ASEXUÁLNÍ REPRODUKCE: VLASTNOSTI A TYPY - BIOLOGIE - 2025

Nepohlavní rozmnožování je definována jako násobek individuální schopné způsobit semena bez hnojení. Dceřiné organismy proto sestávají z klonů rodiče.

Děti produkované asexuálními reprodukčními událostmi se považují za identické kopie svých rodičů. Je však třeba si uvědomit, že kopie genetického materiálu podléhá změnám zvaným „mutace“.

Zdroj: pixabay.com

Asexuální reprodukce převládá v jednobuněčných organismech, jako jsou bakterie a protisté. Ve většině případů jedna kmenová buňka vede ke vzniku dvou dceřiných buněk, v případě zvaném binární štěpení.

Ačkoli jsou zvířata obvykle spojována se sexuální reprodukcí a rostliny s asexuální reprodukcí, jedná se o nesprávný vztah a v obou liniích najdeme dva základní modely reprodukce.

Existují různé mechanismy, pomocí nichž se organismus může asexuálně reprodukovat. U zvířat jsou hlavními typy fragmentace, pučení a parthenogeneze.

V případě rostlin je nepohlavní rozmnožování charakterizováno extrémně rozmanitou, protože tyto organismy mají velkou plasticitu. Mohou se množit odřezky, oddenky, odřezky a dokonce i po částech listů a kořenů.

Asexuální reprodukce má řadu výhod. Je rychlý a efektivní a umožňuje kolonizaci prostředí v relativně krátké době. Navíc nemusíte trávit čas a energii bojováním za sexuální partnery nebo složité a komplikované tance s námluvou.

Jeho hlavní nevýhodou je však nedostatek genetické variability, která je podmínkou sine qua non pro mechanismy odpovědné za biologický vývoj.

Nedostatek variability druhu může vést k jeho zániku, pokud musí čelit nepříznivým podmínkám, ať už škůdcům nebo extrémním podnebím. Asexuální reprodukce se proto chápe jako alternativní adaptace v reakci na podmínky, které vyžadují jednotné populace.

Obecné vlastnosti

K sexuální reprodukci dochází, když jedinec produkuje nové organismy ze somatických struktur. Potomci jsou geneticky identičtí s rodičem ve všech aspektech genomu, s výjimkou oblastí, které prošly somatickými mutacemi.

Různé výrazy se používají k označení produkce nových jedinců počínaje somatickou tkání nebo buněk. V literatuře je sexuální reprodukce synonymem klonální reprodukce.

U zvířat se obvykle používá termín agammetická reprodukce, zatímco u rostlin se běžně používá výraz vegetativní reprodukce.

Sexuální reprodukcí se během jejich života rozmnožuje obrovské množství organismů. V závislosti na skupině a okolních podmínkách může organismus reprodukovat výlučně asexuálně nebo ho střídat s událostmi sexuální reprodukce.

Asexuální reprodukce u zvířat (druhy)

U zvířat může potomstvo pocházet od jediného rodiče prostřednictvím mitotických dělení (asexuální reprodukce) nebo k němu může dojít oplodněním dvou gamet od dvou různých jedinců (sexuální reprodukce).

Různé skupiny zvířat se mohou rozmnožovat asexuálně, převážně skupiny bezobratlých. Nejdůležitějšími typy asexuální reprodukce u zvířat jsou:

Reprodukce pupeny

Budding spočívá v tvorbě boule nebo výboje od rodičovské osoby. Tato struktura se nazývá žloutek a dá vzniknout novému organismu.

Tento proces se vyskytuje u určitých cnidariánů (medúzy a příbuzných) a ukrývá se tam, kde může být potomstvo produkováno výčnělky na těle rodičů. Jednotlivec může vyrůst a stát se nezávislým nebo se připojit k rodiči a vytvořit kolonii.

Tam jsou kolonie cnidarians, slavné skalnaté korály, které mohou trvat více než metr. Tyto struktury jsou tvořeny jednotlivci vytvářenými nadějnými událostmi, jejichž gemmule zůstaly spojeny. Hydra je známá pro svou schopnost se asexuálně reprodukovat pučením.

