Размножение - Reproduction

Для использования в других целях см. Воспроизведение (значения).
"Procreate" перенаправляется сюда. О приложении см. Procreate (программное обеспечение).

Производство новых особей по краю листа чудо-листового растения (Каланхоэ пинната ). Небольшое растение впереди около 1 см (0,4 дюйма) в высоту. Понятие «индивидуум», очевидно, растягивается этим бесполым репродуктивным процессом.

Размножение (или же продолжение рода или же разведение) это биологический процесс каким новым человеком организмы - «потомство» - производятся от своих «родителей». Воспроизведение - фундаментальная особенность всех известных жизнь; каждый отдельный организм существует в результате воспроизводства. Есть две формы воспроизводства: бесполый и сексуальный.

При бесполом размножении организм может воспроизводиться без участия другого организма. Бесполое размножение не ограничивается одноклеточные организмы. В клонирование организма - это форма бесполого размножения. Путем бесполого размножения организм создает генетически подобную или идентичную копию самого себя. В эволюция полового размножения - главная загадка для биологов. Двукратная стоимость полового размножения заключается в том, что только 50% организмов воспроизводят[1] и организмы передают только 50% своих гены.[2]

Половое размножение обычно требует полового взаимодействия двух специализированных организмов, называемых гаметы, которые содержат половину количества хромосомы нормальных клеток и создаются мейоз, обычно с мужчиной удобрение женщина того же разновидность создать удобренный зигота. Это производит потомство организмы, чьи генетические характеристики происходят от двух родительских организмов.

Бесполое

Основная статья: Бесполое размножение

Бесполое размножение - это процесс, с помощью которого организмы создают генетически похожие или идентичные копии самих себя без участия генетического материала от другого организма. Бактерии разделить бесполым путем двойное деление; вирусы взять под контроль клетки-хозяева, чтобы производить больше вирусов; Hydras (беспозвоночные из порядок Гидроиды) и дрожжи способны воспроизводить подающий надежды. Эти организмы часто не принадлежат к разным полам и способны «расщепляться» на две или более копии самих себя. Наиболее растения обладают способностью к бесполому размножению и вид муравьев Mycocepurus smithii считается, что размножается исключительно бесполым путем.

Некоторые виды, способные к бесполому размножению, например гидра, дрожжи (Видеть Спаривание дрожжей ) и медуза, также может воспроизводиться половым путем. Например, большинство растений способны к вегетативное размножение - размножение без семян и спор, но также может размножаться половым путем. Точно так же бактерии могут обмениваться генетической информацией посредством спряжение.

Другие способы бесполого размножения включают: партеногенез, фрагментация и образование спор это включает только митоз. Партеногенез - это рост и развитие эмбрион или же семя без оплодотворение по мужской. Партеногенез происходит естественным образом у некоторых видов, в том числе у низших. растения (где это называется апомиксис ), беспозвоночные (например. водяные блохи, тля, немного пчелы и паразитические осы ), и позвоночные (например, некоторыерептилии,[3] рыбы, и очень редко птицы[4] и акулы[5]). Иногда он также используется для описания способов размножения у гермафродитных видов, которые могут самооплодотворяться.

Сексуальный

Основная статья: Половое размножение
Смотрите также: Репродукция человека
Журчалки вязка в полете

Половое размножение - это биологический процесс что создает новый организм путем объединения генетический материал двух организмов в процессе, который начинается с мейоз, специализированный вид деление клеток. Каждый из двух родительских организмов вносит половину генетического состава потомства, создавая гаплоидный гаметы.[6] Большинство организмов образуют два разных типа гамет. В этих анизогамный видов, два пола упоминаются как мужской (производство сперма или микроспоры) и женский (производство яйцеклетка или мегаспоры). В изогамные виды, гаметы похожи или идентичны по форме (изогамет ), но может иметь разделяемые свойства, а затем может иметь другие имена (см. изогамия ). Например, у зеленой водоросли Хламидомонада Reinhardtii, существуют так называемые «плюсовые» и «минусовые» гаметы. Некоторые виды организмов, например, многие грибы и инфузория Парамеций аурелия,[7] иметь более двух «полов», называемых сингены.Наиболее животные (включая людей) и растения размножаются половым путем. Организмы, размножающиеся половым путем, имеют разные наборы генов для каждого признака (называемого аллели ). Потомки наследуют по одному аллелю на каждый признак от каждого родителя. Таким образом, у потомства есть комбинация генов родителей. Считается, что «маскировка вредоносных аллелей способствует развитию доминантной диплоидной фазы в организмах, чередующихся между гаплоидной и диплоидной фазами», где рекомбинация происходит свободно.[8][9]

