Biologiniame dauginimosi procese yra du dauginimosi tipai: lytinis arba generatyvinis dauginimasis ir nelytinis arba vegetatyvinis dauginimasis . Abu jie leidžia išsaugoti rūšių tęstinumą, tačiau tai daro per labai skirtingus ląstelinius ir genetinius mechanizmus, kurie turi tiesioginių pasekmių biologinei įvairovei, dauginimosi greičiui ir organizmų gebėjimui prisitaikyti prie aplinkos.
Gyva būtybė arba organizmas pasižymi gebėjimu atlikti pagrindines gyvenimo funkcijas, įskaitant dauginimąsi , o tai leidžia jam gaminti panašias savo kopijas – nelytiniu būdu iš vieno tėvo arba lytiniu būdu iš bent dviejų tėvų. Šių skirtumų supratimas yra labai svarbus norint suprasti, kaip populiacijos evoliucionuoja ir kodėl kai kurios rūšys dauginasi vienaip ar kitaip, priklausomai nuo aplinkos.
Kas yra pumpuravimas?
Pumpuravimas yra vienas iš skirtingų nelytinio dauginimosi tipų , kai naujas gyvis atsiranda susidarant iškilimams , vadinamiems pumpurais, ant motininio organizmo kūno, kurie auga ir vystosi ir gali likti prisitvirtinę prie motininio organizmo arba atskirti nuo jo.
Biologiniu požiūriu, pumpuravimas yra nevienodas tėvo kūno pasidalijimas . Pradinis individas išlaiko didžiąją dalį savo citoplazmos ir struktūros, o pumpuras prasideda kaip mažas iškilimas, kuriame yra ląstelių su ta pačia genetine medžiaga kaip ir tėvinis organizmas. Laikui bėgant, šis pumpuras didėja, diferencijuojasi ir galiausiai gali išsivystyti į visavertį organizmą.
Terminas „budingas“ kilęs iš lotyniško žodžio „geminus “, reiškiančio „dvynys“. Naujas individas iš esmės yra tėvų „genetinis dvynys“ , nes abu turi tą pačią paveldimą informaciją, nes DNR nesikeičia su kitu organizmu. Tačiau nepaisant šio genetinio panašumo, aplinkos sąlygos gali lemti jų dydžio, formos ar fiziologinės būklės skirtumus.
Pumpuravimas stebimas vienaląsčiuose organizmuose, tokiuose kaip kai kurios mielės ir pirmuonys, taip pat daugialąsčiuose organizmuose, tokiuose kaip tam tikri augalai ir bestuburiai gyvūnai (kempinės, hidros, koralai ir kai kurios medūzos). Todėl tai yra plačiai paplitęs mechanizmas gamtoje, ypač rūšyse, kurios gyvena prisitvirtinusios prie substrato arba vandens aplinkoje, kur gametų mainai būtų brangesni.
Nelytinis dauginimasis
Šiam dauginimosi tipui būdingas tik vieno iš tėvų dalyvavimas . Dauginimasis dažniausiai vyksta mitozės būdu , kai ląstelių dalijimosi metu susidaro dvi ar daugiau genetiškai identiškų ląstelių.
Tai reprodukcijos būdas, kai apvaisinimas nevyksta ; dėl to DNR mainai tarp skirtingų individų nevyksta. Naujas gyvas organizmas paprastai išlaiko organizmo, iš kurio jis kilo, savybes. Dėl šios priežasties kalbame apie kloninius palikuonis arba klonus, tai yra, genetines motininio organizmo kopijas.
Yra daug įvairių augalų, kurie gali daugintis lytiškai arba nelytiniu būdu – per pumpurus, požemines šaknis arba šliaužiančius stiebus. Tokiais atvejais viena rūšis gali kaitalioti abu dauginimosi būdus: nelytinį dauginimąsi , kad greitai daugintųsi, kai sąlygos palankios, ir lytinį dauginimąsi, kad sukurtų genetinį kintamumą, kai aplinka yra labiau permaininga.
Kiti organizmai, pavyzdžiui, jūrų žvaigždės, gali regeneruoti netekę kūno dalies, o daugelis kitų gali daugintis dideliais kiekiais, daugybę kartų dalydamiesi nelytiniu būdu. Daugelio jūrinių bestuburių dauginimosi ir išlikimo strategijos yra derinamos su regeneracija, fragmentacija ir pumpuravimu.