V případě poriferů (houby) je nadějnost poměrně běžným způsobem reprodukce. Houby mohou tvořit drahokamy, aby vydržely časy nepříznivých podmínek prostředí. Houby však také vykazují sexuální reprodukci.

Fragmentace

Zvířata mohou rozdělit svá těla v procesu fragmentace, kdy kus může dát vzniknout nové osobě. Tento proces je doprovázen regenerací, kde se buňky původní rodičovské části dělí, aby se vytvořilo kompletní tělo.

Tento jev se vyskytuje v různých liniích bezobratlých, jako jsou houby, cnidariani, annelids, polychaetes a pláštěnci.

Regenerační procesy samy o sobě by neměly být zaměňovány s asexuálními reprodukčními událostmi. Například houby, když ztratí jednu ze zbraní, mohou regenerovat nové. Neznamená to však rozmnožování, protože nevede ke zvýšení počtu jednotlivců.

U hvězdice rodu Linckia je možné, že nový jedinec pochází z ramene. Organismus s pěti rameny tak může vést k pěti novým jedincům.

Planariani (Turbellariani) jsou vermiformní organismy se schopností reprodukce sexuálně i asexuálně. Běžnou zkušeností v biologických laboratořích je fragmentace planetária, aby bylo možné sledovat, jak se z každého kusu regeneruje nový organismus.

Parenogeneze u bezobratlých

V některých skupinách bezobratlých, jako je hmyz a korýši, je vajíčko schopno vyvinout úplného jedince, aniž by bylo nutné být oplodněno spermatem. Tento jev se nazývá parenogeneze a je u zvířat rozšířený.

Nejjasnějším příkladem jsou hymenopterané, konkrétně včely. Tento hmyz může vyvolat samce, zvané drony, parthenogenezí. Protože jednotlivci pocházejí z nefertilizovaného vejce, jsou haploidní (mají pouze poloviční genetickou zátěž).

Mšice - další skupina hmyzu - mohou vést k vzniku nových jedinců procesy parenogeneze nebo pohlavní reprodukcí.

V korýši Daphnia samice produkuje různé druhy vajec v závislosti na podmínkách prostředí. Vejce mohou být oplodněna a vést k diploidnímu jedinci nebo se vyvinout parthenogenezí. První případ je spojen s nepříznivými podmínkami prostředí, zatímco parthenogeneze se vyskytuje v prosperujícím prostředí

V laboratoři lze parenogenezi vyvolat aplikací chemických látek nebo fyzických podnětů. U některých ostnokožců a obojživelníků byl tento proces úspěšně proveden a nazývá se experimentální parenogeneze. Podobně existuje bakterie rodu Wolbachia, která je schopna tento proces vyvolat.

Parenogeneze u obratlovců

Fenomén parthenogeneze sahá až k linii obratlovců. U různých rodů ryb, obojživelníků a plazů se vyskytuje složitější forma tohoto procesu, která zahrnuje zdvojení sady chromozomů, což vede k diploidním zygotům bez účasti mužského gametu.

Přibližně 15 druhů ještěrek je známo svou jedinečnou schopností reprodukce prostřednictvím parthenogeneze.

Ačkoli tito plazi přímo nepotřebují partnera, aby mohli otěhotnět (ve skutečnosti těmto druhům chybí muži), vyžadují sexuální podněty z falešných kopulací a soudních sezení s jinými jedinci.

Androgeneze a gynogeneze

V procesu androgeneze se jádro z oocytů degeneruje a je nahrazeno jádrem z otce jadernou fúzí ze dvou spermií. Ačkoli se vyskytuje u některých živočišných druhů, například u hmyzu hůlky, v tomto království se nepovažuje za běžný proces.

Na druhé straně gynogeneze spočívá v produkci nových organismů diploidními oocyty (ženské pohlavní buňky), které nepodstoupily dělení jejich genetického materiálu meiózou.

Pamatujte, že naše sexuální buňky mají pouze polovinu chromozomů a když dojde k oplodnění, obnoví se počet chromozomů.

Aby došlo k gynogenezi, je nezbytná stimulace z mužského spermatu. Výsledkem gynogeneze potomka jsou samičky shodné s matkou. Tato cesta je také známá jako pseudogamie.

