Skip to main content
Global

7.1: רבייה מינית

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    208847

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

    רבייה מינית הייתה חידוש אבולוציוני מוקדם לאחר הופעת תאים אוקריוטיים. העובדה שרוב האיקריוטים מתרבים מינית היא עדות להצלחתה האבולוציונית. אצל בעלי חיים רבים זהו אופן ההתרבות היחיד. ובכל זאת, מדענים מכירים בכמה חסרונות אמיתיים לרבייה מינית. על פני השטח, צאצאים זהים גנטית להורה עשויים להיראות מועילים יותר. אם האורגניזם ההורה כובש בהצלחה בית גידול, צאצאים בעלי אותן תכונות יצליחו באופן דומה. יש גם את היתרון הברור לאורגניזם שיכול לייצר צאצאים על ידי ניצנים א-מיניים, פיצול או ביצים א -מיניות. שיטות רבייה אלה אינן דורשות אורגניזם אחר של המין השני. אין צורך להשקיע אנרגיה במציאת או משיכת בן זוג. ניתן לבזבז את האנרגיה הזו על ייצור צאצאים נוספים. ואכן, כמה אורגניזמים המנהלים אורח חיים בודד שמרו על היכולת להתרבות באופן א-מיני. בנוסף, באוכלוסיות א-מיניות יש רק נשים, כך שכל פרט מסוגל להתרבות. לעומת זאת, הזכרים באוכלוסיות מיניות (מחצית מהאוכלוסייה) אינם מייצרים צאצאים בעצמם. בגלל זה, אוכלוסייה א -מינית יכולה לגדול מהר פי שניים מאוכלוסייה מינית בתיאוריה. המשמעות היא שבתחרות, לאוכלוסייה הא-מינית יהיה היתרון. כל היתרונות הללו לרבייה א-מינית, שהם גם חסרונות לרבייה מינית, אמורים לגרום לכך שמספר המינים עם רבייה א-מינית צריך להיות נפוץ יותר.

    עם זאת, אורגניזמים רב תאיים התלויים אך ורק ברבייה א-מינית הם נדירים ביותר. מדוע רבייה מינית נפוצה כל כך? זו אחת השאלות החשובות בביולוגיה והייתה מוקד למחקר רב מהמחצית השנייה של המאה העשרים ועד כה. הסבר סביר הוא שהשונות שהרבייה המינית יוצרת בקרב צאצאים חשובה מאוד להישרדותם ולהתרבותם של אותם צאצאים. המקור היחיד לשונות באורגניזמים א -מיניים הוא מוטציה. זהו המקור האולטימטיבי לשונות באורגניזמים מיניים. בנוסף, אותן מוטציות שונות מתערבבות ללא הרף מדור לדור כאשר הורים שונים משלבים את הגנום הייחודי שלהם, והגנים מעורבבים לשילובים שונים בתהליך המיוזה. מיוזה היא חלוקת תכולת הגרעין המחלקת את הכרומוזומים בין הגמטות. וריאציה מוצגת במהלך המיוזה, כמו גם כאשר הגמטות משתלבות בהפריה.

    אבולוציה בפעולה: השערת המלכה האדומה

    אין ספק שרבייה מינית מספקת יתרונות אבולוציוניים לאורגניזמים המשתמשים במנגנון זה כדי לייצר צאצאים. השאלה הבעייתית היא מדוע, גם לנוכח תנאים יציבים למדי, הרבייה המינית נמשכת כשהיא קשה יותר ומייצרת פחות צאצאים 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, שבו המלכה האדומה אומרת שצריך לרוץ במלוא המהירות רק כדי להישאר במקום שבו הוא נמצא.

    כל המינים מתפתחים יחד עם אורגניזמים אחרים. לדוגמה, טורפים מתפתחים יחד עם טרפם, וטפילים מתפתחים יחד עם מארחיהם. דוגמה יוצאת דופן להתפתחות משותפת בין טורפים לטרפם היא ההתאמה הייחודית של עטלפים מעופפים בלילה וטרף העש שלהם. עטלפים מוצאים את טרפם על ידי פליטת קליקים גבוהים, אך עש פיתחו אוזניים פשוטות כדי לשמוע את הקליקים הללו כדי שיוכלו להימנע מהעטלפים. העשים התאימו גם התנהגויות, כמו לעוף מהמחבט כשהם שומעים אותו לראשונה, או צניחה פתאומית לקרקע כשהעטלף עליהם. עטלפים פיתחו קליקים "שקטים" בניסיון להתחמק משמיעת העש. כמה עש פיתחו את היכולת להגיב לקליקים של העטלפים בלחיצות משלהם כאסטרטגיה לבלבל את יכולות ההד של העטלפים.

