Asexuell fortplantning - Asexual reproduction
Asexuell reproduktion är en typ av reproduktion som inte innebär sammansmältning av könsceller eller förändring av antalet kromosomer . De avkommor som uppstår genom asexuell reproduktion från antingen encelliga eller flercelliga organismer ärver hela sin ensamstående förälders gener. Asexuell reproduktion är den primära reproduktionsformen för encelliga organismer som archaea och bakterier . Många eukaryota organismer inklusive växter , djur och svampar kan också reproducera aseksuellt. Hos ryggradsdjur är den vanligaste formen av asexuell reproduktion partenogenes , som vanligtvis används som ett alternativ till sexuell reproduktion i tider då reproduktionsmöjligheter är begränsade.
Medan alla prokaryoter reproducerar sig utan bildning och sammansmältning av könsceller, kan mekanismer för lateral genöverföring som konjugering , transformation och transduktion liknas vid sexuell reproduktion i betydelsen genetisk rekombination vid meios .
Typer
Fission
Prokaryoter ( Archaea och Bacteria ) reproducerar aseksuellt genom binär klyvning , där moderorganismen delar sig i två för att producera två genetiskt identiska dotterorganismer. Eukaryoter (såsom protister och encelliga svampar ) kan reproducera på ett funktionellt liknande sätt genom mitos ; de flesta av dessa är också kapabla till sexuell reproduktion.
Flera fissioner på cellnivå förekommer hos många protister , t.ex. sporozoaner och alger . Den kärna av modercellen delar flera gånger av mitos , producera flera kärnor. Cytoplasman separerar sedan och skapar flera dotterceller.
I apikomplexaner förekommer multipel fission eller schizogoni antingen som merogoni , sporogoni eller gametogoni . Merogoni resulterar i merozoiter , som är flera dotterceller, som har sitt ursprung i samma cellmembran, sporogoni resulterar i sporozoiter och gametogoni resulterar i mikro gameter .
Gryende
Vissa celler delar sig genom spirande (till exempel bagerjäst ), vilket resulterar i en "mamma" och en "dotter" -cell som initialt är mindre än föräldern. Knoppning är också känd på en flercellig nivå; ett djurexempel är hydra , som reproducerar sig genom spirande. Knopparna växer till fullt mogna individer som så småningom bryter sig loss från moderorganismen.
Intern spirande är en asexuell reproduktion, gynnad av parasiter som Toxoplasma gondii . Det innebär en ovanlig process där två ( endodyogeni ) eller fler ( endopolygeni ) dotterceller produceras inuti en modercell, som sedan konsumeras av avkomman innan de separeras.
Även spirande (extern eller intern) förekommer i vissa maskar som Taenia eller Echinococcus ; dessa maskar producerar cystor och producerar sedan (invaginerade eller evaginerade) protoscolex med spirande .
Vegetativ förökning
Vegetativ förökning är en typ av asexuell reproduktion som finns i växter där nya individer bildas utan produktion av frön eller sporer och därmed utan syngami eller meios . Exempel på vegetativ reproduktion inkluderar bildandet av miniatyriserade växter som kallas plantor på specialiserade blad, till exempel i kalanchoe ( Bryophyllum daigremontianum ) och många producerar nya växter från rhizomer eller stolon (till exempel i jordgubbe ). Andra växter förökar sig genom att bilda lökar eller knölar (till exempel tulpanlökar och Dahlia -knölar). Vissa växter producerar oavsiktliga skott och kan bilda en klonal koloni . I dessa exempel är alla individer kloner, och den klonala befolkningen kan täcka ett stort område.
Sporbildning
Många flercelliga organismer bildar sporer under sin biologiska livscykel i en process som kallas sporogenes . Undantag är djur och några protister, som genomgår meios omedelbart följt av befruktning. Växter och många alger å andra sidan genomgår sporisk meios där meios leder till bildandet av haploide sporer snarare än könsceller. Dessa sporer växer till flercelliga individer (kallas gametofyter i fallet med växter) utan befruktning. Dessa haploida individer ger upphov till könsceller genom mitos . Meios och gametbildning förekommer därför i separata generationer eller "faser" av livscykeln, kallad generationsväxling . Eftersom sexuell reproduktion ofta är snävare definierad som fusion av könsceller ( befruktning ), kan sporbildning i växtsporofyter och alger betraktas som en form av asexuell reproduktion (agamogenes) trots att det är resultatet av meios och genomgår en minskning av ploidi . Båda händelserna (sporbildning och befruktning) är dock nödvändiga för att slutföra sexuell reproduktion i växtens livscykel.