Asexuální reprodukce v rostlinách (typy)

V rostlinách existuje široké spektrum způsobů reprodukce. Jsou to vysoce plastické organismy a není neobvyklé najít rostliny, které se mohou sexuálně i asexuálně množit.

Bylo však zjištěno, že mnoho druhů preferuje asexuální způsob reprodukce, přestože to jejich předkové dělali sexuálně.

V případě asexuální reprodukce mohou rostliny generovat potomstvo různými způsoby, od vývoje nefertilizované vaječné buňky po získání kompletního organismu fragmentem rodiče.

Stejně jako v případě zvířat dochází k sexuální reprodukci událostmi buněčného dělení mitózou, které mají za následek identické buňky. Níže si probereme nejdůležitější typy vegetativní reprodukce:

Stolony

Některé rostliny se mohou množit na štíhlých podlouhlých stoncích, které vznikají podél povrchu půdy. Tyto struktury jsou známé jako stolony a generují kořeny v odstupech. Kořeny mohou vytvářet vztyčené stonky, které se nakonec vyvinou v nezávislé jedince.

Vynikajícím příkladem jsou jahody nebo druhy jahod (Fragaria ananassa), které jsou schopné vytvářet různé struktury, včetně listů, kořenů a stonků každého uzlu stolonu.

Rhizomes

V případě stolonů a oddenků mohou axilární pupeny rostlin generovat specializovaný výhonek pro asexuální reprodukci. Mateřská rostlina představuje rezervní zdroj pro výhonky.

Rhizomes jsou neurčitě rostoucí stonky, které rostou pod zemí - nebo nad - horizontálně. Stejně jako stolony produkují dobrodružné kořeny, které vytvoří novou rostlinu totožnou s mateřskou.

Tento druh vegetativní reprodukce je důležitý ve skupině trav (kde oddenky vedou k tvorbě pupenů, které vedou ke stonkům s listy a květy), ozdobným trvalkám, pastvinám, rákosím a bambusům.

Výstřižky

Řízky jsou kousky stonku, ze kterého pochází nová rostlina. Aby k této události došlo, musí být stonek pohřben v zemi, aby nedošlo k vysychání, a může být léčen hormony, které stimulují růst náhodných kořenů.

V jiných případech je kousek stonku umístěn do vody, aby stimuloval tvorbu kořenů. Po převedení do vhodného prostředí se může vyvinout nový jedinec.

Grafts

Rostliny se mohou rozmnožovat vložením pupenu do dříve vytvořené štěrbiny ve stonku dřeviny, která má kořeny.

Když je postup úspěšný, rána se uzavře a stonek je životaschopný. Hovorově se říká, že rostlina „chytla“.

Listy a kořeny

Tam jsou některé druhy kde listy mohou být použity jako struktury pro vegetativní reprodukci. Druh lidově známý jako „mateřská rostlina“ (Kalanchoe daigremontiana) může vytvářet rostliny oddělené od meristematické tkáně umístěné na okraji jejich listů.

Tyto malé rostliny rostou připojené k listům, dokud nejsou dostatečně zralé, aby se oddělily od své matky. Když dcera roste, spadne na zem.

U třešní, jablek a malin může k rozmnožování dojít skrze kořeny. Tyto podzemní struktury produkují výhonky schopné původních nových jedinců.

Existují extrémní případy, jako je pampeliška. Pokud se někdo pokusí vytrhnout rostlinu ze země a rozdělit její kořeny, může každá část vést ke vzniku nové rostliny.

Sporulace

Sporulace se vyskytuje v celé řadě rostlinných organismů, včetně mechů a kapradin. Tento proces spočívá ve vytvoření významného počtu spór, které jsou schopné odolávat nepříznivým podmínkám prostředí.

Spóry jsou malé prvky, které se snadno rozptýlí buď zvířaty nebo větrem. Když dosáhnou příznivé zóny, vývrt se vyvíjí v jednotlivci rovném té, která jej vytvořila.

