SEKSUELE VOORTPLANTING: KENMERKEN, SOORTEN, PLANTEN, DIEREN - BIOLOGIE - 2026

De seksuele voortplanting is de vermenigvuldiging van individuen van twee ouders van verschillende geslachten: mannelijk en vrouwelijk - behalve wanneer wordt verwezen naar seksuele voortplanting bij bacteriën of protozoa, waar geen onderscheid wordt gemaakt naar geslacht. Het is een wijdverspreid proces in eukaryote organismen.

Elk individu dat deelneemt aan seksuele voortplanting produceert een soort gespecialiseerde kiembaancellen: sperma en eieren. Deze worden veroorzaakt door een soort gespecialiseerde celdeling, meiose genaamd. Deze gebeurtenis is het cruciale verschil tussen aseksuele en seksuele voortplanting.

Bron: door Manojiritty, van Wikimedia Commons

Het proces begint met de vereniging van twee gameten die aanleiding geven tot een zygote. Later geeft de zygote aanleiding tot een nieuw individu met kenmerken van beide ouders en met bepaalde unieke kenmerken.

Omdat het proces alomtegenwoordig is, concluderen we dat seksuele voortplanting een aantal voordelen met zich meebrengt boven aseksuele voortplanting. De mogelijke nadelen van seksuele voortplanting zijn echter meer merkbaar: onder meer de tijd en energie die wordt geïnvesteerd in het zoeken naar partners, de concurrentie om vrouwtjes, de productiekosten van gameten die niet worden bevrucht.

De kosten lijken erg hoog, dus ze moeten aanzienlijke voordelen hebben om ze te helpen compenseren. De voordelen van seksuele voortplanting zijn een onderwerp van controverse en discussie geweest onder evolutiebiologen.

Eén hypothese suggereert dat seksuele voortplanting gunstig is omdat het variëteiten voortbrengt die, in tijden van omgevingsveranderingen, gunstig kunnen zijn voor de soort. In feite is de productie van genetische variabiliteit een van de voordelen die aan seks worden toegeschreven.

Aan de andere kant stellen sommige onderzoekers voor dat seksuele reproductie, met name recombinatie, is geselecteerd als een DNA-herstelmechanisme. De prevalentie van seks, ondanks de kosten, is echter nog onbekend.

Algemene karakteristieken

Seks is een complex fenomeen dat sterk varieert tussen eukaryote taxa. In het algemeen kunnen we het begrijpen als een proces dat drie stappen omvat: de fusie van twee haploïde kernen, het fenomeen van recombinatie dat nieuwe genotypen produceert en de deling van diploïde cellen om haploïde kernen te vormen.

Vanuit dit oogpunt hangt seks in eukaryoten af ​​van een levenscyclus, waarin diploïde cellen zich moeten delen door meiose. Dit meiotische delingsproces is verantwoordelijk voor de verspreiding van het genetisch materiaal van toekomstige gameten.

Meiose heeft tot doel homologe chromosomen te scheiden, zodanig dat elke gameet de helft van de somatische chromosomen heeft. Naast het verminderen van de genetische belasting, vindt in meiose ook de uitwisseling van materiaal tussen niet-zusterchromatiden plaats, waardoor totaal nieuwe combinaties ontstaan.

Gameten

Gameten zijn de geslachtscellen van organismen die worden gegenereerd door meiose en bevatten de helft van de genetische belasting, dat wil zeggen, ze zijn haploïde.

Gameten variëren in zowel planten als dieren en worden ingedeeld in drie fundamentele categorieën, afhankelijk van hun grootte en relatieve mobiliteit: isogamie, anisogamie en oogamie.

Isogamie is een vorm van seksuele voortplanting waarbij de gameten die samensmelten om het nieuwe individu te doen ontstaan, identiek zijn qua grootte, mobiliteit en structuur. Isogamie komt voornamelijk voor in planten.

Anisogamie daarentegen bestaat uit de vereniging van twee gameten die verschillen in grootte en structuur. Een bepaald type anisogamie is oogamy, waarbij de mannelijke gameten relatief klein zijn en overvloedig in aantal. De vrouwelijke zijn veel opvallender en worden in minder aantallen geproduceerd.

Seksuele voortplanting bij dieren

In het dierenrijk is seksuele voortplanting een wijdverspreid fenomeen onder groepsleden.

