Skip to main content
Global

11.2: רבייה מינית

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    205915

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    מיומנויות לפיתוח

    • הסבירו שמיוזה ורבייה מינית הן תכונות מפותחות
    • זהה שונות בין צאצאים כיתרון אבולוציוני פוטנציאלי לרבייה מינית
    • תאר את שלושת סוגי מחזור החיים השונים בקרב אורגניזמים רב-תאיים מיניים והמשותף שלהם

    רבייה מינית הייתה חידוש אבולוציוני מוקדם לאחר הופעת תאים אוקריוטיים. נראה שהוא הצליח מאוד מכיוון שרוב האיקריוטים מסוגלים להתרבות מינית, ובבעלי חיים רבים זהו אופן ההתרבות היחיד. ובכל זאת, מדענים מכירים בכמה חסרונות אמיתיים לרבייה מינית. על פני השטח, יצירת צאצאים שהם שיבוטים גנטיים של ההורה נראית כמערכת טובה יותר. אם האורגניזם ההורה כובש בהצלחה בית גידול, צאצאים בעלי אותן תכונות יצליחו באופן דומה. יש גם את היתרון הברור לאורגניזם שיכול לייצר צאצאים בכל פעם שהנסיבות חיוביות על ידי ניצנים א-מיניים, פיצול או ביצים א -מיניות. שיטות רבייה אלה אינן דורשות אורגניזם אחר של המין השני. ואכן, כמה אורגניזמים המנהלים אורח חיים בודד שמרו על היכולת להתרבות באופן א-מיני. בנוסף, באוכלוסיות א-מיניות, כל אדם מסוגל להתרבות. באוכלוסיות מיניות הזכרים אינם מייצרים את הצאצאים בעצמם, כך שבתיאוריה אוכלוסייה א-מינית יכולה לגדול פי שניים מהר יותר.

    עם זאת, אורגניזמים רב תאיים התלויים אך ורק ברבייה א-מינית הם נדירים ביותר. מדוע מיניות (ומיוזה) כה נפוצה? זוהי אחת השאלות החשובות ללא מענה בביולוגיה והייתה מוקד למחקר רב החל מהמחצית השנייה של המאה העשרים. ישנם מספר הסברים אפשריים, אחד מהם הוא שהשונות שהרבייה המינית יוצרת בקרב הצאצאים חשובה מאוד להישרדותה ולהתרבותה של האוכלוסייה. כך, בממוצע, אוכלוסייה המתרבה מינית תשאיר יותר צאצאים מאוכלוסייה המתרבה א-מינית דומה אחרת. המקור היחיד לשונות באורגניזמים א -מיניים הוא מוטציה. זהו המקור האולטימטיבי לשונות באורגניזמים מיניים, אך בנוסף, המוטציות השונות הללו מתערבבות ללא הרף מדור לדור כאשר הורים שונים משלבים את הגנום הייחודי שלהם והגנים מעורבבים לשילובים שונים על ידי הצלבות במהלך פרופאזה I ומבחר אקראי במטאפאזה I.

    חיבור אבולוציה: השערת המלכה האדומה

    אין חולק כי רבייה מינית מספקת יתרונות אבולוציוניים לאורגניזמים המשתמשים במנגנון זה כדי לייצר צאצאים. אבל מדוע, גם לנוכח תנאים יציבים למדי, הרבייה המינית נמשכת כאשר היא קשה ויקרה יותר לאורגניזמים בודדים? וריאציה היא תוצאה של רבייה מינית, אך מדוע יש צורך בשינויים מתמשכים? הזן את השערת המלכה האדומה, שהוצעה לראשונה על ידי ליי ואן ולן בשנת 1973. 1 הרעיון נקרא בהתייחס למירוץ המלכה האדומה בספרו של לואיס קרול, מבעד למראה.