Propagule

Propaguly jsou hromadění buněk, typické pro mechorosty a kapradiny, ale vyskytují se také u některých vyšších rostlin, jako jsou hlízy a trávy. Tyto struktury pocházejí z talu a jsou to malé pupeny se schopností šíření.

Parenogeneze a apomixis

V botanice se také často používá v termínu parthenogeneze. Přestože se používá v užším smyslu k popisu události „gametofytické apomixe“. V tomto případě je sporofyt (semeno) produkován buňkou vajíčka, která nepodléhá redukci.

Apoxymýza je přítomna u přibližně 400 druhů angiospermů, zatímco jiné rostliny to mohou dělat fakultativně. Parthenogeneze tedy popisuje pouze část asexuální reprodukce v rostlinách. Proto se navrhuje vyhnout se použití tohoto pojmu na rostliny.

Někteří autoři (viz De Meeûs et al. 2007) mají tendenci oddělit apomixi od vegetativní reprodukce. Dále klasifikují apomixis jako gametofytický, který již byl popsán, a pochází ze sporofytů, kde se embryo vyvíjí z jaderných buněk nebo jiných somatických tkání vaječníku, které nepodstoupí gametofytickou fázi.

Výhody asexuální reprodukce v rostlinách

Obecně asexuální reprodukce umožňuje rostlině rozmnožovat se ve stejných kopiích, které jsou dobře přizpůsobeny danému konkrétnímu prostředí.

Kromě toho je asexuální reprodukce v střídačích rychlým a efektivním mechanismem. Z tohoto důvodu se používá jako strategie, když se organismus nachází v oblastech, kde prostředí není pro reprodukci osivem příliš vhodné.

Například rostliny umístěné ve vyprahlém prostředí v Patagonii, jako jsou choriony, se tímto způsobem rozmnožují a zabírají velké plochy půdy.

Na druhé straně zemědělci tento druh propagace využili co nejlépe. Mohou vybrat odrůdu a reprodukovat ji asexuálně, aby získali klony. Takto získají genetickou uniformitu a umožní jim zachovat si požadovanou charakteristiku.

Asexuální reprodukce v mikroorganismech (typy)

Asexuální reprodukce je velmi častá u jednobuněčných organismů. V prokaryotických liniích, například bakteriích, jsou nejvýznamnější binární štěpení, pučení, fragmentace a vícenásobné štěpení. Na druhou stranu v jednobuněčných eukaryotických organismech je binární dělení a sporulace.

Binární štěpení bakterií

Binární štěpení je proces dělení genetického materiálu, po kterém následuje spravedlivé dělení vnitřku buňky, aby se získaly dva organismy identické s rodiči a navzájem identické.

Binární štěpení začíná, když jsou bakterie v prostředí, kde je dostatek živin a prostředí napomáhá reprodukci. Buňka pak zažije mírné prodloužení.

Později začíná replikace genetického materiálu. U bakterií je DNA organizována na cirkulárním chromozomu a není ohraničena membránou, jako je nápadné a výrazné jádro v eukaryotech.

V období dělení je genetický materiál distribuován na opačné strany dělící se buňky. V tomto okamžiku začíná syntéza polysacharidů, které tvoří bakteriální stěnu, poté dochází ke vzniku přepážky uprostřed a buňka se konečně zcela oddělí.

V některých případech mohou bakterie začít dělit a duplikovat svůj genetický materiál. Buňky se však nikdy neoddělují. Příkladem toho jsou shluky koků, jako jsou diplococci.

Binární štěpení v eukaryotech

U jednobuněčných eukaryot, jako je například Trypanosoma, dochází k podobnému druhu reprodukce: jedna buňka vede ke vzniku dvou dceřiných buněk podobné velikosti.

Vzhledem k přítomnosti pravého buněčného jádra se tento proces stává složitějším a komplikovanějším. Aby se jádro rozdělilo, musí nastat proces mitózy, po kterém následuje cytokinéza, která zahrnuje dělení cytoplazmy.

Vícenásobné štěpení

Ačkoli je binární štěpení nejčastější reprodukční modalitou, některé druhy, jako je Bdellovibrio ¸, jsou schopny zažít vícenásobné štěpení. Výsledkem tohoto procesu je více dceřiných buněk a již ne dvě, jak je uvedeno v binárním štěpení.