Be pumpuravimo, nelytinis dauginimasis apima ir kitus svarbius procesus, tokius kaip dvejetainis dalijimasis (būdingas prokariotams, tokiems kaip bakterijos ir archėjos), sporuliacija (būdinga grybuose, kai kuriuose augaluose ir bakterijose), fragmentacija ir partenogenezė . Visiems jiems būdinga pagrindinė savybė: vieno individo pakanka naujiems palikuonims susilaukti, nereikalaujant partnerio.
Lytinis dauginimasis
Lytiniam dauginimuisi būdingas dviejų mejozės metu atsiradusių ląstelių , kurios susijungia apvaisinimo būdu, dalyvavimas. Šios lytinės ląstelės, arba gametos (dažniausiai kiaušialąstė ir spermatozoidas gyvūnuose arba vyriška ir moteriška gametos augaluose), turi pusę suaugusio individo chromosomų skaičiaus.
Du tėvai turi dalyvauti, perduodami savo DNR savo palikuonims. Todėl egzistuoja genetiniai skirtumai tarp tėvų ir palikuonių, taip pat ir tarp pačių palikuonių. Šis skirtumas atsiranda dėl genų derinio, vykstančio mejozės metu (per genetinę rekombinaciją), ir atsitiktinio gametų susijungimo apvaisinimo metu.
Lytinis dauginimasis, nors ir reikalauja daugiau energijos ir laiko (poros paieška, gametų gamyba, piršimasis, apvaisinimas, embriono vystymasis), turi didelį pranašumą: jis sukuria genetinę įvairovę . Ši įvairovė padidina tikimybę, kad populiacijoje bus individų, turinčių savybių, leidžiančių jiems išgyventi ir daugintis kintančiomis aplinkos sąlygomis arba susiduriant su naujomis ligomis.
Kai kurie organizmai, pavyzdžiui, mielės, priklausomai nuo aplinkos sąlygų, gali kaitalioti nelytinį dauginimąsi (pumpuruojant) ir lytinį dauginimąsi. Maistinėmis medžiagomis turtingoje aplinkoje jie linkę daugintis nelytiniu būdu dėl greičio, o streso ar trūkumo atvejais gali aktyvuoti lytinius mechanizmus, kad padidintų genetinį kintamumą.
Kaip atsiranda pumpuravimas?
Nelytinis dauginimasis yra dauginimasis, vykstantis be dviejų tos pačios rūšies narių sąveikos. Ląstelės dalijasi mitozės būdu, kai kiekviena chromosoma yra nukopijuojama prieš branduolio dalijimąsi, o kiekviena nauja ląstelė gauna tą pačią genetinę informaciją. Vienaląsčių organizmų atveju plazminės membranos dalyje susidaro iškilimas, vadinamas pumpuru . Motininės ląstelės branduolys dalijasi, ir vienas iš dukterinių branduolių migruoja į pumpurą. Palankiomis sąlygomis pumpuras gali išauginti kitą pumpurą, kol galiausiai atsiskiria nuo motininės ląstelės.
Vienaląsčių lygmeniu tai asimetrinės mitozės procesas , vykstantis kai kuriuose vienaląsčiuose organizmuose, tokiuose kaip mielės. Vienaląstį organizmą sudaro viena ląstelė. Vienaląsčių organizmų pavyzdžiai yra bakterijos, mikroskopiniai dumbliai, kai kurie grybai ir pirmuonys. Keista, bet vienaląsčiai organizmai sudaro didžiąją daugumą gyvų organizmų, šiuo metu gyvenančių Žemėje, tiek pagal individų skaičių, tiek pagal jų kolonizuojamų buveinių diapazoną.
Mielės arba raugas – tai bet kuris iš įvairių eukariotinių organizmų, klasifikuojamų kaip grybai, mikroskopiniai askomicetai arba bazidiomicetai , kurių gyvavimo cikle vyrauja vienaląsčiai organizmai. Paprastai jiems būdingas nelytinis dauginimasis pumpuravimo arba dvejetainio dalijimosi būdu ir lytinės stadijos, kurios nėra prisitvirtinusios prie sporokarpo (vaisiakūnio). Šių mikroorganizmų sprendimas naudoti nelytinį ar lytinį dauginimąsi priklauso nuo cheminių ir aplinkos signalų, tokių kaip maistinių medžiagų ar feromonų, kuriuos gamina kitos ląstelės.
Mitozė yra pati ląstelės dalijimasis, kurio metu susidaro dvi genetiškai identiškos dukterinės ląstelės . Ji gali vykti tiek haploidinių, tiek diploidinių eukariotinių organizmų ląstelėse. Šis procesas užtikrina, kad genetinė medžiaga būtų tolygiai paskirstyta tarp gautų ląstelių, išlaikant tą patį chromosomų skaičių kaip ir motininėje ląstelėje.
