A modern világban bevett szokássá vált, hogy mindent, ami körülvesz bennünket, szakszóval nevezünk. A szaporodás mechanizmusa… Így "keresztelték el" a tudósok az új élet születésének csodáját.
Csoda, amelyben bármely összetevő annyira harmonikus, változatos és egyben pótolhatatlan, hogy néha csak meglepődni lehet. Az emberiség évezredek óta töprengett a tojás és a csirke elsőbbségének kérdésén, és a természet már régóta választ kap minden kérdésre. Páratlan a megoldások racionalizmusa és sokfélesége az egyes fajok stabilitásának megőrzésében, és ezzel egyidejűleg a vadon élő állatok sokféle tulajdonságának megszerzésében.
Az élet genetikai alapja
Az egyik ilyen eszköz a generációk váltakozása. Az állat- és növényfajok sokfélesége a genetikai anyag különféle kombinációinak létrehozásával érhető el. A nemzedékek váltakozása a változó környezeti feltételek melletti fajmegőrzés egy speciális formája, amely főleg számos növényben és alacsonyabb rendű gerinctelenben fordul elő. Az ivaros és ivartalan szaporodás változását jelzi.
Mi okozza az egyik vagy másik szaporodási mód elindítását, és milyen célokat követnek? A kérdés megválaszolásához mélyebben meg kell értenünk, mi az ivaros és ivartalan szaporodás, és miben különböznek egymástól, milyen előnyökkel és hátrányokkal járnak egy biológiai faj számára.
Szexuális szaporodás
A szexuális szaporodás folyamata magában foglalja két egyed új életének létrehozásában való részvételt, akik önmagukban mindegyik kromoszómakészlet hordozója a DNS spirális kettős szálában. A genetikai anyagnak ez az egyedülálló halmaza abban nyilvánul meg, hogy ebben az egyedben – és csakis őbenne – bizonyos tulajdonságok jelen vannak, amelyeket részben továbbad utódainak.
Amikor két egyed vesz részt az ivaros szaporodási folyamatban, amelyek mindegyike a faj lehetséges utódjának adja a kromoszóma fele-készletét, a következő generáció mindkét szülői szervezet jellemzőivel rendelkezik. Ezért figyelhető meg a nemzedékek váltakozása mind az egyszerű, mind az összetett életformákban, amelyek szexuális szaporodás útján szaporodnak.
Milyen mértékben járul hozzá az ivaros szaporodás egy faj génállományához
Még egy viszonylag kis populáción belül is végtelenül széles lehet a genetikai anyag kombinációinak halmaza. Ez a fajta szaporodás azt a politikát folytatja, hogy a fajpopuláció genetikai hátterébe beépítse a diverzitást. A diverzitás azáltal is elérhető, hogy egy kialakult populáción belül egy adott faj új példányait használjuk, amelyek eltérőek.utak kívülről behatolhatnak. Vagy, mint például a növényekben vagy egyes koelenterátumokban, a csírasejtek rovására "házhozszállítással" szél, víz vagy rovarok segítségével.
A szexuális szaporodás egyik fontos pontja, hogy jelezzük a túlnyomórészt egészséges és legerősebb egyedek részvételének lehetőségét. Így az ilyen típusú szaporodás lehetővé teszi a természetes szelekció megvalósítását, ami hozzájárul a faj javára működő tulajdonságok rögzítésének lehetőségéhez.
Az ivartalan szaporodás, mint az egyedszám szorzójának képlete
A generációk váltakozása egy faj szaporítására és fenntartására szolgáló rendszer, amelyben az ivartalan szaporodás fontos szerepet játszik. Előnyei közül nyugodtan megjegyezhető, hogy egy adott biológiai faj számára kedvező környezeti feltételek kialakulása esetén gyorsan növelhető a populáció mérete. A populáció genetikai alapjának megőrzése és gyarapítása a már meglévő génkombinációk többszöri klónozásával, ami jelentősen megnöveli egy faj esélyét arra, hogy ezeknek a kombinációknak a további ivaros szaporodásában részt vegyen.
Fenotípusok váltakozása a különböző birodalmakban
A generációk váltakozása az algákban függ a hőmérsékleti háttértől, a víz kémiai összetételétől (különösen a sókoncentrációtól), a napi fényperiódus időtartamától, a megvilágítás intenzitásától és az évszakok változásától. Mindezek a tényezők szabályozzák bizonyos reproduktív sejtek termelését. Egyes növények spórákat termelnek, ami az ivartalanság alapjaszaporodását, és sporofitáknak nevezik. Gametofitáknak nevezzük azokat a növényeket, amelyek szaporodás céljából ivarsejteket (ivarsejteket, egyetlen kromoszómakészlettel a magban) termelnek szaporodás céljából. Vannak algák, amelyek mindkét típusú csírasejteket (gametákat és spórákat) termelik, és ennek megfelelően gametosporophytáknak nevezik őket. Az összes ilyen típusú algák morfológiailag és biológiailag is különbözhetnek egymástól. Tehát a Porphyra Tenera vörös alga sporofita formájában úgy néz ki, mint egy sorban elágazó szálak, amelyek behatolnak az aljzatba, ami lehet meszes kőzet vagy puhatestűhéj.
