11.2: Uzazi wa kijinsia

Ujuzi wa Kuendeleza

• Eleza kwamba meiosis na uzazi wa kijinsia ni sifa zilizobadilika
• Tambua tofauti kati ya watoto kama faida ya mabadiliko ya uzazi wa ngono
• Eleza aina tatu za mzunguko wa maisha kati ya viumbe vya kijinsia vya kijinsia na kawaida zao

Uzazi wa kijinsia ulikuwa uvumbuzi wa mabadiliko ya mapema baada ya kuonekana kwa seli za eukaryotic. Inaonekana kuwa imefanikiwa sana kwa sababu eukaryotes nyingi zina uwezo wa kuzaliana ngono, na katika wanyama wengi, ndiyo njia pekee ya kuzaa. Na hata hivyo, wanasayansi wanatambua hasara halisi za uzazi wa ngono. Juu ya uso, kujenga watoto ambao ni clones ya maumbile ya mzazi inaonekana kuwa mfumo bora. Ikiwa viumbe vya mzazi vinafanikiwa kuishi makazi, watoto wenye sifa sawa watakuwa na mafanikio sawa. Pia kuna faida dhahiri kwa kiumbe ambacho kinaweza kuzalisha watoto wakati wowote hali zinafaa kwa budding ya asexual, kugawanyika, au mayai ya asexual. Njia hizi za uzazi hazihitaji kiumbe kingine cha jinsia tofauti. Hakika, viumbe vingine vinavyoongoza maisha ya faragha vimehifadhi uwezo wa kuzaliana kwa ngono. Kwa kuongeza, katika wakazi wa asexual, kila mtu ana uwezo wa kuzaa. Katika watu wa kijinsia, wanaume hawajazalisha watoto wenyewe, kwa hiyo kwa nadharia idadi ya watu wa asexual inaweza kukua mara mbili kwa haraka.

Hata hivyo, viumbe vya multicellular ambavyo hutegemea tu uzazi wa asexual ni nadra sana. Kwa nini ngono (na meiosis) ni ya kawaida? Hii ni mojawapo ya maswali muhimu yasiyojibiwa katika biolojia na imekuwa lengo la utafiti mwingi kuanzia nusu ya mwisho ya karne ya ishirini. Kuna maelezo kadhaa iwezekanavyo, moja ambayo ni kwamba tofauti ambayo uzazi wa kijinsia hujenga kati ya watoto ni muhimu sana kwa kuishi na uzazi wa idadi ya watu. Kwa hiyo, kwa wastani, idadi ya watu wanaozalisha ngono itaondoka wazao zaidi kuliko idadi ya watu wanaozalisha ngono. Chanzo pekee cha tofauti katika viumbe vya asexual ni mutation. Hii ni chanzo cha mwisho cha tofauti katika viumbe vya ngono, lakini kwa kuongeza, mabadiliko hayo tofauti yanaendelea kubadilishwa kutoka kizazi kimoja hadi kijacho wakati wazazi tofauti wanachanganya genomes zao za kipekee na jeni huchanganywa katika mchanganyiko tofauti na crossovers wakati wa prophase I na random urval katika metapase I.

Evolution connection: Red Malkia

Sio mgogoro kwamba uzazi wa kijinsia hutoa faida za mabadiliko kwa viumbe vinavyotumia utaratibu huu wa kuzalisha watoto. Lakini kwa nini, hata katika uso wa hali nzuri, uzazi wa kijinsia unaendelea wakati ni vigumu zaidi na gharama kubwa kwa viumbe binafsi? Tofauti ni matokeo ya uzazi wa kijinsia, lakini kwa nini tofauti zinazoendelea zinahitajika? Ingiza hypothesis ya Malkia Mweusi, iliyopendekezwa kwanza na Leigh Van Valen mwaka 1973. ¹ dhana ilikuwa jina katika kumbukumbu ya mbio Red Malkia katika kitabu Lewis Carroll ya, Kupitia Looking-Glass.

Spishi zote zinashirikiana na viumbe wengine; kwa mfano wanyamaji hubadilika na mawindo yao, na vimelea hubadilika na majeshi yao. Kila faida ndogo iliyopatikana kwa tofauti nzuri huwapa aina makali juu ya washindani wa karibu, wadudu, vimelea, au hata mawindo. Njia pekee ambayo itawawezesha aina ya ushirikiano kutoa kudumisha sehemu yake ya rasilimali ni pia kuendelea kuboresha fitness yake. Kama aina moja faida faida, hii huongeza uteuzi juu ya aina nyingine; lazima pia kuendeleza faida au watakuwa outcompeted. Hakuna spishi moja inayoendelea mbali sana mbele kwa sababu tofauti ya maumbile kati ya uzao wa uzazi wa kijinsia hutoa spishi zote na utaratibu wa kuboresha haraka. Spishi ambazo haziwezi kushika zimeharibika. Kichwa cha Malkia Mweusi kilikuwa, “Inachukua mbio zote unazoweza kufanya ili ukae mahali pale.” Hii ni maelezo sahihi ya ushirikiano mageuzi kati ya aina za mashindano.