    כל המינים מתפתחים יחד עם אורגניזמים אחרים; למשל טורפים מתפתחים עם טרפם, וטפילים מתפתחים עם מארחיהם. כל יתרון זעיר שנצבר על ידי וריאציה חיובית נותן למין יתרון על פני מתחרים קרובים, טורפים, טפילים או אפילו טרף. השיטה היחידה שתאפשר למין המתפתח במשותף לשמור על חלקו במשאבים היא גם לשפר ללא הרף את כושרו. ככל שמין אחד משיג יתרון, הדבר מגדיל את הבחירה במינים האחרים; עליהם גם לפתח יתרון או שהם יתחרו. אף מין בודד לא מתקדם רחוק מדי מכיוון ששונות גנטית בין צאצאי הרבייה המינית מספקת לכל המינים מנגנון לשיפור מהיר. מינים שלא יכולים לעמוד בקצב נכחדים. משפט המפתח של המלכה האדומה היה, "צריך את כל הריצה שאתה יכול לעשות כדי להישאר באותו מקום." זהו תיאור הולם של אבולוציה משותפת בין מינים מתחרים.

    מחזורי חיים של אורגניזמים המתרבים מינית

    הפריה ומיוזה מתחלפים במחזורי החיים המיניים. מה שקורה בין שני האירועים הללו תלוי באורגניזם. תהליך המיוזה מקטין את מספר הכרומוזומים בחצי. הפריה, חיבור של שני גמטות הפלואידיות, משחזרת את המצב הדיפלואידי. ישנן שלוש קטגוריות עיקריות של מחזורי חיים באורגניזמים רב-תאיים: דומיננטית דיפלואידית, שבה השלב הדיפלואידי הרב-תאי הוא שלב החיים הברור ביותר, כמו אצל רוב בעלי החיים כולל בני אדם; הפלואיד דומיננטי, בו השלב הפלואידי הרב-תאי הוא שלב החיים הברור ביותר, כמו עם כל הפטריות וכמה אצות; וסירוגין של דורות, בהם שני השלבים נראים בדרגות שונות בהתאם לקבוצה, כמו עם צמחים וחלקם אצות.

    מחזור חיים דיפלואידי דומיננטי

    כמעט כל בעלי החיים משתמשים באסטרטגיית מחזור חיים דומיננטית דיפלואידית שבה התאים הפלואידים היחידים המיוצרים על ידי האורגניזם הם הגמטות. בשלב מוקדם של התפתחות העובר, תאים דיפלואידים מיוחדים, הנקראים תאי נבט, מיוצרים בתוך הגונדות, כגון האשכים והשחלות. תאי נבט מסוגלים למיטוזה להנציח את קו התא ואת המיוזה לייצור גמטות. ברגע שנוצרים הגמטות הפלואידיות, הם מאבדים את היכולת להתחלק שוב. אין שלב חיים הפלואידי רב-תאי. הפריה מתרחשת עם מיזוג של שני גמטות, בדרך כלל מאנשים שונים, המשחזרים את המצב הדיפלואידי (איור\(\PageIndex{1}\)).

    איור זה מציג את מחזור החיים של בעלי חיים. באמצעות מיוזה, זכרים בוגרים מייצרים זרע הפלואידי (1n), ונקבות בוגרות מייצרות ביצים הפלואידיות. עם ההפריה נוצרת זיגוטה דיפלואידית (2n), אשר באמצעות מיטוזה וחלוקת תאים גדלה למבוגר.
    איור\(\PageIndex{1}\): בבעלי חיים, מבוגרים המתרבים מינית יוצרים גמטות הפלואידיות מתאי נבט דיפלואידים. מיזוג הגמטות מוליד תא ביצית מופרית, או זיגוטה. הזיגוטה תעבור סבבים מרובים של מיטוזה כדי לייצר צאצא רב תאי. תאי הנבט נוצרים בשלב מוקדם בהתפתחות הזיגוטה.

    מחזור החיים הדומיננטי של הפלואיד

    רוב הפטריות והאצות משתמשות בסוג מחזור חיים שבו "גוף" האורגניזם - החלק החשוב מבחינה אקולוגית במחזור החיים - הוא הפלואידי. התאים הפלואידים המרכיבים את הרקמות של השלב הרב-תאי הדומיננטי נוצרים על ידי מיטוזה. במהלך רבייה מינית, תאים הפלואידים מיוחדים משני פרטים, המיועדים לסוגי ההזדווגות (+) ו- (-), מצטרפים ליצירת זיגוטה דיפלואידית. הזיגוטה עוברת מיד מיוזה ליצירת ארבעה תאים הפלואידים הנקראים נבגים. למרות שהם הפלואידים כמו "ההורים", נבגים אלה מכילים שילוב גנטי חדש משני הורים. הנבגים יכולים להישאר רדומים לפרקי זמן שונים. בסופו של דבר, כאשר התנאים תורמים, הנבגים יוצרים מבנים הפלואידים רב-תאיים על ידי סבבים רבים של מיטוזה (איור\(\PageIndex{2}\)).

