VLASTNÍ HNOJENÍ: U ZVÍŘAT, U ROSTLIN A PŘÍKLADŮ - BIOLOGIE - 2025

Self- fertilizace je spojení mužských a ženských pohlavních buněk stejného jedince. Vyskytuje se v organismech, které jsou hermafrodity - bytosti, které kombinují mužské a ženské funkce u jediného jedince, buď postupně nebo současně.

Když se produkce gamet obou typů překrývá v čase (alespoň v čase), jsou hermafrodity simultánní. Tato modalita nabízí možnost samooplodnění.

K samooplodnění dochází u několika druhů rostlin

Zdroj: pixabay.com

U vícebuněčných organismů, zejména rostlin a zvířat, se zdá, že je hermafrodit široce rozšířeným jevem.

Samooplodnění je optimální strategií pro konstantní prostředí s malou dostupností partnerů. Přináší však některé negativní důsledky, jako je deprese způsobená svázáním.

V tomto jevu je snížena genetická variabilita populace, což snižuje její schopnost přizpůsobit se změnám prostředí, odolnosti vůči patogenům nebo býložravcům. Tyto aspekty se zdají být důležité pro linii rostlin a živočichů.

V rostlinách

V rostlinách je běžné, že stejný jedinec je „otcem a matkou“ svých semen. Přestože hlavní úlohou květin je - s největší pravděpodobností - podpora křížového oplodnění, u hermafroditů může existovat samooplodnění.

Některé příklady rostlin, kde se tento jev vyskytuje, jsou hrách (organismus používaný Gregorem Mendelem k vývoji základních zákonů dědičnosti, kde pro tento proces byla klíčová samooplodnění) a některé luštěniny.

Například v případě sójových květů se mohou květiny otevřít, aby umožnily křížové opylení hmyzem, nebo mohou zůstat zavřené a samoopylovatelné.

U zvířat

Podle Jarne et al. (2006), s výjimkou hmyzu, přibližně třetina živočišných druhů představuje fenomén hermafroditismu. Tato skutečnost usnadnila vývoj samooplodnění u mnoha živočišných druhů.

Rozložení rychlostí sebepoznání je podobné jako v rostlinách, což naznačuje, že podobné procesy fungovaly v obou liniích ve prospěch vývoje sebepoznání.

Pro Jarne a kol. (2006), hermafroditismus je vzácný ve fyle větších zvířat, zejména členovců. Jedná se o běžný jev u menších fyla, včetně mořských hub, medúzy, plochých červů, měkkýšů, mořských stříbřinek a annelids.

Tito autoři zjistili, že k samooplodnění dochází v taxónech, kde jsou gamety (samci i samice) produkovány na jednom místě nebo žláze, jako tomu je u plicních hlemýžďů.

Může se také vyskytnout v situacích, kdy se gamety produkují na různých místech nebo když jsou vypuzeny do vody, jako tomu je u mořských druhů.

V některých trematodách a oligochetech dochází k samoopelení po nezbytné kopulaci u stejného jedince.

Výhody samooplodnění

V krátkodobém horizontu existuje několik výhod samooplodnění. Za prvé, jak ženské, tak mužské gamety pocházejí od stejného rodiče.

Organismy tak těží z přenosu svých genů navíc o 50% - ve srovnání s typickým 50% podílem sexuální reprodukce, protože zbývajících 50% odpovídá příspěvku sexuálního partnera.

Samooplodnění lze také upřednostnit, pokud je oblast obývaná dotyčným druhem charakterizována nízkým počtem potenciálních druhů nebo, v případě rostlin, v oblastech, kde je jen málo dostupných opylovačů.

Kromě toho by samooplodnění v rostlinných druzích vedlo k úsporám energie, protože květiny těchto rostlin mohou být malé (již nemusí být velké a viditelné, aby přilákaly opylovače) s omezeným množstvím pylu.