Taigi, tai yra ląstelės dauginimosi procesas, kurį daugiausia sudaro išilginis chromosomų dalijimasis ir branduolio bei citoplazmos dalijimasis; dėl to susidaro dvi dukterinės ląstelės su tuo pačiu chromosomų skaičiumi ir ta pačia genetine informacija kaip ir motininė ląstelė. Po šios mitozės, pumpuravimo metu, branduolys, kuris migruos į pumpurą, yra strategiškai išdėstytas besiformuojančioje iškilumoje.
Pumpuravimas yra procesas, kurio metu branduolys dalijasi, o citoplazma dalijasi, tačiau gautas branduolys migruoja link ląstelės membranos, sudarydamas pumpurą primenančią struktūrą, apsuptą citoplazmos, taip sukurdamas dvi skirtingo dydžio ląsteles. Motininė ląstelė išlaiko didesnį tūrį, o dukterinė ląstelė iš pradžių yra mažesnė, nors tinkamomis sąlygomis gali visiškai augti ir dalytis savarankiškai.
Pumpuravimas yra įprastas kempinių, knidarianų ir samangyvių organizmų procesas . Kai kurios gyvūnų rūšys gali turėti vidinius pumpurus: pumpurus, kurie išgyvena nepalankias sąlygas dėl apsauginio dangalo. Gėlavandenių kempinių atveju pumpurai turi apsauginę kapsulę, kurioje yra atsarginių medžiagų . Atėjus pavasariui, apsauginė kapsulė prarandama, o iš pumpuro išdygsta nauja kempinė. Gėlavandeniuose samangyviuose susidaro chitino ir kalcio sluoksnis, kuriam atsarginių medžiagų nereikia, nes jie žiemoja.
Tokių gyvūnų kaip hidros, medūzų polipai ir koralai pumpurai formuojasi tėvų kūno paviršiuje, auga ir daugeliu atvejų atsiskiria, sudarydami nepriklausomus individus. Kitų rūšių atveju keli pumpuravimo būdu atsiradę individai lieka prisitvirtinę, sudarydami sudėtingas kolonijas , kuriose visi turi tą pačią genetinę medžiagą, bet gali atlikti specializuotas funkcijas grupėje.
Pumpuravimo ir kitų nelytinio dauginimosi tipų
Yra keli nelytinio dauginimosi tipai. Tai apima pumpuravimą , kai palikuonys auga ant motininio organizmo kūno (pavyzdžiui, kaip bananai). Kitas tipas yra gemmules, kai motininis organizmas išskiria specializuotų ląstelių masę , kuri išsivysto į naują individą.
Platesniame nelytinio dauginimosi kontekste taip pat randame:
- Dvejetainis dalijimasis: Būdingas prokariotiniams organizmams, tokiems kaip bakterijos ir archėjos. Jį sudaro genetinės medžiagos dubliavimasis ir simetriškas motininės ląstelės dalijimasis į dvi vienodo dydžio dukterines ląsteles.
- Sporuliacija: Aptinkami beveik visuose grybuose, kai kuriuose augaluose (pvz., paparčiuose) ir tam tikrose bakterijose. Jie sudaro atsparios sporos apsupti storos sienelės, kuri leidžia jiems išgyventi nepalankioje aplinkoje ir daugintis, kai sąlygos pagerėja.
- Fragmentacija ir regeneracija: Organizmas dalijasi į keletą fragmentų, iš kurių kiekvienas gali regeneruotis į pilną individą. Tai nutinka, pavyzdžiui, plokščiosioms kirmėlėms ir jūros žvaigždėms.
- Partenogenezė: Mechanizmas, kuriuo iš neapvaisintų moteriškų lytinių ląstelių išsivysto naujas individas. Jis pasireiškia kai kuriems bestuburiams (vabzdžiams, verpečiams, plokščiosioms kirmėlėms) ir tam tikroms stuburinių gyvūnų rūšims, tokioms kaip žuvys, varliagyviai ir kai kurie ropliai.
Nors visi šie mechanizmai sukuria palikuonis, genetiškai panašius į tėvus, pumpuravimas išsiskiria savo struktūriniu paprastumu ir tuo, kad daugeliu atvejų leidžia formuotis kolonijoms , kaip pastebėta kai kuriems knidarianams ir kempinėms. Be to, pumpuravimas gali vykti išorėje arba viduje (pavyzdžiui, kempinių gemmulėms), o tai suteikia skirtingų privalumų, priklausomai nuo rūšies buveinės ir gyvenimo ciklo.