Svampar och vissa alger kan också utnyttja äkta asexuell sporbildning , vilket innebär att mitos ger upphov till reproduktiva celler som kallas mitosporer som utvecklas till en ny organism efter spridning. Denna reproduktionsmetod finns till exempel i conidial svampar och röda alger Polysiphonia , och involverar sporogenes utan meios. Således är sporcellens kromosomantal samma som föräldern som producerar sporerna. Mitotisk sporogenes är emellertid ett undantag och de flesta sporer, till exempel plantornas, de flesta Basidiomycota och många alger, produceras av meios .
Splittring
Fragmentering är en form av aseksuell reproduktion där en ny organism växer från ett fragment av föräldern. Varje fragment utvecklas till en mogen, fullvuxen individ. Fragmentering ses hos många organismer. Djur som reproducerar aseksuellt inkluderar planarier , många annelidmaskar inklusive polychaetes och några oligochaeter , turbellarians och havsstjärnor . Många svampar och växter förökar sig aseksuellt. Vissa växter har specialiserade strukturer för reproduktion via fragmentering, till exempel gemmae i liverworts . De flesta lavar , som är en symbiotisk förening av en svamp och fotosyntetiska alger eller cyanobakterier , reproduceras genom fragmentering för att säkerställa att nya individer innehåller båda symbionterna. Dessa fragment kan ha formen av soredia , dammliknande partiklar som består av svampstreck som lindas runt fotobiontceller.
Klonal fragmentering i flercelliga eller koloniala organismer är en form av aseksuell reproduktion eller kloning där en organism delas upp i fragment. Var och en av dessa fragment utvecklas till mogna, fullvuxna individer som är kloner av den ursprungliga organismen. I pädelar är denna reproduktionsmetod vanligtvis känd som fissiparitet . På grund av många miljö- och epigenetiska skillnader kan kloner som härrör från samma förfader faktiskt vara genetiskt och epigenetiskt annorlunda.
Agamogenes
Agamogenes är någon form av reproduktion som inte involverar en manlig könscykel. Exempel är partenogenes och apomixis .
Partenogenes
Partenogenes är en form av agamogenes där ett ofruktbart ägg utvecklas till en ny individ. Det har dokumenterats hos över 2000 arter. Parthenogenes förekommer i naturen hos många ryggradslösa djur (t.ex. vattenloppor, gräsdjur , bladlöss, stickinsekter , några myror, bin och parasitiska getingar) och ryggradsdjur (mestadels reptiler, amfibier och fisk). Det har också dokumenterats hos tamfåglar och i genetiskt förändrade labbmöss. Växter kan också delta i partenogenes genom en process som kallas apomixis . Men denna process anses av många inte vara en oberoende reproduktionsmetod, utan istället en uppdelning av mekanismerna bakom sexuell reproduktion. Partenogenetiska organismer kan delas in i två huvudkategorier: fakultativ och obligatorisk.
Fakultativ partenogenes
I fakultativ partenogenes kan honor reproducera både sexuellt och asexuellt. På grund av de många fördelarna med sexuell reproduktion reproducerar de flesta fakultativa partenoter bara aseksuellt när de tvingas till det. Detta inträffar vanligtvis i fall då det blir svårt att hitta en kompis. Till exempel kommer zebrahajar att reproducera aseksuellt om de inte kan hitta en kompis i sina havsmiljöer.
Partenogenes trodde tidigare sällan förekomma hos ryggradsdjur och var endast möjligt i mycket små djur. Det har dock upptäckts hos många fler arter under de senaste åren. Idag är den största arten som har dokumenterats reproducera parthenogeniskt Komodo -draken på 10 fot lång och över 300 pund.
Heterogoni är en form av fakultativ partenogenes där honor växlar mellan sexuell och asexuell reproduktion med jämna mellanrum (se Alternativ mellan sexuell och asexuell reproduktion ). Bladlöss är en grupp organismer som ägnar sig åt denna typ av reproduktion. De använder asexuell reproduktion för att snabbt föröka sig och skapa bevingade avkommor som kan kolonisera nya växter och reproducera sexuellt på hösten för att lägga ägg för nästa säsong. Vissa bladlössarter är dock obligatoriska partenoter.
Obligatorisk partenogenes
Vid obligatorisk partenogenes reproducerar kvinnor bara aseksuellt. Ett exempel på detta är öken gräsmarken whiptail ödla , en hybrid av två andra arter. Vanligtvis är hybrider ofruktbara men genom artenogenes har denna art kunnat utveckla stabila populationer.