Samooplodnění tak zajišťuje reprodukci a zvyšuje kolonizaci oblasti. Nejvíce přijímaná ekologická hypotéza, která vysvětluje vývoj samooplodnění, souvisí se zaručením reprodukce.

Nevýhody sobectví

Za hlavní nevýhodu sebepojetí se považuje inbreeding deprese. Tento jev předpokládá snížení kondice nebo biologického postoje pokrevního potomstva ve vztahu ke zkříženému potomstvu.

Z tohoto důvodu existují druhy, které, i když jsou hermafrodity, mají mechanismy, které zabraňují samooplodnění. Hlavní mechanismy budou popsány v následující části.

Současný pohled na vývoj samooplodnění zahrnuje ekologické a evoluční síly. Z Fisherovy perspektivy se předpokládá interakce mezi zřejmými výhodami samooplodnění a deprese v důsledku příbuznosti.

Tento model předpovídá vznik samooplodnění nebo čistých křížů v důsledku rušivého výběru (když jsou upřednostňovány extrémy zvláštnosti), což nezvýhodňuje zvýšení četnosti přechodných variant.

Modely tímto způsobem navrhují vývoj tohoto systému jako interakci jeho výhod versus jeho nevýhody.

Ekologické modely naopak navrhují střední míry samooplodnění.

Mechanismy, které zabraňují samooplodnění rostlin

Je všeobecně známo, že sexuální reprodukce přináší obrovské výhody. Sex zvyšuje genetickou rozmanitost potomků, což znamená vyšší pravděpodobnost, že nástupci mohou čelit větším výzvám, jako jsou změny prostředí, patogenní organismy.

Naproti tomu k samooplodnění dochází u některých plodin a zvířat. Navrhuje se, aby tento proces zajistil, že se nový jedinec bude plně rozvíjet, a je to také životaschopná strategie - ačkoli to závisí na druhu a podmínkách prostředí.

Bylo zjištěno, že v různých angiospermech existují mechanismy, které zabraňují samooplodnění v hermafroditických organismech a komplikují různými způsoby, že květina může sama hnojit.

Tyto bariéry zvyšují genetickou rozmanitost populace, protože se snaží zajistit, aby ženské a mužské gamety pocházely od různých rodičů.

Rostliny, které představují květiny s funkčními tyčinkami a kapry, se vyhýbají samoobsluze s rozdílem doby zrání struktur. Další modalita je strukturální uspořádání, které zabraňuje přenosu pylu.

Nejběžnějším mechanismem je nekompatibilita. V tomto případě mají rostliny tendenci odmítat svůj vlastní pyl.

Reference

1. Jarne, P., & Auld, JR (2006). Zvířata to také mísí: rozdělení samooplodnění mezi hermafroditická zvířata. Evolution, 60 (9), 1816-1824.
2. Jiménez-Durán, K. a Cruz-García, F. (2011). Sexuální neslučitelnost, genetický mechanismus, který zabraňuje samooplodnění a přispívá k rozmanitosti rostlin. Mexický časopis Fitotecnia, 34 (1), 1-9.
3. Lande, R., & Schemske, DW (1985). Vývoj samooplodnění a inbreedingové deprese v rostlinách. I. Genetické modely. Evoluce, 39 (1), 24-40.
4. Schärer, L., Janicke, T., & Ramm, SA (2015). Sexuální konflikt v hermafroditech. Perspektivy Cold Spring Harbor v biologii, 7 (1), a017673.
5. Slotte, T., Hazzouri, KM, Ågren, JA, Koenig, D., Maumus, F., Guo, YL,… & Wang, W. (2013). Genom Capsella rubella a genomické důsledky rychlého vývoje páření. Nature genetics, 45 (7), 831.
6. Wright, SI, Kalisz, S. a Slotte, T. (2013). Evoluční důsledky samooplodnění rostlin. Řízení. Biological Sciences, 280 (1760), 20130133.