    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 לשמור על חלקו במשאבים היא גם לשפר ללא הרף את יכולתו לשרוד ולייצר צאצאים. ככל שמין אחד משיג יתרון, מינים אחרים חייבים גם לפתח יתרון או שהם יתחרו. אף מין בודד לא מתקדם יותר מדי קדימה מכיוון ששונות גנטית בין צאצאים של רבייה מינית מספקת לכל המינים מנגנון לייצור פרטים מותאמים. מינים שהפרטים שלהם לא 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 מפחית את מספר הכרומוזומים של הגמטה המתקבלת בחצי. הפריה, חיבור של שני גמטות הפלואידיות, משחזרת את המצב הדיפלואידי. ישנן שלוש קטגוריות עיקריות של מחזורי חיים באורגניזמים רב-תאיים: דיפלואידי דומיננטי, שבו השלב הדיפלואידי הרב-תאי הוא שלב החיים הברור ביותר (ואין שלב הפלואידי רב-תאי), כמו אצל רוב בעלי החיים כולל בני אדם; הפלואיד דומיננטי, שבו השלב הפלואידי הרב-תאי הוא שלב החיים הברור ביותר (ואין שלב דיפלואידי רב-תאי), כמו בכל הפטריות וכמה אצות; וחילופי דורות, בהם שני השלבים, הפלואידים ודיפלואידים, ניכרים במידה זו או אחרת בהתאם לקבוצה, כמו עם צמחים וכמה אצות.

    כמעט כל בעלי החיים משתמשים באסטרטגיית מחזור חיים דומיננטית דיפלואידית שבה התאים הפלואידים היחידים המיוצרים על ידי האורגניזם הם הגמטות. הגמטות מיוצרות מתאי נבט דיפלואידים, קו תאים מיוחד המייצר רק 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 \(\PageIndex{1}\) א).

    חיבור אמנות

    חלק א 'מציג את מחזור החיים של בעלי החיים. באמצעות מיוזה, זכרים בוגרים מייצרים זרע הפלואידי (1n), ונקבות בוגרות מייצרות ביצים הפלואידיות. עם ההפריה נוצרת זיגוטה דיפלואידית (2n), הגדלה למבוגר באמצעות מיטוזה וחלוקת תאים. חלק ב '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. חלק ג '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\(\PageIndex{1}\): (א) בבעלי חיים, מבוגרים המתרבים מינית יוצרים גמטות הפלואידיות מתאי נבט דיפלואידים. (ב) לפטריות, כגון עובש לחם שחור (Rhizopus nigricans), יש מחזורי חיים דומיננטיים בהפלואידים. (ג) לצמחים יש מחזור חיים המתחלף בין אורגניזם הפלואידי רב תאי לבין אורגניזם דיפלואידי רב תאי. (קרדיט ג "שרך": שינוי עבודה מאת קורי זנקר; קרדיט ג "גמטופיט": שינוי עבודה על ידי "Vlmastra" /ויקימדיה Commons)

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

    רוב הפטריות והאצות משתמשות באסטרטגיית מחזור חיים שבה "הגוף" הרב-תאי של האורגניזם הוא הפלואידי. במהלך רבייה מינית, תאים הפלואידים מיוחדים משני פרטים מצטרפים ליצירת זיגוטה דיפלואידית. הזיגוטה עוברת מיד מיוזה ליצירת ארבעה תאים הפלואידים הנקראים נבגים (איור \(\PageIndex{1}\) ב).

    סוג מחזור החיים השלישי, המועסק על ידי כמה אצות וכל הצמחים, נקרא חילופי דורות. למינים אלה יש אורגניזמים רב-תאיים הפלואידים ודיפלואידים כחלק ממחזור חייהם. הצמחים הרב-תאיים הפלואידים נקראים גמטופיטים מכיוון שהם מייצרים גמטות. מיוזה אינה מעורבת בייצור גמטות במקרה זה, מכיוון שהאורגניזם המייצר גמטות 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 לגמטופיטים (איור \(\PageIndex{1}\) ג).

    סיכום המדור

    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 מבחינה גנטית 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; וחילופי דורות, שהודגמו על ידי צמחים וכמה אצות.

    חיבורי אמנות

    איור\(\PageIndex{1}\): 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
    תא נבט
    תא מיוחד המייצר גמטות, כגון ביצים או זרע
    מחזור החיים
    רצף האירועים בהתפתחות אורגניזם וייצור תאים המייצרים צאצאים
    מיוזה
    תהליך חלוקה גרעינית המביא לארבעה תאים הפלואידים
    ספורופיט
    שלב מחזור חיים דיפלואידי רב תאי המייצר נבגים

    תורמים וייחוסים