Bijna alle ongewervelde dieren en gewervelde dieren bezitten de geslachten in afzonderlijke organismen - dat wil zeggen, we kunnen een mannelijk en een vrouwelijk individu in een soort onderscheiden. Deze toestand wordt tweehuizig genoemd, een term die is afgeleid van de Griekse wortels "twee huizen"

Daarentegen zijn er bepaalde minder talrijke soorten waarvan het geslacht aanwezig is in hetzelfde individu dat eenhuizig wordt genoemd: "een huis". Deze dieren worden ook wel hermafrodieten genoemd.

Het onderscheid tussen de seksen wordt niet gegeven door morfologische kenmerken van grootte of kleur, maar door het type gameten dat elk geslacht produceert.

De vrouwtjes produceren de eitjes, gekenmerkt door hun grote omvang en hun onbeweeglijkheid. Sperma daarentegen wordt in grotere hoeveelheden door mannen geproduceerd, ze zijn veel kleiner en hebben speciale structuren om de eicel te verplaatsen en te bevruchten.

Vervolgens zullen we de typische geslachtsorganen van dieren beschrijven en vervolgens zullen we het voortplantingsproces in elke diergroep gedetailleerd beschrijven.

Structuren die verband houden met reproductie

De gespecialiseerde cellen voor seksuele voortplanting - eieren en sperma - worden geproduceerd in specifieke weefsels die geslachtsklieren worden genoemd.

Bij mannen zijn de teelballen verantwoordelijk voor de productie van sperma, terwijl de vrouwelijke gameten in de eierstokken worden gevormd.

De geslachtsklieren worden beschouwd als de primaire geslachtsorganen. Accessoire geslachtsorganen zijn aanwezig in een belangrijke groep metazoanen die verantwoordelijk zijn voor het ontvangen en overdragen van eicellen en sperma. Bij vrouwen vinden we de vagina, de baarmoederbuizen of eileiders en de baarmoeder, terwijl bij mannen de penis is.

Poreus

Poriferen zijn algemeen bekend als sponzen en kunnen zowel seksueel als aseksueel voortplanten. Bij de meeste soorten vindt de productie van mannelijke en vrouwelijke gameten plaats bij één individu.

Choanocyten zijn een bepaald type cel van deze lijn, die in sperma kunnen veranderen. In andere groepen kunnen de gameten zijn afgeleid van archeocyten.

Veel soorten zijn levendbarend, wat aangeeft dat na het bevruchtingsverschijnsel de zygote door het ouderorganisme wordt vastgehouden totdat de larve wordt vrijgegeven. Bij deze soorten wordt het sperma in het water losgelaten en opgenomen door een andere spons.

Cnidariërs

Cnidarians zijn mariene organismen die kwallen en dergelijke omvatten. Deze dieren hebben twee morfologieën: de eerste is de poliep en wordt gekenmerkt door een sessiele levensstijl, terwijl de tweede de kwal is die kan bewegen en drijven.

Poliepen planten zich over het algemeen ongeslachtelijk voort door ontluikende of splijtingsprocessen. De kwal is tweehuizig en reproduceert seksueel. De levenscyclus in deze groep is zeer variabel.

Acelomorphs en platwormen

Platwormen, zoals planariërs, staan ​​vooral bekend om hun vermogen om aseksueel meerdere klonen te regenereren en te produceren van een enkel individu.

De meeste van deze wormvormige dieren zijn eenhuizig. Ze zoeken echter een partner om de kruisbestuiving uit te voeren.

Het mannelijke voortplantingssysteem omvat verschillende testikels en een papilla-achtige structuur die lijkt op de penissen van complexe gewervelde dieren.

Weekdieren en ringwormen

De meeste weekdieren zijn tweehuizig en hun voortplanting geeft aanleiding tot een vrij zwemmende larve genaamd de trocófera (zeer vergelijkbaar met de larven die aanwezig zijn in ringwormen) en varieert naargelang de soort weekdieren.

Evenzo hebben ringwormen verschillende geslachten en in sommige hebben ze geslachtsklieren die tijdelijk verschijnen.

Geleedpotigen

Geleedpotigen zijn een zeer diverse groep dieren, gekenmerkt door een exoskelet dat is samengesteld uit chitine en gelede aanhangsels. Deze lijn omvat de duizendpoten, cheliceraten, schaaldieren en hexapoden.

De geslachten zijn over het algemeen gescheiden, de organen die gespecialiseerd zijn in voortplanting verschijnen in paren. De meeste soorten hebben interne bevruchting. Ze kunnen ovipaar, ovovivipaar of levendbarend zijn.