Nelytinis dauginimasis augaluose
Tai atsitinka augaluose, kai dalis jų pasidalija (stiebas, šaka, pumpuras, gumbas, šakniastiebis ir kt.) ir atskirai išsivysto į naują augalą. Tai labai paplitusi ir turi daug įvairių formų. Tai apima:
- Skiepai: Vieno augalo stiebo fragmentas (skiepas) įterpiamas į tos pačios rūšies arba kitos, bet suderinamos rūšies stiebą arba kamieną. Jis dažniausiai naudojamas vaismedžiams arba dekoratyvinėms rūšims dauginti dominančias veisles ir pagerinti gamybą.
- Statymai: Dauginant auginiais nupjaunamas stiebo fragmentas su pumpurais ir užkasamas. Tada laukiama, kol išdygs šaknys. Taip išauga naujas augalas – šis metodas plačiai naudojamas krūmams ir dekoratyviniams augalams.
- Pjovimas arba segmentai: Stiebai ruošiami induose su vandeniu arba drėgnu dirvožemiu, kur jie išaugina naujas šaknis, po kurių juos galima sodinti. Tai labai įprastas kambarinių augalų ir lengvai įsišaknijančių rūšių dauginimo būdas.
- Audinių kultūra: Auginimas atliekamas mikroorganizmų neturinčioje terpėje, naudojant maistinių medžiagų tirpalus ir augalų hormonus, kurie skatina šaknų, stiebų ir lapų augimą iš augalo fragmento. Šis metodas leidžia padauginkite tūkstančius identiškų augalų iš vieno egzemplioriaus.
- Sluoksnis: Tai reiškia, kad dalis augalo užkasama ir laukiama, kol jis įsišaknys. Tada jis nupjaunamas ir persodinamas; tai naudojama, pavyzdžiui, vynuogėms ir kai kuriems vijokliniams augalams.
- Sporuliacija: dauginimosi sporomis būdas, dažnas paparčiuose, samanose ir kituose augaluose, kurie neduoda sėklų.
Daugelyje augalų pumpurai atsiranda per pažastinius arba galinius pumpurus , iš kurių, juos atskiriant ir įsišaknijus, gali išaugti nauji ūgliai, o kai kuriais atvejais – ištisi augalai. Dažnas pavyzdys yra kai kurie sukulentai ir kaktusai, kurių šoniniai ūgliai, padėję ant tinkamo substrato, gali išsivystyti į naujus augalus.
Kiti augalų, kurie dauginasi nelytiniu būdu (padidintais pumpurais, daigais arba pakitusia struktūra), pavyzdžiai yra tulpės, lelijos, bulvės ir braškės . Bulvėse gumbai kaupia atsargas ir išdygsta į naujus augalus; braškėse šliaužiantys stolonai išaugina naujus augalus įsišakniję skirtingose dirvožemio vietose.
Nelytinio dauginimosi privalumai ir trūkumai
Nelytinis dauginimasis yra efektyvesnis organizmams, kurie išlieka vienoje vietoje ir nekeliauja ieškoti partnerių arba gyvena santykinai stabilioje aplinkoje . Tai metodas, kurį naudoja daugelis paprastų organizmų, tokių kaip bakterijos, daugybė grybų, pirmuonys ir augalai, kurie greitai kolonizuoja tam tikrą aplinką.
Tačiau nelytinis dauginimasis nesukelia reikšmingos genetinės įvairovės tarp organizmų, o tai reiškia, kad ligos ar staigūs aplinkos pokyčiai gali sunaikinti ištisas grupes . Kadangi jie turi tą patį genotipą, jei grėsmė paveikia vieną individą, labai tikėtina, kad ji paveiks daugumą jo klonų tokiu pačiu būdu.
Pranašumas
Tarp biologinių privalumų yra greitas dalijimasis ir paprastumas, nes organizmams nereikia gaminti lytinių ląstelių ar eikvoti energijos veiksmams prieš apvaisinimą (partnerio paieškai, piršijimui, gametų susitikimui ir kt.).
Tokiu būdu vienas individas gali duoti daug palikuonių tokiais būdais kaip nelytinis sporų formavimasis, skersinis dalijimasis arba pumpuravimas, taip palengvindamas greitą naujų teritorijų kolonizavimą . Aplinkose, kurios ilgą laiką išlieka stabilios, ši strategija gali būti itin veiksminga užimant turimą erdvę ir išnaudojant išteklius.