    חיבור אמנות

    איור זה מציג את מחזור החיים של פטריות. בפטריות, הזיגוספור הדיפלואידי (2n) עובר מיוזה ליצירת נבגים הפלואידים (1n). מיטוזה של הנבגים מתרחשת ליצירת היפות. היפות יכולות לעבור רבייה א-מינית ליצירת נבגים נוספים, או שהן יוצרות סוגי הזדווגות פלוס ומינוס שעוברים היתוך גרעיני ליצירת זיגוספור.
    איור\(\PageIndex{2}\): לפטריות, כגון עובש לחם שחור (Rhizopus nigricans), יש מחזורי חיים דומיננטיים בהפלואידים. השלב הרב-תאי הפלואידי מייצר תאים הפלואידים מיוחדים על ידי מיטוזה המתמזגים ליצירת זיגוטה דיפלואידית. הזיגוטה עוברת מיוזה לייצור נבגים הפלואידים. כל נבג מוליד אורגניזם הפלואידי רב תאי על ידי מיטוזה. (קרדיט מיקרוגרף "זיגומיקוטה": שינוי העבודה על ידי "Fanaberka" /ויקימדיה Commons)

    אם מתרחשת מוטציה כך שפטרייה כבר לא תוכל לייצר סוג הזדווגות מינוס, האם היא עדיין תוכל להתרבות?

    חילופי דורות

    סוג מחזור החיים השלישי, המועסק על ידי כמה אצות וכל הצמחים, הוא תערובת של הקצוות הדומיננטיים והפלואידיים הדומיננטיים. למינים עם חילופי דורות יש אורגניזמים רב-תאיים הפלואידים ודיפלואידים כחלק ממחזור חייהם. הצמחים הרב-תאיים הפלואידים נקראים גמטופיטים, מכיוון שהם מייצרים גמטות מתאים מיוחדים. מיוזה אינה מעורבת ישירות בייצור גמטות במקרה זה, מכיוון שהאורגניזם המייצר את הגמטות הוא כבר הפלואידי. הפריה בין הגמטות יוצרת זיגוטה דיפלואידית. הזיגוטה תעבור סבבים רבים של מיטוזה ותוליד צמח רב תאי דיפלואידי הנקרא ספורופיט. תאים מיוחדים של הספורופיט יעברו מיוזה וייצרו נבגים הפלואידים. הנבגים יתפתחו לאחר מכן לגמטופיטים (איור). \(\PageIndex{3}\)

    איור זה מציג את מחזור החיים של צמחי שרך. הזיגוטה הדיפלואידית (2n) עוברת מיטוזה כדי לייצר את הספפורופיט, שהוא הצמח המוכר והעלים. ספורנגיה נוצרת בחלק התחתון של עלי הספורופיט. ספורנגיה עוברת מיוזה ליצירת נבגים הפלואידים (1n). הנבגים נובטים ועוברים מיטוזה ליצירת גמטופיט רב תאי ועלים. הגמטופיט מייצר ביצים וזרע. עם ההפריה, הביצית והזרע יוצרים זיגוטה דיפלואידית.
    איור\(\PageIndex{3}\): לצמחים יש מחזור חיים המתחלף בין אורגניזם הפלואידי רב תאי לבין אורגניזם דיפלואידי רב תאי. בצמחים מסוימים, כגון שרכים, גם שלבי הצמח הפלואידים וגם הדיפלואידים חיים חופשי. הצמח הדיפלואידי נקרא ספורופיט מכיוון שהוא מייצר נבגים הפלואידים על ידי מיוזה. הנבגים מתפתחים לצמחים רב-תאיים, הפלואידים הנקראים גמטופיטים מכיוון שהם מייצרים גמטות. הגמטות של שני פרטים יתמזגו ליצירת זיגוטה דיפלואידית שהופכת לספורופיט. (אשראי "שרך": שינוי עבודתו של קורי זנקר; קרדיט "ספורנגיה": שינוי עבודה על ידי "נשמה אובסידיאנית" /ויקימדיה; קרדיט "גמטופיט וספורופיט": שינוי עבודה על ידי "Vlmastra" /ויקימדיה Commons)