Gynogenes är en form av obligatorisk partenogenes där en spermiecell används för att initiera reproduktion. Men spermiernas gener blir aldrig inkorporerade i äggcellen. Det mest kända exemplet på detta är Amazon Molly . Eftersom de är obligatoriska partenoter finns det inga hanar i deras art så de är beroende av hanar från en närbesläktad art ( Sailfin Molly ) för spermier.
Apomixis och nukleär embryoni
Apomixis i växter är bildandet av en ny sporofyt utan befruktning. Det är viktigt i ormbunkar och i blommande växter, men är mycket sällsynt i andra fröväxter. I blommande växter används termen "apomixis" nu oftast för agamospermi , bildandet av frön utan befruktning, men användes en gång för att inkludera vegetativ reproduktion . Ett exempel på en apomik växt skulle vara den triploida europeiska maskros . Apomixis förekommer huvudsakligen i två former: I gametofytisk apomixis uppstår embryot från ett ofruktbart ägg i en diploid embryosäck som bildades utan att slutföra meios. Vid nukleär embryoni bildas embryot från den diploida kärnvävnaden som omger embryosäcken. Nucellär embryoni förekommer i vissa citrusfrön . Manlig apomix kan förekomma i sällsynta fall, såsom Saharan Cypress Cupressus dupreziana , där det genetiska materialet i embryot härrör helt från pollen .
Växling mellan sexuell och asexuell reproduktion
Vissa arter kan växla mellan sexuella och asexuella strategier, en förmåga som kallas heterogami , beroende på många förhållanden. Växling observeras hos flera rotiferarter (cyklisk partenogenes t.ex. i Brachionus -arter) och några få typer av insekter.
Ett exempel på detta är bladlöss som kan engagera sig i heterogoni. I detta system föds honor gravida och producerar endast kvinnliga avkommor. Denna cykel gör att de kan reproducera mycket snabbt. De flesta arter reproducerar dock sexuellt en gång om året. Denna växling utlöses av miljöförändringar under hösten och får honor att utveckla ägg istället för embryon. Denna dynamiska reproduktionscykel gör att de kan producera specialiserade avkommor med polyfenism , en typ av polymorfism där olika fenotyper har utvecklats för att utföra specifika uppgifter.
Kapbiet Apis mellifera subsp. capensis kan reproducera aseksuellt genom en process som kallas thelytoky . Sötvattenkräftdjuret Daphnia reproducerar sig genom partenogenes på våren för att snabbt fylla dammar och växlar sedan till sexuell reproduktion när intensiteten i tävling och predation ökar. Monogonont rotifers av släktet Brachionus reproduceras via cyklisk partenogenes: vid låga befolkningstätheter producerar honor aseksuellt och vid högre densiteter ackumuleras en kemisk signal och inducerar övergången till sexuell reproduktion. Många protister och svampar växlar mellan sexuell och asexuell reproduktion. Några arter av amfibier, reptiler och fåglar har en liknande förmåga. [ vilken? ]
Slemformen Dictyostelium genomgår binär klyvning (mitos) som encelliga amöber under gynnsamma förhållanden. Men när förhållandena blir ogynnsamma, aggregerar cellerna och följer en av två olika utvecklingsvägar, beroende på förhållanden. I den sociala vägen bildar de en flercellig snigel som sedan bildar en fruktkropp med asexuellt genererade sporer. I den sexuella vägen smälter två celler samman för att bilda en gigantisk cell som utvecklas till en stor cysta. När denna makrocyst gror frigör den hundratals amöciska celler som är en produkt av meiotisk rekombination mellan de två ursprungliga cellerna.
Hyferna i den vanliga mögeln ( Rhizopus ) kan producera både mitotiska och meiotiska sporer. Många alger växlar på samma sätt mellan sexuell och asexuell reproduktion. Ett antal växter använder både sexuella och asexuella medel för att producera nya växter, vissa arter ändrar sina primära former för reproduktion från sexuell till asexuell under varierande miljöförhållanden.
Arv hos asexuella arter
I rotifer Brachionus calyciflorus asexuell reproduktion (obligatorisk partenogenes ) kan ärvas av en recessiv allel, vilket leder till förlust av sexuell reproduktion hos homozygota avkommor.
Arv av asexuell reproduktion av ett enda recessivt lokus har också hittats i den parasitoida getingen Lysiphlebus fabarum .