Konkrečiu pumpuravimo atveju dar vienas privalumas yra tas, kad daugelio gyvūnų ir augalų palikuonys gali likti prisirišę prie tėvų, formuodami kolonijas, kurios naudingos viena kitai: jie dalijasi maistinėmis medžiagomis, apsauga ir kartais specializuotomis funkcijomis (pavyzdžiui, koraluose ir kai kuriuose kolonijiniuose knidarianuose).
Trūkumai
Tačiau pagrindinis šio metodo trūkumas yra tas, kad jis sukuria palikuonis be genetinio kintamumo – klonus, nes visi jie yra genotipiškai identiški savo tėvams ir vienas kitam. Natūrali atranka negali „pasirinkti“ geriausiai prisitaikiusių individų (nes visi yra vienodai prisitaikę tam tikroje aplinkoje), o šie klonuoti individai gali nesugebėti išgyventi besikeičiančioje, priešiškoje aplinkoje, nes jiems trūksta genetinės informacijos, reikalingos prisitaikyti prie šio pokyčio.
Todėl ši rūšis gali išnykti, nebent atsirastų individas, turintis palankų genetinį derinį dėl savaiminių mutacijų. Nors mutacijos sukelia tam tikrą kintamumą net ir nelytinėse populiacijose, šis kintamumas yra mažesnis ir kaupiasi lėčiau nei lytiškai besidauginančiose populiacijose.
Kitas svarbus aspektas yra tai, kad nelytinis dauginimasis neleidžia pertvarkyti genų , kurie vyksta mejozės ir apvaisinimo metu – mechanizmo, kuris lytinio dauginimosi metu gali pašalinti nepalankius derinius ir skatinti naujus naudingus derinius.
Pumpurų pavyzdžiai
Kai kurių daugialąsčių gyvūnų, tokių kaip knidarianai, kempinės ir gaubtagyviai, ląstelių dalijimasis vyksta pumpuravimo būdu. Pumpurai atsiranda ant motininio organizmo kūno ir vėliau atsiskiria, sukurdami naujus organizmus, identiškus motininiam organizmui. Šis procesas, vadinamas pumpuravimu, yra analogiškas vegetatyviniam dauginimosi procesui augaluose.
Keletas žymių organizmų, kurie dauginasi pumpuruodami, pavyzdžių:
- Vandens kempinės. Jie suformuoja išorinius arba vidinius pumpurus (gemules), kurie leidžia jiems išgyventi nepalankiomis sąlygomis ir pasklisti naujose vietose vandens aplinkoje.
- Tam tikros rūšies mielių grybai. Juose motininės ląstelės paviršiuje susidaro maži pumpurai, jie auga ir galiausiai atsiskiria kaip nepriklausomos ląstelės.
- Kai kurios medūzų rūšys. Savo gyvavimo ciklo metu polipai gali pumpuruoti ir gaminti medūzas, taip sukurdami mobiliąją reprodukcinę fazę.
- Hidros. Šie gėlavandeniai knidarijai išaugina mažus iškilimus, kurie auga ir tampa savarankiškais naujais individais.
- Koralai. Pumpuruodamas polipas gali išauginti daug kitų, kurie lieka kartu ir sudaro kolonijas, kurios laikui bėgant gali išauginti koraliniai rifai.
Vienaląsčių organizmų, tokių kaip kai kurios bakterijos ir tam tikri protistai (pavyzdžiui, kai kurie dinoflagelatai), pumpuravimo pavyzdžiai taip pat stebimi, o tai rodo, kad šis mechanizmas atsirado nepriklausomai keliose evoliucinėse grupėse dėl jo veiksmingumo dubliuojant individus, kai aplinka yra palanki.
Pumpuravimas kartu su kitais nelytiniais mechanizmais yra labai efektyvi strategija greitam ir masiniam rūšies plitimui, nors ir sumažėjusio genetinio kintamumo kaina. Priešingai, lytinis dauginimasis, nors ir reikalaujantis daugiau energijos, suteikia genetinę įvairovę, būtiną populiacijoms prisitaikyti prie ilgalaikių aplinkos pokyčių. Išsamus abiejų dauginimosi tipų supratimas leidžia geriau suprasti natūralių populiacijų dinamiką, ekosistemų funkcionavimą ir, mikroorganizmų, tokių kaip mielės, atveju, net biomediciniškai ir biotechnologiškai svarbius procesus.