    למרות שכל הצמחים משתמשים בגרסה כלשהי של חילופי הדורות, הגודל היחסי של הספורופיט והגמטופיט והקשר ביניהם משתנים מאוד. בצמחים כמו אזוב, אורגניזם הגמטופיטים הוא הצמח החי החופשי, והספורופיט תלוי פיזית בגמטופיט. בצמחים אחרים, כמו שרכים, גם צמחי הגמטופיטים וגם הספורופיטים חיים חופשי; עם זאת, הספורופיט גדול בהרבה. בצמחי זרעים, כמו עצי מגנוליה וחינניות, הגמטופיט מורכב מכמה תאים בלבד, ובמקרה של הגמטופיט הנשי, נשמר לחלוטין בתוך הספורופיט.

    רבייה מינית לובשת צורות רבות באורגניזמים רב תאיים. עם זאת, בשלב מסוים בכל סוג של מחזור חיים, מיוזה מייצרת תאים הפלואידים שיתמזגו עם התא הפלואידי של אורגניזם אחר. מנגנוני הווריאציה - הצלבה, מבחר אקראי של כרומוזומים הומולוגיים והפריה אקראית - קיימים בכל הגרסאות של רבייה מינית. העובדה שכמעט כל אורגניזם רב תאי על פני כדור הארץ משתמש ברבייה מינית היא עדות חזקה ליתרונות של ייצור צאצאים עם שילובי גנים ייחודיים, אם כי ישנם גם יתרונות אפשריים אחרים.

    סיכום

    כמעט כל האיקריוטים עוברים רבייה מינית. נראה כי השונות שהוכנסה לתאי הרבייה על ידי מיוזה היא אחד היתרונות של רבייה מינית שהפכה אותה למוצלחת כל כך. מיוזה והפריה מתחלפות במחזורי החיים המיניים. תהליך המיוזה מייצר תאי רבייה ייחודיים הנקראים גמטות, שיש להם מחצית ממספר הכרומוזומים כתא האב. הפריה, מיזוג של גמטות הפלואידיות משני פרטים, משחזרת את המצב הדיפלואידי. לפיכך, אורגניזמים המתרבים מינית מתחלפים בין שלבים הפלואידים לדיפלואידים. עם זאת, דרכי ייצור תאי הרבייה והתזמון בין מיוזה להפריה משתנים מאוד. ישנן שלוש קטגוריות עיקריות של מחזורי חיים: דיפלואיד דומיננטי, שהודגם על ידי רוב בעלי החיים; הפלואיד דומיננטי, שהודגם על ידי כל הפטריות וכמה אצות; ואת חילופי הדורות, שהודגמו על ידי צמחים וכמה אצות.

    חיבורי אמנות

    איור\(\PageIndex{2}\): אם מתרחשת מוטציה כך שפטרייה כבר לא תוכל לייצר סוג הזדווגות מינוס, האם היא עדיין תוכל להתרבות?

    תשובה

    כן, הוא יוכל להתרבות באופן א-מיני.

    הערות שוליים

    1. 1 ליי ואן ולן, "חוק אבולוציוני חדש", תיאוריה אבולוציונית 1 (1973): 1—30

    רשימת מילים

    חילופי דורות
    סוג מחזור חיים שבו השלבים הדיפלואידים והפלואידים מתחלפים
    דיפלואיד דומיננטי
    סוג מחזור חיים שבו השלב הדיפלואידי הרב-תאי נפוץ
    הפלואיד-דומיננטי
    סוג מחזור חיים שבו השלב הפלואידי הרב-תאי נפוץ
    גמטופיט
    שלב מחזור חיים הפלואידי רב-תאי המייצר גמטות
    תאי נבט
    קו תאים מיוחד המייצר גמטות, כגון ביצים או זרע
    מחזור החיים
    רצף האירועים בהתפתחות אורגניזם וייצור תאים המייצרים צאצאים
    ספורופיט
    שלב מחזור חיים דיפלואידי רב-תאי המייצר נבגים הפלואידים על ידי מיוזה