transducció un virus pren una porció d'ADN bacterià i quan passa a infectar un bacteri diferència pot passar-li aquest fragment. Alguns autors usen el terme "esdeveniments parasexuals" per referir-se a aquests tres mecanismes.
perspectiva evolutiva
La ubiqüitat de la reproducció sexual en els organismes és un fet destacat. Per això, una de les majors interrogants en la biologia evolutiva és per què el sexe s'estén en tants llinatges si és una activitat energèticament costosa - i en alguns casos fins a perillosa.
Se sospita que les forces selectives que van originar la reproducció sexual en els eucariotes són les mateixes que mantenen els processos parasexuals descrits per als bacteris.
Costos de l'sexe
A la llum de l'evolució, el terme "èxit" fa referència a la capacitat d'un individu de passar els seus gens a la següent generació. Paradoxalment, el sexe és un procés que no compleix de el tot aquesta definició, ja que una sèrie de costos associats a la reproducció.
La reproducció sexual implica trobar una parella i en la majoria dels casos aquesta tasca no és trivial. Cal invertir una quantitat enorme de temps i energia en aquesta tasca que determinarà l'èxit de la descendència - en termes de trobar a "la parella ideal".
Els animals despleguen una sèrie de rituals per festejar les seves parelles potencials i en alguns casos han de lluitar exposant la seva pròpia vida per aconseguir copular.
Fins i tot a un nivell cel·lular el sexe és costós, ja que la divisió per meiosi pren molt més temps que la mitosi. Llavors, ¿per què la majoria dels eucariotes es reprodueixen sexualment?
Hi ha dues teories fonamentis. Una està relacionada amb fusió cel·lular com un mecanisme per a la transmissió horitzontal d'un element genètic "egoista" mentre que la segona teoria proposa a la recombinació com un mecanisme de reparació de l'ADN. A continuació descriurem els pros i contres de cada teoria:
Beneficis de sexe
Per respondre aquesta interrogant hem enfocar-nos en els possibles beneficis de la reproducció sexual en els primers eucariotes.
La fusió dels gàmetes per formar un zigot comporta a una combinació de dos genomes diferents que són capaços de compensar els possibles gens defectuosos d'un genoma amb una còpia normal de l'altre.
En els humans, per exemple, vam heretar una còpia de cada pare. Si vam heretar un gen defectuós de la nostra mare, el gen normal del nostre pare pot compensar-(en aquest cas que la patologia o malaltia només es presenti com homozigot recessiu).
Una segona teoria - no tan intuïtiva com la primera - proposa que la meiosi actua com un mecanisme de reparació en l'ADN. El dany a l'material genètic és un problema que tots els organismes han d'enfrontar. No obstant això, hi ha organismes que només es reprodueixen asexualment i el seu ADN no està particularment malmès.
Una altra hipòtesi exposa que el sexe va poder haver evolucionat com una adaptació parasítica entre els elements genètics egoistes, per poder distribuir-se a altres llinatges genètics. Un mecanisme semblant ha estat evidenciat en E. coli.
Encara que hi ha possibles explicacions, l'evolució de l'sexe és un tema d'ardu debat entre els biòlegs evolutius.
La selecció sexual
La selecció sexual és un concepte introduït per Charles Darwin que és únicament aplicable a poblacions amb reproducció sexual. Es fa servir per explicar la presència de conductes, estructures i altres atributs l'existència no pot ser concebuda per la selecció natural.
Per exemple, el plomatge tan colorit i en certa mesura "exagerat" dels paons no aporta beneficis directes a l'individu, ja que el fa més visible a possibles depredadors. A més, només està present en els mascles.
referències
- Colegrave, N. (2012). The evolutionary success of sex: Science & Society Sèries on Sex and Science. EMBO Reports, 13 (9), 774-778.
- Crow, JF (1994). Advantages of sexual reproduction. Developmental genetics, 15 (3), 205-213.
- Freeman, S., & Herron, JC (2002). Anàlisi evolutiu. Prentice Hall.
- Goodenough, U., & Heitman, J. (2014). Origins of Eukaryotic Sexual Reproduction. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 6 (3), a016154.
- Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC, & Garrison, C. (2001). Integrated principles of zoology. New York: McGraw-Hill.
- Leonard, J., & Còrdova-Aguilar, A. (Eds.). (2010). The evolution of primary sexual characters in animals. Oxford University Press.
- Sawada, H., Inoue, N., & Iwano, M. (2014). Sexual reproduction in animals and plants. Springer-Verlag GmbH.