Мохообразные размножаются половым путем, но более крупные и часто встречающиеся организмы гаплоидный и производить гаметы. Гаметы сливаются, образуя зигота который превращается в спорангий, который, в свою очередь, производит гаплоидные споры. В диплоид стадия относительно мала и недолговечна по сравнению с гаплоидной стадией, т.е. гаплоидное доминирование. Преимущество диплоидии, гетерозиса, существует только в диплоидном поколении жизни. Мохообразные сохраняют половое размножение, несмотря на то, что гаплоидная стадия не выигрывает от гетерозиса. Это может быть признаком того, что половое размножение имеет преимущества, отличные от гетерозиса, такие как генетическая рекомбинация между членами вида, позволяя выражать более широкий спектр черт и тем самым делая численность населения более способны пережить изменения окружающей среды.

Аллогамия

Основная статья: Аллогамия

Аллогамия это оплодотворение комбинации гамет от двух родителей, обычно яйцеклетка от одного человека с сперматозоиды другого. (У изогамных видов две гаметы не могут быть определены как сперматозоиды или яйцеклетки.)

Автогамия

Основная статья: Автогамия

Себя-оплодотворение, также известная как автогамия, встречается в гермафродитный организмов, где два гаметы слитые при оплодотворении происходят от одного и того же человека, например, многие сосудистые растения, немного фораминиферы, немного инфузории. Термин «автогамия» иногда заменяется на автогамное опыление (не обязательно приводящее к успешному оплодотворению) и описывает самоопыление в том же цветке, отличном от гейтоногамное опыление, перенос пыльцы на другой цветок на том же цветущее растение,[10] или в пределах одного однодомный Гимносперм растение.

Митоз и мейоз

Митоз и мейоз типы деление клеток. Митоз возникает в соматические клетки, а мейоз происходит в гаметы.

МитозРезультирующее количество клеток в митозе вдвое превышает количество исходных клеток. Количество хромосомы в клетках-потомках такая же, как и в родительской клетке.

МейозРезультирующее количество ячеек в четыре раза превышает количество исходных ячеек. В результате получаются ячейки с половиной количества хромосомы присутствует в родительской ячейке. А диплоид клетка дублирует себя, затем претерпевает два деления (тетраплоид диплоид в гаплоид), в процессе формирования четырех гаплоидный клетки. Этот процесс проходит в две фазы: мейоз I и мейоз II.

Однополые

В последние десятилетия биологи-эволюционисты изучали и разрабатывали методы, способствующие однополому воспроизводству.[11] Очевидные подходы, с учетом растущей активности, следующие: женская сперма и мужские яйца, где женская сперма стала реальностью для людей, учитывая, что японские ученые уже создали женскую сперму для кур. «Тем не менее, соотношение продуцируемых сперматозоидов, несущих W-хромосому (несущих W), оказалось значительно ниже ожиданий. Поэтому сделан вывод, что большая часть W-несущих PGC не может дифференцироваться в сперматозоиды из-за ограниченного сперматогенеза».[12] В 2004 году, изменив функцию нескольких генов, участвующих в импринтинге, другие японские ученые объединили два мышиных яйца, чтобы получить дочерних мышей.[13] а в 2018 году китайские ученые создали 29 самок мышей от двух мышей-матерей, но не смогли произвести жизнеспособное потомство от двух мышей-отцов.[14][15]