Exempel på djur
Asexuell reproduktion finns i nästan hälften av djurfilerna. Parthenogenes förekommer i hammarhajen och svart hajen . I båda fallen hade hajarna uppnått sexuell mognad i fångenskap i avsaknad av hanar, och i båda fallen visade sig att avkomman var genetiskt identisk med mödrarna. Den New Mexico Whiptail är ett annat exempel.
Vissa reptiler använder ZW-könsbestämningssystemet , som antingen producerar män (med ZZ-könskromosomer) eller honor (med ZW- eller WW-könskromosomer). Fram till 2010 trodde man att ZW -kromosomsystemet som används av reptiler inte var i stånd att producera livskraftiga WW -avkommor, men en (ZW) kvinnlig boa -förträngare upptäcktes ha producerat livskraftiga kvinnliga avkommor med WW -kromosomer. Den kvinnliga boaen kunde ha valt valfritt antal manliga partners (och hade framgångsrikt tidigare) men vid dessa tillfällen reproducerade hon aseksuellt och skapade 22 kvinnliga barn med WW-könskromosomer.
Polyembryoni är en utbredd form av asexuell reproduktion hos djur, varigenom det befruktade ägget eller ett senare skede av embryonal utveckling splittras för att bilda genetiskt identiska kloner. Inom djur har detta fenomen bäst studerats hos parasiten Hymenoptera . I 9-bandade bältdjur är denna process obligatorisk och ger vanligtvis upphov till genetiskt identiska fyrdubbar. Hos andra däggdjur har monozygotisk vänskapsförbindelse ingen uppenbar genetisk grund, även om dess förekomst är vanlig. Det finns minst 10 miljoner identiska tvillingar och trillingar i världen idag.
Bdelloid hjuldjur reproducera uteslutande asexuellt och alla personer i klassen bdelloider är kvinnor. Asexualitet utvecklades hos dessa djur för miljoner år sedan och har kvarstått sedan dess. Det finns bevis som tyder på att asexuell reproduktion har gjort det möjligt för djuren att utveckla nya proteiner genom Meselson -effekten som har gjort det möjligt för dem att överleva bättre i perioder med uttorkning. Bdelloidrotiferer är utomordentligt resistenta mot skador från joniserande strålning på grund av samma DNA-bevarande anpassningar som används för att överleva viloläge. Dessa anpassningar inkluderar en extremt effektiv mekanism för reparation av dubbelsträngade DNA-avbrott. Denna reparationsmekanism studerades i två Bdelloidea -arter, Adineta vaga och Philodina roseola . och verkar innefatta mitotisk rekombination mellan homologa DNA -regioner inom varje art.
Molekylära bevis tyder starkt på att flera arter av stickinsekten släktet Timema endast har använt asexuell (partenogenetisk) reproduktion i miljontals år, den längsta perioden som är känd för någon insekt.
I gräset trips släktet Aptinothrips har flera övergångar till asexuality, sannolikt på grund av olika orsaker.
Adaptiv betydelse av asexuell reproduktion
En fullständig brist på sexuell reproduktion är relativt sällsynt bland flercelliga organismer , särskilt djur . Det är inte helt förstått varför förmågan att reproducera sexuellt är så vanlig bland dem. Nuvarande hypoteser tyder på att asexuell reproduktion kan ha kortsiktiga fördelar när snabb befolkningstillväxt är viktig eller i stabila miljöer, medan sexuell reproduktion ger en nettofördel genom att möjliggöra snabbare generering av genetisk mångfald, vilket möjliggör anpassning till förändrade miljöer. Utvecklingsbegränsningar kan ligga till grund för varför få djur helt har avstått från sexuell reproduktion i sina livscykler. Nästan alla asexuella reproduktionssätt bibehåller meios antingen i en modifierad form eller som en alternativ väg. Facultativt apomiktiska växter ökar frekvensen av sexualitet i förhållande till apomix efter abiotisk stress. En annan begränsning för att byta från sexuell till asexuell reproduktion skulle vara samtidig förlust av meios och den skyddande rekombinativa reparationen av DNA -skador som en funktion av meios.
Se även
Referenser
Vidare läsning
- Avise, J. (2008). Klonalitet: Genetik, ekologi och utveckling av sexuell avhållsamhet hos ryggradsdjur . Oxford University Press. ISBN 978-0-19-536967-0.
- Graham, L .; Graham, J .; Wilcox, L. (2003). Växtbiologi . Upper Saddle River, NJ: Pearson Education. s. 258–259. ISBN 978-0-13-030371-4.
- Korp, PH; Evert, RF; Eichhorn, SE (2005). Växters biologi (7: e upplagan). NY: WH Freeman and Company. ISBN 978-0-7167-6284-3.