Reprodukce pupeny

Je to proces podobný tomu, který byl uveden u zvířat, ale extrapolován na jednu buňku. Bakteriální pučení začíná malým pupenem, který se liší od rodičovské buňky. Tato boule prochází růstovým procesem, dokud se postupně neoddělí od bakterií, které ji tvořily.

Výsledkem je nerovnoměrné rozložení materiálu obsaženého v buňce.

Fragmentace

Obecně se bakterie vláknitého typu (například Nicardia sp.) Mohou reprodukovat touto cestou. Buňky vlákna se oddělí a začnou růst jako nové buňky.

Sporulace

Sporulace spočívá ve výrobě struktur zvaných spory. Jedná se o vysoce odolné struktury tvořené buňkou.

Tento proces je spojen s okolními podmínkami, které organizmus obklopují, obvykle, když se stávají nepříznivými kvůli nedostatku živin nebo extrémním podnebím, dochází ke sporulaci.

Rozdíly mezi pohlavní a asexuální reprodukcí

U jedinců, kteří se rozmnožují asexuálně, sestávají potomci prakticky ze stejných kopií svých rodičů, tj. Klonů. Genom jediného rodiče je kopírován mitotickými buněčnými děleními, kde je DNA kopírována a přenášena ve stejných částech do dvou dceřiných buněk.

Naopak k tomu, aby došlo k sexuální reprodukci, musí se účastnit dva jedinci opačného pohlaví, s výjimkou hermafroditů.

Každý z rodičů nese gametu nebo sexuální buňky generované meiotickými událostmi. Potomci se skládají z jedinečných kombinací obou rodičů. Jinými slovy, existuje pozoruhodná genetická variace.

Abychom pochopili vysoké úrovně variace v sexuální reprodukci, musíme se při dělení soustředit na chromozomy. Tyto struktury jsou schopné vzájemně si vyměňovat fragmenty, což vede k jedinečným kombinacím. Když tedy pozorujeme sourozence od stejných rodičů, nejsou si navzájem identičtí.

Výhody asexuální versus sexuální reprodukce

Asexuální reprodukce má oproti sexuální reprodukci několik výhod. Za prvé, při složitých námluvních tancích nebo bojích o ženu typickou pro některé druhy není zbytečná ztráta času a energie, protože je zapotřebí pouze jeden rodič.

Za druhé, mnoho jedinců, kteří se pohlavně rozmnožují, utrácí hodně energie při výrobě gamet, které nejsou nikdy oplodněny. To vám umožní kolonizovat nová prostředí rychle a efektivně, aniž byste museli hledat partnera.

Teoreticky výše uvedené modely asexuální reprodukce dávají více výhod - ve srovnání se sexem - jednotlivcům žijícím ve stabilním prostředí, protože mohou přesněji udržovat své genotypy.

Reference

1. Campbell, NA (2001). Biologie: Koncepty a vztahy. Pearsonovo vzdělávání.
2. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Pozvánka k biologii. Panamerican Medical Ed.
3. De Meeûs, T., Prugnolle, F., & Agnew, P. (2007). Asexuální reprodukce: genetika a vývojové aspekty. Cellular and Molecular Life Sciences, 64 (11), 1355-1372.
4. Engelkirk, PG, Duben-Engelkirk, JL a Burton, GRW (2011). Burtonova mikrobiologie pro zdravotnické vědy. Lippincott Williams & Wilkins.
5. Patil, U., Kulkarni, JS, a Chincholkar, SB (2008). Základy mikrobiologie. Nirali Prakashan, Pune.
6. Raven, PH, Evert, RF, a Eichhorn, SE (1992). Plant Biology (Vol. 2). Obrátil jsem se.
7. Tabata, J., Ichiki, RT, Tanaka, H., & Kageyama, D. (2016). Sexuální versus assexuální reprodukce: Výrazné výsledky v relativním hojnosti parenogenetických mealybug po nedávné kolonizaci. PLoS ONE, 11 (6), e0156587.
8. Yuan, Z. (2018). Konverze mikrobiální energie. Walter de Gruyter GmbH & Co KG.