Стратегии

Дальнейшая информация: Режимы воспроизведения и Теория истории жизни

Существует широкий спектр репродуктивных стратегий, используемых разными видами. Некоторые животные, такие как человек и северная олуша, не доходи половая зрелость много лет спустя рождение и даже тогда производят мало потомства. Другие быстро размножаются; но при нормальных обстоятельствах большинство потомков не доживают до совершеннолетие. Например, кролик (созревают через 8 месяцев) могут давать 10–30 потомков в год, а плодовая муха (созревают через 10–14 дней) могут давать до 900 потомков в год. Эти две основные стратегии известны как K-отбор (мало потомков) и r-выбор (много потомков). Какая стратегия предпочитает эволюция зависит от множества обстоятельств. Животные, у которых мало потомства, могут тратить больше ресурсов на воспитание и защиту каждого отдельного потомства, тем самым снижая потребность в большом количестве потомства. С другой стороны, животные с большим количеством потомков могут тратить меньше ресурсов на каждое отдельное потомство; для этих типов животных многие потомства обычно умирают вскоре после рождения, но обычно выживает достаточно особей, чтобы поддерживать популяцию. Некоторые организмы, такие как медоносные пчелы и плодовые мухи, удерживают сперму в процессе, называемом хранение спермы тем самым увеличивая продолжительность их плодовитости.

Другие типы

Основная статья: Семеларность и итеропарность
  • Полициклические животные воспроизводятся с перерывами на протяжении всей жизни.
  • Семеплодные организмы воспроизводятся только один раз в жизни, например однолетние растения (включая все зерновые культуры), а также некоторые виды лосося, пауков, бамбука и вековых растений. Часто они погибают вскоре после размножения. Это часто связано с р-стратеги.
  • Итеропородные организмы производить потомство в последовательных (например, годовых или сезонных) циклах, таких как многолетние растения. Итеропородящие животные выживают в течение нескольких сезонов (или периодических изменений условий). Это больше связано с K-стратеги.

Бесполое и половое размножение

Иллюстрация двукратная стоимость полового размножения. Если бы каждый организм давал одно и то же количество потомков (два), (а) численность населения остается неизменной в каждом поколении, где (б) бесполое население увеличивается вдвое с каждым поколением.

Количество организмов, размножающихся бесполым путем, увеличивается в геометрической прогрессии. Однако, поскольку они полагаются на мутации для изменения своей ДНК, все представители этого вида имеют схожие уязвимости. Организмы, которые размножаются половым путем, дают меньшее количество потомков, но большое количество вариаций в их генах делает их менее восприимчивыми к болезням.

Многие организмы могут размножаться как половым, так и бесполым путем. Тли, слизевые формы, морские анемоны, некоторые виды морская звезда (к фрагментация ), и многие растения являются примерами. Когда факторы окружающей среды благоприятны, используется бесполое размножение, чтобы использовать подходящие условия для выживания, такие как изобилие пищи, адекватное жилье, благоприятный климат, болезни, оптимальный pH или правильное сочетание других требований образа жизни. Популяции этих организмов экспоненциально увеличиваются за счет бесполых репродуктивных стратегий, позволяющих в полной мере использовать богатые ресурсы снабжения.

Когда источники пищи истощаются, климат становится враждебным или индивидуальное выживание подвергается опасности из-за некоторых других неблагоприятных изменений в условиях жизни, эти организмы переключаются на половые формы воспроизводства. Половое размножение обеспечивает смешение генофонда видов. Изменения, обнаруженные у потомства при половом размножении, позволяют некоторым особям лучше приспособиться к выживанию и обеспечивают механизм избирательной адаптации. Стадия мейоза полового цикла также позволяет особенно эффективно восстанавливать повреждения ДНК (см. Мейоз ).[нужна цитата ] Кроме того, половое размножение обычно приводит к формированию стадии жизни, способной выдержать условия, угрожающие потомству бесполого родителя. Таким образом, семена, споры, яйца, куколки, цисты или другие «зимующие» стадии полового размножения обеспечивают выживание в неблагоприятные времена, и организм может «переждать» неблагоприятные ситуации, пока не произойдет возврат к пригодности.

Жизнь без

Существование жизни без воспроизводства является предметом некоторых предположений. Биологическое исследование того, как происхождение жизни произведенные воспроизводящие организмы из невоспроизводящихся элементов называется абиогенез. Независимо от того, произошло ли несколько независимых абиогенетических событий, биологи считают, что последний универсальный предок чтобы вся нынешняя жизнь на Земле жила около 3,5 миллиарда лет назад.

Ученые высказывали предположения о возможности создания в лаборатории не репродуктивной жизни. Некоторым ученым удалось создать простые вирусы из полностью неживых материалов.[16] Однако часто вирусы считаются неживыми. Будучи не более чем кусочком РНК или ДНК в белковой капсуле, они не имеют метаболизм и может только копировать с помощью угнанного клетка метаболический аппарат.