Stekelhuidigen

Stekelhuidigen omvatten zeesterren, zeekomkommers, zee-egels en dergelijke. Hoewel er enkele hermafrodiete soorten zijn, worden de meeste gekenmerkt door gescheiden geslachten. De geslachtsklieren zijn grote structuren, de kanalen zijn eenvoudig en er zijn geen uitgebreide copulatie-organen.

Bemesting vindt extern plaats en er ontwikkelt zich een bilaterale larve die vrij in het water kan bewegen. Sommige soorten hebben een directe ontwikkeling.

Chordaten

De meeste geslachten zijn gescheiden. In deze groep vinden we meer complexe organen voor reproductie. Elk geslacht heeft geslachtsklieren met kanalen die de producten hiervan naar een cloaca of naar een speciale opening in de buurt van de anus leiden. Afhankelijk van de groep kan de bevruchting extern of intern zijn.

Parthenogenese bij dieren

Parthenogenese is een fenomeen dat veel voorkomt in het dierenrijk, voornamelijk bij ongewervelde dieren en sommige gewervelde dieren, waardoor een nieuw individu met slechts één ouder kan worden gegenereerd. Hoewel het een vorm van ongeslachtelijke voortplanting is, worden bepaalde soorten parthenogenese beschouwd als vormen van seksuele voortplanting.

Bij meiotische parthenogenese wordt een ei gevormd door meiose en kan het al dan niet worden bevrucht door sperma van een mannetje.

In sommige gevallen moeten de eieren worden geactiveerd door de mannelijke geslachtscène. In dit geval is er geen fusie van beide kernen, omdat het genetisch materiaal van het sperma wordt weggegooid.

Bij sommige soorten kan de eicel zich echter spontaan ontwikkelen zonder dat het activeringsproces nodig is.

Seksuele voortplanting bij planten

Analoog aan het geval van dieren, kunnen planten seksuele voortplanting ondergaan. Het bestaat uit de vereniging van twee haploïde gameten die aanleiding zullen geven tot een nieuw individu met unieke genetische kenmerken.

De plant kan de mannelijke en vrouwelijke organen in één persoon hebben of ze kunnen worden gescheiden. Bij komkommer en melkachtig zijn de geslachten gescheiden, terwijl bij rozen en petunia's de geslachten samen zijn.

De bloem

Het orgaan dat verantwoordelijk is voor de seksuele voortplantingsprocessen zijn de bloemen. Deze gespecialiseerde structuren hebben regio's die niet rechtstreeks deelnemen aan de voortplanting: de kelk en de bloemkroon, en seksueel actieve structuren: het androecium en gynoecium.

Het androecium is het mannelijke voortplantingsorgaan dat bestaat uit een meeldraad, die op zijn beurt is verdeeld in een gloeidraad en een helmknop. Deze laatste regio is verantwoordelijk voor de productie van stuifmeelkorrels.

Het gynoecium is het vrouwelijke bloemorgel en bestaat uit eenheden die carpels worden genoemd. De structuur is vergelijkbaar met een langwerpige "druppel" en is verdeeld in het stigma, de stijl en tenslotte de eierstok.

Bestuiving

Het proces van seksuele voortplanting bij planten vindt voornamelijk plaats door bestuiving, die bestaat uit het transport van stuifmeelkorrels van de helmknop naar het stigma.

Bestuiving kan plaatsvinden in dezelfde bloem (de stuifmeelkorrels gaan naar het vrouwelijk orgaan van dezelfde plant) of het kan gekruist zijn, waarbij de stuifmeelkorrels een ander individu bevruchten.

Bij de meeste planten is de tussenkomst van een dier nodig om bestuiving uit te voeren. Dit kunnen ongewervelde dieren zijn zoals bijen of andere insecten of gewervelde dieren zoals vogels en vleermuizen. De plant biedt de bestuiver de nectar aan als beloning en zij zijn verantwoordelijk voor het verspreiden van het stuifmeel.

De bloemstructuren die niet direct deelnemen aan de voortplanting zijn de bloemkroon en de kelk. Dit zijn gemodificeerde bladeren, in veel gevallen met heldere en levendige kleuren, die verantwoordelijk zijn voor het visueel of chemisch aantrekken van de potentiële bestuiver.

Evenzo hebben sommige planten geen dierlijke bestuivers nodig en gebruiken ze wind of water om stuifmeel te verspreiden.

Bemesting, zaden en fruit

Het proces begint met de aankomst van de stuifmeelkorrels op het stigma van de bloem. Deze reizen in stijl totdat ze de eierstok vinden.