Mzunguko wa Maisha ya Viumbe vya Kuzalisha ngono

Mbolea na meiosis mbadala katika mzunguko wa maisha ya ngono. Kinachotokea kati ya matukio haya mawili inategemea viumbe. Mchakato wa meiosis hupunguza idadi ya chromosome kwa nusu. Mbolea, kujiunga na gametes mbili za haploid, kurejesha hali ya diploid. Kuna makundi matatu makuu ya mzunguko wa maisha katika viumbe vya seli mbalimbali: diploid-kubwa, ambapo hatua ya diploid ya multicellular ni hatua ya wazi zaidi ya maisha, kama vile wanyama wengi ikiwa ni pamoja na wanadamu; haploid-kubwa, ambayo hatua ya haploid ya multicellular ni zaidi hatua ya maisha ya wazi, kama vile fungi zote na baadhi ya mwani; na mbadala ya vizazi, ambapo hatua mbili zinaonekana kwa digrii tofauti kulingana na kikundi, kama na mimea na baadhi ya mwani.

Mzunguko wa Maisha ya Diploid

Karibu wanyama wote huajiri mkakati wa mzunguko wa maisha ya diploid ambao seli pekee za haploidi zinazozalishwa na viumbe ni gametes. Mapema katika maendeleo ya kiinitete, seli maalumu za diploid, zinazoitwa seli za virusi, zinazalishwa ndani ya gonads, kama vile majaribio na ovari. Seli za kijidudu zina uwezo wa mitosis kuendeleza mstari wa seli na meiosis kuzalisha gametes. Mara baada ya gametes ya haploid inapoundwa, hupoteza uwezo wa kugawanya tena. Hakuna hatua ya maisha ya haploid ya multicellular. Mbolea hutokea kwa fusion ya gametes mbili, kwa kawaida kutoka kwa watu tofauti, kurejesha hali ya diploid (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)).

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Katika wanyama, watu wazima wanaozalisha ngono huunda gametes za haploid kutoka seli za diploid. Fusion ya gametes hutoa kiini cha yai cha mbolea, au zygote. Zygote itafanyika raundi nyingi za mitosis ili kuzalisha watoto wa multicellular. Seli za virusi huzalishwa mapema katika maendeleo ya zygote.

Mzunguko wa Maisha ya Haploid

Fungi nyingi na mwani huajiri aina ya mzunguko wa maisha ambayo “mwili” wa kiumbe—sehemu muhimu ya kiikolojia ya mzunguko wa maisha-ni haploidi. Siri za haploid zinazounda tishu za hatua kubwa ya multicellular huundwa na mitosis. Wakati wa uzazi wa kijinsia, seli maalumu za haploidi kutoka kwa watu wawili, zilizochaguliwa aina za (+) na (-) za kuunganisha, hujiunga na kuunda zygote ya diploid. Zygote mara moja hupata meiosis kuunda seli nne za haploidi zinazoitwa spores. Ingawa haploidi kama “wazazi,” spores hizi zina mchanganyiko mpya wa maumbile kutoka kwa wazazi wawili. Spores zinaweza kubaki dormant kwa vipindi mbalimbali vya wakati. Hatimaye, wakati hali ni nzuri, spores huunda miundo ya haploidi ya multicellular na raundi nyingi za mitosis (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)).

Sanaa Connection

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Fungi, kama vile mold nyeusi mkate (Rhizopus nigricans), wana maisha ya haploid-dominant. Hatua ya multicellular ya haploidi inazalisha seli maalumu za haploidi kwa mitosis ambazo zinaunganisha kuunda zygote ya diploid. Zygote hupata meiosis kuzalisha spores haploid. Kila spore hutoa viumbe vingi vya haploid na mitosis. (mikopo “zygomycota” micrograph: mabadiliko ya kazi na “Fanaberka” /Wikimedia Commons)

Ikiwa mabadiliko hutokea ili kuvu haiwezi tena kuzalisha aina ya kuunganisha, je, bado itaweza kuzaa?

Mbadala ya Vizazi

Aina ya tatu ya mzunguko wa maisha, iliyoajiriwa na baadhi ya mwani na mimea yote, ni mchanganyiko wa extremes ya haploid-kubwa na ya diploid. Spishi zilizo na mbadala za vizazi zina viumbe vyote vya haploidi na diploidi mbalimbali kama sehemu ya mzunguko wa maisha yao. Mimea ya multicellular ya haploid inaitwa gametophytes, kwa sababu huzalisha gametes kutoka seli maalumu. Meiosis haihusiani moja kwa moja katika uzalishaji wa gametes katika kesi hii, kwa sababu viumbe vinavyotengeneza gametes tayari ni haploid. Mbolea kati ya gametes huunda zygote ya diploid. Zygote itakuwa na raundi nyingi za mitosis na kutoa kupanda kwa mmea wa diploid multicellular inayoitwa sporophyte. Seli maalum za sporophyte zitafanyika meiosis na kuzalisha spores haploid. Spores hatimaye kuendeleza katika gametophytes (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)).

Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Mimea ina mzunguko wa maisha ambayo hubadilishana kati ya viumbe vingi vya haploid na viumbe vingi vya diploid. Katika mimea mingine, kama vile ferns, hatua zote za mmea wa haploid na diploid ni maisha ya bure. Mti wa diploidi huitwa sporophyte kwa sababu hutoa spora za haploidi kwa meiosis. Spores huendelea kuwa mimea multicellular, haploidi iitwayo gametophytes kwa sababu huzalisha gametes. Gametes ya watu wawili itakuwa fuse kuunda zygote diploid ambayo inakuwa sporophyte. (mikopo “fern”: mabadiliko ya kazi na Cory Zanker; mikopo “sporangia”: mabadiliko ya kazi na “Obsidian Soul” /Wikimedia Commons; mikopo “gametophyte na sporophyte”: mabadiliko ya kazi na “Vlmastra” /Wikimedia Commons)

Ingawa mimea yote hutumia toleo fulani la mbadala ya vizazi, ukubwa wa jamaa wa sporophyte na gametophyte na uhusiano kati yao hutofautiana sana. Katika mimea kama vile moss, viumbe vya gametophyte ni mmea wa bure, na sporophyte inategemea kimwili gametophyte. Katika mimea mingine, kama ferns, mimea ya gametophyte na sporophyte ni hai bure; hata hivyo, sporophyte ni kubwa zaidi. Katika mimea ya mbegu, kama miti ya magnolia na daisies, gametophyte inajumuisha seli chache tu na, kwa upande wa gametophyte ya kike, huhifadhiwa kabisa ndani ya sporophyte.

Uzazi wa kijinsia unachukua aina nyingi katika viumbe vingi. Hata hivyo, wakati fulani katika kila aina ya mzunguko wa maisha, meiosis hutoa seli za haploidi ambazo zitaunganisha na kiini cha haploidi cha kiumbe kingine. Utaratibu wa tofauti-crossover, urval random ya chromosomes homologous, na mbolea random - ni sasa katika matoleo yote ya uzazi wa kijinsia. Ukweli kwamba karibu kila kiumbe cha seli nyingi duniani kinaajiri uzazi wa kijinsia ni ushahidi mkubwa kwa manufaa ya kuzalisha watoto wenye mchanganyiko wa jeni ya kipekee, ingawa kuna faida nyingine zinazowezekana pia.

Muhtasari

Karibu eukaryotes zote hupata uzazi wa kijinsia. Tofauti iliyoletwa ndani ya seli za uzazi na meiosis inaonekana kuwa moja ya faida za uzazi wa kijinsia ambayo imefanya hivyo kufanikiwa. Meiosis na mbolea mbadala katika mzunguko wa maisha ya ngono. Mchakato wa meiosis hutoa seli za uzazi za kipekee zinazoitwa gametes, ambazo zina nusu ya idadi ya chromosomes kama seli ya mzazi. Mbolea, fusion ya gametes haploid kutoka kwa watu wawili, kurejesha hali ya diploid. Hivyo, viumbe vinavyozalisha ngono hubadilishana kati ya hatua za haploid na diploid. Hata hivyo, njia ambazo seli za uzazi zinazalishwa na muda kati ya meiosis na mbolea hutofautiana sana. Kuna makundi matatu makuu ya mzunguko wa maisha: diploid-kubwa, iliyoonyeshwa na wanyama wengi; haploid-kubwa, imeonyeshwa na fungi zote na baadhi ya mwani; na mbadala ya vizazi, iliyoonyeshwa na mimea na baadhi ya mwani.

Sanaa Connections

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Ikiwa mabadiliko hutokea ili kuvu haiwezi tena kuzalisha aina ya kuunganisha, je, bado itaweza kuzaliana?

Jibu

Ndiyo, itakuwa na uwezo wa kuzaa asexually.

maelezo ya chini

1. 1 Leigh Van Valen, “Sheria Mpya ya Mabadiliko,” Nadharia ya Mabadiliko 1 (1973): 1—30

faharasa

mbadala ya vizazi

mzunguko wa maisha ya aina ambayo hatua diploid na haploid mbadala

diploid-kubwa

aina ya mzunguko wa maisha ambayo hatua ya multicellular diploid imefikia

haploid-kubwa

aina ya mzunguko wa maisha ambayo hatua multicellular haploid imefikia

gametophyte

multicellular haploid maisha mzunguko hatua ambayo inazalisha gametes

seli za vijidudu

maalumu kiini line kwamba inazalisha gametes, kama vile mayai au mbegu

mzunguko wa maisha

mlolongo wa matukio katika maendeleo ya viumbe na uzalishaji wa seli zinazozalisha watoto

sporophyte

hatua ya mzunguko wa maisha ya diploid ambayo hutoa spores haploid na meiosis