Ennek a fajnak a sporofitái nagy mélységben élnek, inkább a gyenge fényt kedvelik. Az ivaros szaporodást szolgáló sejtek (gametofiták) előállításában részt vevő egyedek lemezek formájában élnek az apály- és áramlási zónában, kis mélységben, intenzív megvilágítás mellett. A vörösalgák, lévén, hogy jobban szervezett, a legváltozatosabb és legösszetettebb fejlődési ciklusokat mutatják be, amelyekben az életciklus során az azonos fajhoz tartozó szervezetek különböző létezési formáiban változás történik - heteromorf fejlődés.
Kire jellemző a gametosporophytákon keresztüli szaporodás
A vadporofiták sok zöld, barna és vörös algafajra jellemzőek. A nemzedékek váltakozása figyelhető meg náluk mindkét típusú szaporítósejtek: spórák és ivarsejtek, különböző időpontokban és a környezeti viszonyok változása következtében fellépő termelése során. Konzisztencia a fenotípus jellemzőinek megnyilvánulásai és a megfelelő közötta környezet változásai – a fő evolúciós tényező, amely a szelekció mozgatórugója.
Nemzedékek váltakozása növényekben és állatokban: mi a hasonlóság két különböző birodalom között
Az élővilágot 4 birodalomra osztó osztályozás nagymértékben leegyszerűsíti a biológiai tudomány felfogását a tanulmányozás korai szakaszában. Egy alaposabb kurzussal azonban világossá válik, hogy a meglévő osztályozásban sok köztes eset van. Így különösen érdekes természetű a nemzedékek váltakozása a coelenteratesben. Az életciklus során az ivaros és ivartalan szaporodás generációi eltérő megjelenésűek, gyökeresen eltérő életmódot folytatnak, máshol élnek és másképp táplálkoznak. A metagenezis során az életformák váltakoznak: polipok és medúza. Az aljzathoz tapadt polipok mozgásszegény életmódot folytatnak. A polipokra jellemző az ivartalan szaporodás, melynek során az anyai szervezetből új, genetikai összetételben azonos leányegyedek bimbóznak ki, amelyek szintén polipok formájában töltik le életüket. A táplálkozás víztömegek szűrésével történik, melynek áramával mikroszkopikus méretű szerves részecskéket juttatnak be, amelyek táplálékul szolgálnak a szervezet számára.
A polipok hatalmas közösségeket tudnak szervezni. Hasonlóképpen, a nemzedékek váltakozása a coelenterátumokban hosszú időre koloniális polipokat hoz létre korallzátonyok formájában. Bizonyos körülmények bekövetkezésekor, amelyek minden faj esetében egyediek (hőmérséklet változása, időévek, a víz alatti áramlatok változásai, a holdfázis, a vándorlások ideje stb.), polipok bimbós kis medúza. A medúzák mozgékonyak, könnyen mozognak a vízoszlopban, és táplálkozásuk során ragadozók. Az ivarérettségi korig felnövő medúza ivaros szaporodás útján folytatja a faj fejlődési ciklusát. A megtermékenyített sejtekből mozgékony lárvák fejlődnek, amelyek a fenékre telepednek, az aljzathoz tapadnak, elveszítik mobilitásukat és polippá nőnek. A nemzedékek váltakozása egy faj életciklusa, amely változatlanul bezárul, visszatér eredeti állapotába, de más kromoszómakészlettel, és ezért eltérő karakterekkel.
A mohák szexuálisan is szaporodnak
Nemzedékek váltakozása figyelhető meg magasabb rendű növényeknél, beleértve a mohákat is. Ennek a növényosztálynak az életciklusára jellemző, hogy a domináns életforma a gametofiton, amely zöld évelő növény, levélszerű kinövésekkel és rizoidokkal, amelyet megfigyelünk. A nemzedékek váltakozását a mohákban a sporofiton biztosítja, amely a fejlődési ciklus ivartalan szakasza, amelyet a száron lévő, spórákkal ellátott kis doboz képvisel, amelyet a lábak kötnek össze a gametofitonnal, amelyen keresztül a spórák fiziológiás utánpótlása történik. A sporofita rövid élettartamú, és nem képes magától gyökeret verni. Érés után kiszárad és a spórák kiütése.
Miért a biológiában 1+1=3
A fentiek alapján megállapíthatjuk, hogy mindkét szaporodási módnak megvan a maga evolúciós jelentősége. A generációk váltakozása egy folyamatbiztosítva a szükséges tulajdonságok megszilárdulását és a fenotípusban megnyilvánuló feleslegesek természetes szelekció miatti elutasítását. Csak ivartalan szaporodás esetén a spontán mutációkat „a természetes szelekció ítéletének vetik alá”, ivaros szaporodás esetén pedig a mutációk mellett mindkét szülői egyed jelei megjelennek a fenotípusban.
Miért az evolúcióbiológiában, amikor az ivaros szaporodásról beszélünk, két egység összege nem egyenlő kettővel (1+1≠2)? Mert a megtermékenyítés eredményeként a gyermek olyan génkészletet kap, amely nem azonos egyik szülővel sem. Az egyén nem hordoz anyai vagy apai gént, hanem a szülőktől származó információk alapján fejlődik ki. Ő lesz a harmadik, egyedi és utánozhatatlan genotípus hordozója, így a biológusok egy kicsit másképp oldják meg a matematikai példát. Ez biztosítja a generációk váltakozását a növényekben és emlősökben, ahol a genetikai anyag minden egyes újjászületésével összetettebbé, elegánsabbá és tökéletesebbé válik!