Создание действительно живого организма (например, простой бактерии) без предков было бы гораздо более сложной задачей, но вполне может быть в некоторой степени возможным в соответствии с современными биологическими знаниями. А синтетический геном была перенесена в существующую бактерию, где она заменила нативную ДНК, что привело к искусственному производству новой М. mycoides организм.[17]

В научном сообществе ведутся споры о том, можно ли считать эту клетку полностью синтетической.[18] на том основании, что химически синтезированный геном был копией почти 1: 1 природного генома, а клетка-реципиент была природной бактерией. Институт Крейга Вентера поддерживает термин «синтетическая бактериальная клетка», но они также уточняют: «... мы не считаем это« созданием жизни с нуля », а скорее мы создаем новую жизнь из уже существующей жизни, используя синтетическую ДНК».[19] Вентер планирует запатентовать свои экспериментальные клетки, заявив, что «они явно являются изобретениями человека».[18] Его создатели предполагают, что построение «синтетической жизни» позволит исследователям узнавать о жизни, строя ее, а не разрывая на части. Они также предлагают расширить границы между жизнью и машинами до тех пор, пока они не пересекутся, чтобы получить «действительно программируемые организмы».[20] Ученые заявили, что создание «истинной синтетической биохимической жизни» относительно близко к возможностям современных технологий и дешево по сравнению с усилиями, необходимыми для размещения человека на Луне.[21]