Dubbele bevruchting is typerend voor bloeiende planten en uniek voor alle organismen. Het fenomeen doet zich als volgt voor: een kern van een sperma verenigt zich met een eicel en een andere kern van sperma versmelt met een diploïde embryo van de sporofyt.

Het resultaat van deze ongebruikelijke bevruchtingsgebeurtenis is een trioploïde endosperm dat zal fungeren als voedingsweefsel voor de ontwikkeling van het organisme. Zodra de succesvolle rijping van de eitjes plaatsvindt, veranderen ze in de zaden. De vrucht wordt daarentegen gevormd door de volwassen eierstokken.

De vrucht kan als eenvoudig worden geclassificeerd als hij afkomstig is van een volwassen eierstok en wordt toegevoegd als hij zich ontwikkelt uit verschillende eierstokken, zoals bijvoorbeeld de aardbei.

Seksuele voortplanting bij bacteriën

Bacteriën staan ​​vooral bekend om hun vermogen om zich ongeslachtelijk voort te planten.

In deze prokaryotische lijn is een individu in staat om in tweeën te delen door een proces dat binaire splitsing wordt genoemd. Er is echter een reeks mechanismen in bacteriën die doen denken aan seksuele voortplanting, aangezien er een uitwisseling van genetisch materiaal is.

Tot het midden van de jaren veertig dacht men dat bacteriën zich uitsluitend aseksueel voortplantten. De onderzoekers Joshua Lederberg en Edward Tatum weerlegden deze overtuiging echter door een ingenieus experiment met de E. coli-bacterie met verschillende voedingsbehoeften als model.

Het experiment bestond uit een stam A die groeide in minimaal medium met methionine en biotine, en een stam B die alleen groeide in omgevingen met threonine, leucine en thiamine. Met andere woorden, elke stam droeg een mutatie waardoor deze deze verbindingen niet kon synthetiseren, daarom moesten ze in het kweekmedium worden gesynthetiseerd.

Toen de kolonies een paar uur in contact waren, verwierven de individuen het vermogen om voedingsstoffen te synthetiseren die ze voorheen niet konden. Zo toonden Lederberg en Tatum aan dat er een DNA-uitwisselingsproces was dat vergelijkbaar was met seksuele voortplanting en noemden het conjugatie.

Conjugatie

Het conjugatieproces vindt plaats via een brugachtige structuur, de seksuele pili, die twee bacteriën fysiek aan elkaar bindt en hen in staat stelt DNA uit te wisselen.

Omdat bacteriën geen seksueel dimorfisme hebben, kunnen we niet spreken van mannen en vrouwen. Slechts één type kan echter pili produceren, en ze hebben speciale DNA-fragmenten, factor F genaamd, voor 'vruchtbaarheid'. Factor F bezit de genen voor de productie van pili.

Het DNA dat bij de uitwisseling betrokken is, maakt geen deel uit van het enige bacteriële chromosoom. In plaats daarvan is het een geïsoleerd cirkelvormig gedeelte, een plasmide genaamd, dat zijn eigen replicatiesysteem heeft.

Transformatie

Naast conjugatie zijn er andere processen waarbij de bacteriën extra DNA kunnen verkrijgen en worden gekenmerkt doordat ze eenvoudiger zijn dan conjugatie. Een daarvan is transformatie, die bestaat uit het nemen van naakt DNA uit de externe omgeving. Dit exogene DNA-fragment kan in het bacteriële chromosoom worden geïntegreerd.

Het transformatiemechanisme komt binnen in het concept van seksuele voortplanting. Hoewel de bacterie vrij DNA nam, moest dit genetisch materiaal van een ander organisme komen - bijvoorbeeld een bacterie die stierf en zijn DNA in de omgeving vrijgaf.

Transductie

Het derde en laatste bekende mechanisme in bacteriën om vreemd DNA te verkrijgen, is transductie. Dit impliceert de deelname van een virus dat bacteriën infecteert: bacteriofagen.

Bij transductie neemt een virus een deel van het bacteriële DNA en wanneer het een bacterie infecteert, kan een verschil dit fragment eraan doorgeven. Sommige auteurs gebruiken de term "parasexuele gebeurtenissen" om naar deze drie mechanismen te verwijzen.

Evolutionair perspectief

De alomtegenwoordigheid van seksuele voortplanting in organismen is een opmerkelijk feit. Een van de grootste vragen in de evolutiebiologie is dus waarom seks over zoveel geslachten wordt verspreid als het een energetisch dure activiteit is - en in sommige gevallen zelfs gevaarlijk.

Het vermoeden bestaat dat de selectieve krachten die de seksuele voortplanting in eukaryoten veroorzaakten, dezelfde zijn die de parasexuele processen handhaven die voor bacteriën zijn beschreven.

Seks kost

In het licht van evolutie verwijst de term "succes" naar het vermogen van een individu om zijn genen door te geven aan de volgende generatie. Paradoxaal genoeg is seks een proces dat niet volledig aan deze definitie voldoet, aangezien er een reeks kosten is verbonden aan reproductie.

Bij seksuele voortplanting moet een partner worden gevonden en in de meeste gevallen is deze taak niet triviaal. Er moet enorm veel tijd en energie worden geïnvesteerd in dit streven, dat het succes van het nageslacht zal bepalen - in termen van het vinden van 'de ideale partner'.

De dieren vertonen een reeks rituelen om hun potentiële partners het hof te maken en in sommige gevallen moeten ze vechten om hun eigen leven bloot te leggen om copulatie te bereiken.

Zelfs op cellulair niveau is seks duur, omdat deling door meiose veel langer duurt dan mitose. Dus waarom planten de meeste eukaryoten zich seksueel voort?

Er zijn twee fundamentele theorieën. De ene is gerelateerd aan celfusie als een mechanisme voor horizontale transmissie van een "egoïstisch" genetisch element, terwijl de tweede theorie recombinatie voorstelt als een DNA-herstelmechanisme. Hieronder beschrijven we de voor- en nadelen van elke theorie:

Seks voordelen

Om deze vraag te beantwoorden, moeten we ons concentreren op de mogelijke voordelen van seksuele voortplanting in de eerste eukaryoten.

De fusie van gameten om een ​​zygote te vormen, leidt tot een combinatie van twee verschillende genomen die in staat zijn om mogelijke defecte genen in het ene genoom te compenseren met een normale kopie van het andere.

Bij mensen erven we bijvoorbeeld één kopie van elke ouder. Als we een defect gen van onze moeder erven, kan het normale gen van onze vader dat compenseren (in dat geval presenteert de pathologie of ziekte zich alleen als homozygoot recessief).

Een tweede theorie - niet zo intuïtief als de eerste - stelt dat meiose werkt als een herstelmechanisme in het DNA. Schade aan genetisch materiaal is een probleem waarmee alle organismen worden geconfronteerd. Er zijn echter organismen die zich alleen ongeslachtelijk voortplanten en hun DNA is niet bijzonder beschadigd.

Een andere hypothese stelt dat seks mogelijk is geëvolueerd als een parasitaire aanpassing tussen egoïstische genetische elementen, om te worden gedistribueerd naar andere genetische lijnen. Een soortgelijk mechanisme is aangetoond bij E. coli.

Hoewel er mogelijke verklaringen zijn, is de evolutie van seks een onderwerp van verhitte discussies onder evolutiebiologen.

Seksuele selectie

Seksuele selectie is een concept geïntroduceerd door Charles Darwin dat alleen van toepassing is op seksueel voortplantende populaties. Het wordt gebruikt om de aanwezigheid van gedragingen, structuren en andere attributen te verklaren waarvan het bestaan ​​niet kan worden opgevat door natuurlijke selectie.

Het zeer kleurrijke en ietwat "overdreven" verenkleed van pauwen levert bijvoorbeeld geen directe voordelen op voor het individu, omdat het het zichtbaarder maakt voor potentiële roofdieren. Bovendien is het alleen aanwezig bij mannen.

Referenties

1. Colegrave, N. (2012). Het evolutionaire succes van seks: Science & Society-serie over seks en wetenschap. EMBO-rapporten, 13 (9), 774-778.
2. Crow, JF (1994). Voordelen van seksuele voortplanting. Ontwikkelingsgenetica, 15 (3), 205-213.
3. Freeman, S., & Herron, JC (2002). Evolutionaire analyse. Prentice Hall.
4. Goodenough, U., & Heitman, J. (2014). Oorsprong van eukaryote seksuele voortplanting. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 6 (3), a016154.
5. Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC, & Garrison, C. (2001). Geïntegreerde principes van zoölogie. New York: McGraw-Hill.
6. Leonard, J., & Córdoba-Aguilar, A. (Eds.). (2010). De evolutie van primaire seksuele kenmerken bij dieren. Oxford Universiteit krant.
7. Sawada, H., Inoue, N., en Iwano, M. (2014). Seksuele voortplanting bij dieren en planten. Springer-Verlag GmbH.