Принцип лотереи

Половое размножение имеет много недостатков, поскольку оно требует гораздо больше энергии, чем бесполое размножение, и отвлекает организмы от других занятий, и есть некоторые аргументы в пользу того, почему так много видов используют его. Джордж К. Уильямс использовал лотерея билеты как аналогия в одном объяснении широкого использования полового размножения.[22] Он утверждал, что бесполое размножение, при котором генетическое разнообразие у потомства практически отсутствует, похоже на покупку множества билетов с одинаковыми номерами, что ограничивает шанс на «выигрыш», то есть на создание выжившего потомства. Он утверждал, что половое размножение - это как покупка меньшего количества билетов, но с большим разнообразием номеров и, следовательно, с большими шансами на успех. Смысл этой аналогии в том, что, поскольку бесполое размножение не приводит к генетическим вариациям, способность быстро адаптироваться к изменяющейся среде очень мала. В наши дни принцип лотереи менее принят из-за свидетельств того, что бесполое размножение более распространено в нестабильных условиях, что противоречит тому, что он предсказывает.[нужна цитата ]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Ридли М (2004) Эволюция, 3-е издание. Блэквелл Паблишинг, стр. 314.
  2. ^ Джон Мейнард Смит Эволюция секса 1978.
  3. ^ Холлидей, Тим Р .; Адлер, Крейг (ред.) (1986). Рептилии и амфибии. Книги Торстар. п. 101. ISBN  978-0-920269-81-7.CS1 maint: дополнительный текст: список авторов (связь)
  4. ^ Сэвидж, Томас Ф. (12 сентября 2005 г.). "Руководство по распознаванию партеногенеза инкубированных яиц индейки". Государственный университет Орегона. Архивировано из оригинал 15 ноября 2006 г.. Получено 2006-10-11.
  5. ^ «Самки акул могут размножаться в одиночку, как выяснили исследователи», Washington Post, среда, 23 мая 2007 г .; п. A02
  6. ^ Griswold, M.D .; Хант, П. А. (01.01.2013), "Мейоз" в Малой, Стэнли; Хьюз, Келли (ред.), Энциклопедия генетики Бреннера (второе издание), Сан-Диего: Academic Press, стр. 338–341, ISBN  978-0-08-096156-9, получено 2020-10-05
  7. ^ Т.М. Соннеборн (1938). «Типы спаривания у Paramecium Aurelia: разнообразные условия спаривания в разных стадах; встречаемость, количество и взаимосвязь типов». Труды Американского философского общества. Американское философское общество. 79 (3): 411–434. JSTOR  984858.
  8. ^ Отто, С.П .; Гольдштейн, Д. (1992). «Рекомбинация и эволюция диплоидии». Генетика. 131 (3): 745–751. ЧВК  1205045. PMID  1628815.
  9. ^ Bernstein, H .; Hopf, F.A .; Michod, R.E. (1987). «Молекулярные основы эволюции пола». Adv Genet. Успехи в генетике. 24: 323–370. Дои:10.1016 / с0065-2660 (08) 60012-7. ISBN  9780120176243. PMID  3324702.
  10. ^ Эккерт, К. (2000). «Вклад автогамии и гейтоногамии в самооплодотворение массовоцветущих клональных растений». Экология. 81 (2): 532–542. Дои:10.1890 / 0012-9658 (2000) 081 [0532: coaagt] 2.0.co; 2.
  11. ^ «Хронология научных разработок в области деторождения однополых людей». samesexprocreation.com.
  12. ^ Тагами, Такахиро; Мацубара, Юко; Ханада, Хирофуми; Найто, Мицуру (июнь 1997 г.). «Дифференциация первичных зародышевых клеток самок курицы в сперматозоиды в мужских половых железах». Развитие, рост и дифференциация. 39 (3): 267–71. Дои:10.1046 / j.1440-169X.1997.t01-2-00002.x. PMID  9227893. S2CID  35900043.
  13. ^ «Японские ученые производят мышей без использования спермы». Вашингтон Пост. Сарасота Геральд-Трибюн. 22 апреля 2004 г.
  14. ^ Блейкли, Рис (2018-10-12). «Отец не нужен, поскольку мыши созданы от двух матерей». Времена. ISSN  0140-0460. Получено 2018-10-12.
  15. ^ Ли, Чжи-Кун; Ван, Ле-Юнь; Ван, Ли-Бинь; Фэн, Гуй-Хай; Юань, Сюэ-Вэй; Лю, Чао; Сюй, Кай; Ли, Ю-Хуан; Ван, Хай-Фэн (2018-10-01). «Получение бимернальных и бипатернальных мышей из гипометилированных гаплоидных ЭСК с делециями импринтирующей области». Стволовая клетка. 23 (5): 665–676.e4. Дои:10.1016 / j.stem.2018.09.004. ISSN  1934-5909. PMID  30318303.
  16. ^ Химический синтез кДНК полиовируса: образование инфекционного вируса в отсутствие естественной матрицы
    Ученые создают искусственный вирус
  17. ^ Гибсон, Д .; Glass, J .; Lartigue, C .; Носков, В .; Chuang, R .; Algire, M .; Бендерс, Г .; Montague, M .; Ma, L .; Moodie, M.M .; Merryman, C .; Ваше, С .; Krishnakumar, R .; Assad-Garcia, N .; Andrews-Pfannkoch, C .; Денисова, Е.А .; Янг, L .; Qi, Z.-Q .; Segall-Shapiro, T.H .; Calvey, C.H .; Parmar, P.P .; Hutchison Ca, CA; Smith, H.O .; Вентер, Дж. К. (2010). «Создание бактериальной клетки, контролируемой химически синтезированным геномом». Наука. 329 (5987): 52–56. Bibcode:2010Sci ... 329 ... 52G. Дои:10.1126 / science.1190719. PMID  20488990.
  18. ^ а б Роберт Ли Хотц (21 мая 2010 г.). «Ученые создают первую синтетическую клетку». Журнал "Уолл Стрит. Получено 13 апреля, 2012.
  19. ^ Институт Крейга Вентера. "ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ". Получено 2011-04-24.
  20. ^ В. Уэйт Гиббс (май 2004 г.). «Синтетическая жизнь». Scientific American.
  21. ^ «НОВА: Искусственная жизнь». Получено 2007-01-19.
  22. ^ Уильямс Г. К. 1975. Секс и эволюция. Принстон (Нью-Джерси): Издательство Принстонского университета.

Рекомендации

  • Tobler, M. & Schlupp, I. (2005) Паразиты в половых и бесполых моллюсках (Poecilia, Poeciliidae, Teleostei): случай для Красной Королевы? Биол. Lett. 1 (2): 166–168.
  • Циммер, Карл. Parasite Rex: Внутри причудливого мира самых опасных существ природы, Нью-Йорк: Пробный камень, 2001.
  • «Аллогамия, перекрестное оплодотворение, перекрестное опыление, гибридизация». Глоссарий ботанических терминов GardenWeb (2,1 изд.). 2002 г.
  • «Аллогамия». Медицинский онлайн-словарь Стедмана (27-е изд.). 2004 г.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка