Reprodukcija

S Vikipedije, slobodne enciklopedije
Produkcija novih jedinki duž oboda lista biljke čudnolist (Kalanchoe pinnata). Male biljke su visoke oko 1 cm. Pri upotrebi koncepta „individua“ je potreban poseban oprez, kada je reč o bespolnim procesima razmnožavanja

Reprodukcija ili razmnožavanje (prokreacija, propagacija) biološki je proces u kojem roditeljske jedinke stvaraju slično ili identično potomstvo.[1][2] Razmnožavanje je fundamentalno svojstvo sistema koji su poznati kao život. Ukratko, razmnožavanje je jedna od temeljnih diferencijalnih odrednica između žive i nežive supstance. Iako neki kristali takođe imaju sposobnost umnožavanja, za razliku od njih, živa bića ostvaruju samoobnovljivo i samoregulatorno autonomno potomstvo. Tako ostvaruju međugeneracijski genetički kontinuitet pripadajuće vrste. Svaki pojedinačni organizam postoji kao rezultat razmnožavanja. Postoje dva oblika reprodukcije:[3]

  • Seksualna reprodukcija (generativno razmnožavanje) je biološki proces u kome organizmi stvaraju potomke slične sebi jer nezavisnom raspodelom homologih hromozoma u mejozi novi organizam dobija neke osobine od muškog a neke od ženskog roditelja.
  • Aseksualna reprodukcija (vegetativno razmnožavanje) je biološki proces u kome organizam stvara mitotičkim deobama genetički identičnu kopiju (klon) bez kombinacije genetičkog materijala sa drugim organizmom.

Neke životinje, poput ljudi (seksualno zreli nakon adolescencije), imaju malo potomaka. Druge životinje se reprodukuju brzo, ali mnogi potomci ne prežive do odraslih doba. Zec (zreo posle 8 meseci) ima 10-30 potomaka godišnje, nilski krokodil (15 godina) ima 50, i neke vrste muva (10-14 dana) imaju 900. Obe strategije mogu biti povlašćene u evoluciji: životinje sa malo potomaka mogu provesti vreme u njihovom odgajanju i čuvanju i na taj način smanjiti potrebu za masovnom reprodukcijom. S druge strane, životinje sa mnogo potomaka nemaju potrebu da odgajaju i čuvaju potomke.

Ove dve strategije poznate su kao K-selekcija (malo potomaka) i r-selekcija (mnogo potomaka). Koju strategiju vrste preferiraju zavisi od raznih okolnosti.

Polna reprodukcija obično zahteva seksualnu interakciju dva organizama ili njihovih gameta.

U aseksualnoj reprodukciji, svaki organizam se može razmnožiti i bez učešća drugog organizma. Ovakva reprodukcija nije ograničena samo na jednoćelijskih organizme. Kloniranju organizma je oblik bespolne reprodukcije. Bespolnom reprodukcijom organizam stvara svoje genetički slične ili identične kopije. Polna reprodukcija je obično praćena polnom interakcijom dva organizama ili gameta iste vrste, po jedan od svakog pola, a za proizvodnju potomačkih organizama čije su genetičke karakteristike izvedene od svojstava oba roditelja.

Vrste razmnožavanja[uredi | uredi izvor]

Ilustracija dvostrukog troška polne reprodukcije. Ako bi svaki organizam doprineo istom broju potomaka (dva), (a) populacija ostaje iste veličine u svakoj generaciji, dok se (b) veličina aseksualne populacije duplira u svakoj generaciji.

U životinjskom svetu postoji dva načina razmnožavanja: bespolno i polno. Potomci nasleđuju roditeljske crte putem gena.

Bespolno razmnožavanje se odvija bez razmene naslednog materijala, pri čemu su novonastale jedinke genotipski (po nasleđu) i fenotipski (po spoljašnjem izgledu) identične. Jedinke koje su nastale bespolnim razmnožavanjem imaju samo jednog roditelja. Bespolno razmnožavanje se može odvijati deobom, regeneracijom ili pupljenjem.

Polno razmnožavanje obuhvata produkciju polnih ćelija (gameta) pri čemu dolazi do razmene naslednog materijala. Za ovakvo razmnožavanje je potrebno dva roditelja različitih polova, a novonastale jedinke predstavljaju hibride oboje, odnosno poseduju pomešane roditeljske karakteristike. Nakon oplođenja formira se zigot koji prolazi kroz faze embrionalnog razvića do izleganja ili rađanja. Kod polnog razmnožavanja novonastale jedinke dobijaju po pola DNK, ili po pola gena, od svakog roditelja. Muški roditelj obezbeđuje polovinu gena, sadržanih u spermatozoidu i njegova uloga je da oplodi jajnu ćeliju. Majka, pored toga što sadrži drugu polovinu DNK, za novu individuu mora da obezbedi zalihe hrane i zaštitu.

U familijama socijalnih insekata dolazi do razvića novog organizma iz neoplođene jajne ćelijepartenogeneza. To je razmnožavanje gde životinje dobijaju sve gene od majke i sve su zato istog pola, uvek ženskog.

Organizmi koji se reprodukuju putem aseksualne reprodukcije imaju tendenciju eksponencijalnog rasta. Međutim, pošto se oni oslanjaju na mutacije kao izvor varijacija u njihovom DNK, svi članovi vrste imaju slične slabe strane. Organizmi koji se reprodukuju na polan način imaju manji broj potomaka, ali ih mnoštvo varijacija u njihovim genima čini manje podložnim bolestima.

Mnogi organizmi se mogu reprodukovati polno kao i bespolno. Listne vaši, sluzave plesni, morska sase, neke vrste morskih zvezda (putem fragmentacije), i mnoge biljke su primeri. Kad su faktori životne sredine pogodni, aseksualna reprodukcija se primenjuje radi iskorištavanja povoljnih uslova za opstanak, kao što su izobilje hrane, adekvatna skloništa, povoljna klima, odsustvo bolesti, optimalan pH ili odgovarajuća mešavina drugih životnih zahteva. Populacije ovih organizama se eksponencijalno povećavaju preko aseksualnih reproduktivnih strategija radi potpunog iskorištavanja bogatih resursa.

Kada se iscrpe izvori hrane, klima postane nepovoljna, ili je individualni opstanak ugrožen nekim drugim nepovoljnim promenama u životnim uslovima, ovi organizmi prelaze na seksualne oblike reprodukcije. Seksualna reprodukcija obezbeđuje mešanje genskog fonda vrste. Varijacije prisutne u potomstvu polnog razmnožavanja omogućavaju nekim pojedincima da se bolje prilagode za opstanak i da obezbede mehanizam za selektivno prilagođavanje. Mejozna faza seksualnog ciklusa takođe omogućava posebno efikasnu popravku DNK oštećenja (videti mejoza i Bernstein et al.).[4] Pored toga, seksualna reprodukcija obično dovodi do stvaranja životne faze koja je u stanju da podnese uslove koji ugrožavaju potomstvo jednog aseksualnog roditelja. Tako, seme, spore, jaja, lutaka, ciste ili druge prezimljujuće faze seksualne reprodukcije obezbeđuju opstanak u nepovoljnim vremenima i organizam može da sačekaka prolazak nepovoljne situacije, dok ne dođe do povratka na održivo stanje.

Bespolno razmnožavanje[uredi | uredi izvor]

Aseksualna reprodukcija je proces u kojem organizmi stvaraju genetički slične ili identične sopstvene kopije, bez doprinosa genetičkog materijala nekog drugog organizma. Bakterije se bespolno dele preko binarne fisije; virusi preuzmu kontrolu nad ćelijom domaćina da bi proizveli više virusa; hidra i kvasac su u mogućnosti da se razmnožavaju pupljenjem. Ovi organizmi često ne poseduju različite polove, a sposobni su za „cepanje“ u dva ili više sopstvena primeraka. Većina biljaka imaju sposobnost za bespolnu reprodukciju, kao i mrav vrste Mycocepurus smithii. Smatra se da se u potpunosti i redovno razmnožavaju aseksualnim putem.

Neke vrste koje se reprodukuju bespolno, kao što su hidra i kvasac mogu to da čine i polno. Na primer, većina biljaka je sposobna za vegetativno razmnožavanje – reprodukciju bez semena ili spora, ali se mogu reprodukovati i seksualno. Isto tako, bakterije mogu razmenjivati genetičke informacije, tj. rekombinovati genetički materijal, putem povremenog konjugiranja.

Drugi načini aseksualna reprodukcije uključuju partenogenezu, fragmentaciju i formiranje spora, koji uključuju samo mitozu. Partenogeneza je rast i razvoj embriona ili semena bez oplodnje jajeta spermatozoidom. Prirodno se javlja u nekim vrstama, uključujući i niže biljke (gde se naziva apomiksija), beskičmenjaka (npr. dafnija uši, nekih pčela i parazitskih osa) i kičmenjaka (npr. neki reptili[5] ribe, uključujući i ajkule,[6] a vrlo retko i ptica).[traži se izvor] Ponekad se takođe koristi za opisivanje reprodukcije kod hermafroditnih vrsta, koje se mogu samostalno oploditi.

Polno razmnožavanje[uredi | uredi izvor]

Osolike muve se pare u (vazduhu), u letu.

Polno razmnožavanje je biološki proces koji stvara nove organizme rekombinovanjem genetičkog materijala dva organizama u procesu koji počinje mejozom, specijalizovane ćelijske deobe za proizvodnju haploidnih gameta od diploidnih somatskih ćelija. Tako spajanjem gameta u zigot, svaki od dva roditeljska organizama doprinosi polovini genetičke konstitucije potomaka. Većina organizama formiraju dve različite vrste gameta.

  • Kod anisogamnih vrsta (nejednakih gameta), dva pola se nazivaju muški (proizvodi spermu ili mikrospore) i ženski (proizvodi jaja ili megaspore).
  • Kod izogamnih vrsta gameti su slični ili identični po obliku (izogameti), ali mogu imati i različita svojstva, a onda se označavaju različitim imenima. Na primjer, kod zelene alge, Chlamydomonas reinhardtii, postoje "plus" i "minus" gameti. Nekoliko vrsta organizama, kao što su cilijate (npr. Paramecium aurelia), imaju više od dve vrste "polova", pod nazivom singeni.

Većina životinja (uključujući i ljude) i biljke razmnožavaju se polno. Prilikom polne reprodukcije roditeljski organizmi donose potomcima različite skupove gena za svaku osobinu (alele, na osnovu kojih se stvara genotip, koji se, u interakciji sa spoljašnjim faktorima, ispoljava kao fenotip. Potomci nasleđuju po jedan alel za svaku osobinu od svakog roditelja, čime se osigurava da potomstvo ima kombinaciju gena roditelja. Biološki smisao diploidnog stanja omogućuje postojanje po dve kopije svakog gena u organizmu, pa se smatra da „maskiranje štetnih alela pogoduje evoluciji dominantne diploidne faze u organizama koji su naizmenično u haploidnoj i diploidnoj fazi“ (gde se rekombinacije slobodno javljaju).

Mahovine (Bryophyte) se razmnožavaju polno, ali se obično javljaju životne forme koje su sve haploidne, od kojih nastaju gameti. Zigoti od polnih ćelija se razvijaju i sporangije, koje proizvode haploidne spore. Diploidna faza je relativno kratka u odnosu na haploidnu, odnosno postoji dominacija haploida. Briofitimi i dalje održavaju seksualnu reprodukciju tokom svoje evolucije, uprkos činjenici da u haploidnoj fazi uopšte nema heterozisa. To može biti primer da seksualna reprodukcija ima veću prednost sama po sebi, jer omogućava rekombinaciju gena između više lokusa) među različitim članovima vrsta, koji omogućava bolju adaptivnu vrednost, što daje prednost u uslovima prirodnog odabiranja, uz mogućnost pojave novih hibrida ili rekombinanata i u haploidnoj formi. Postoje mnogi oblici dinamike reprodukcije i dostizanja polne zrelosti.

Neke životinje, poput ljudi (seksualno zreli nakon adolescencije), imaju malo potomaka. Druge životinje se reproduciraju brzo, ali mnogi potomci ne prežive do odraslih doba. Zec (zreo nakon 8 mjeseci) ima 10-30 potomaka godišnje, Nilski krokodil (15 godina) ima 50, i neke vrste muva (10-14 dana) imaju 900. Obe strategije mogu biti povlaštene u procesu evolucije: životinje sa malo potomaka moraju da provedu vreme odgajanju i čuvanju i tako smanjuju potrebu za reprodukcijom velikih razmera. S druge strane, životinje sa mnogo potomaka ne odgajaju i ne čuvaju svoje potomstvo. Procenjuje se da bi od jednog para sićušnih vinskih mušica, ako bi preživelo njihovo potomstvo svih generacija, populacija mušica dostigla takvu veličinu da bi prekrila celokupnu površinu planete Zemlje.

Alogamija[uredi | uredi izvor]

Alogamija je fertilizacija kombinacije gameta od dva roditelja, generalno ovuma jedne individue sa spermatozoidom druge. (Kod izogamnih vrsta, dva gameta dva gameta se ne definišu kao bilo sperma ili ovum.)

Autogamija[uredi | uredi izvor]

Samooplođenje, isto tako poznato kao autogamija, se javlja kod hermafroditskih organizama gde dva gameta koja se spajaju pri fertilizaciji potiču od iste individue, npr., mnoge vaskularne biljke, neke foraminifere, kao i neki trepljari. Termin „autogamija“ se ponekad supstituiše sa autogamnom polinacijom (koja ne mora nužno dovesti do uspešne fertilizacije) i opisuje samopolinaciju unutar jednog cveta, što se razlikuje od geitonogamne polinacije, transfera polena na različite svetove na istoj cvetajućoj biljci,[7] ili unutar jedne jednodomne golosemenične biljke.

Mitoza i mejoza[uredi | uredi izvor]

Mitoza i mejoza su tipovi ćelijske deobe. Mitoza se javlja kod somatičnih ćelija, dok se mejoza javlja kod gameta.

Mitoza

Rezultantni broj ćelija u mitozi dvostruko je veći od broja originalnih ćelija. Broj hromozoma u potomačkim ćelijama je isti kao i kod roditeljske ćelije.

Mejoza

Rezultantni broj ćelija je četvorostruki broj početnih ćelija. Ovim procesom se formiraju ćelije sa polovinom broja hromozoma prisutnih u roditeljskim ćelijama. Diploidne ćelije dupliraju sebe, zatim prolaze kroz dve podele (tetraploid do diploida i do haploida), u procesu formiranja četiri haploidne ćelije. Ovaj proces se javlja u dve faze, mezoza I i mejoza II.

Isti pol[uredi | uredi izvor]

Tokom zadnjih decenija, biolozi razvića su istraživali i razvili tehnike koje omogućavaju reprodukciju istog pola.[8] Očevidni pristupi, koji su predmet sve veće aktivnosti, su ženski spermatozoidi i muške jajne ćelije, pri čemu su ženski spermatozoidi bliži praktičnoj primeni kod ljudi, imajući u vidu da su japanski naučnici već kreirali ženske spermatozoide kod kokoški. „Međutim, odnos proizvedenih spermatozoida koji sadrže W hromozom je pao znatno ispod očekivanja. Stoga je izveden zaključak da se većina W-nosećih PGC ne može diferencirati u spermatozoide usled ograničene spermatogeneze.“[9] Godine 2004. je putem promene funkcije nekoliko gena koji učestvuju u obeležavanju, druga grupa japanskih naučnika uspešno kombinovala dva mišja jaja i proizvela ćerke miševa.[10]

Strategije[uredi | uredi izvor]

Postoji široko opseg reproduktivnih strategija koje koriste različite vrste. Neke životinje, kao što su ljudi i blune, ne dosežu polnu zrelost tokom mnogo godina nakon rođenja, a čak i tada proizvode malobrojno potomstvo. Druge vrste se brzo reprodukuju; ali pod normalnim okolnostima veoma mali broj potomaka preživi do odraslog doba. Na primer, kunić (zreo posle 8 meseci) može da proizvede 10–30 potomaka godišnje, a [[Drosophila melanogster |voćna mušica] (zrela nakon 10–14 dana) može da proizvede 900 potomaka godišnje. Koja od ove dve strategije je evoluciono preferentna zavisi od mnoštva činilaca. Životinje sa malim potomstvom mogu da posvete više resursa negovanju i zaštiti svakog pojedinačnog potomka, čime se smanjuje potreba za mnoštvom potomaka. S druge strane, životinje sa mnogobrojnim potomcima mogu da posvete manje resursa svakom pojedinačnom potomku. Za ove tipove životinja uobičajeno je da mnogi potomci umiru ubrzo nakon rođenja, ali dovoljno njih obično preživi da se održi populacija. Neki organizmi, kao što su medonosne pčele i voćne mušice, zadržavaju spermu u procesu koji se zove spermatozoidno skladištenje, čime se povećava trajanje njihove plodnosti.

Drugi tipovi[uredi | uredi izvor]

  • Policiklusne životinje se reprodukuju na mahove tokom celog svog života.
  • Semelparni organizmi se reprodukuju samo jednom tokom svog životnog veka, kao što je to slučaj kod jednogodišnjih biljki (uključujući sve žitarične useve), i pojedine vrste salmona, pauka, bambuom i vekovnom biljkom. One često umiru ubrzo nakon reprodukcije. Ovi je često vezano za r-strategije.
  • Iteroparni organizmi proizvode potomstvo u sukcesivnim (npr. godišnjim ili sezonskim) ciklusima, kao što su višegodišnja biljke. Iteroparne životinje opstaju tokom višestrukih sezona (ili periodičnih promena uslova). Ovo se prevashodno vezuje za K-strategije.

Život bez reprodukcije[uredi | uredi izvor]

Postojanje života bez reprodukcije je predmet nekih spekulacija. Biološka studija načina na koji su pri nastanku života proizvedeni reprodukujući organizmi iz nereprodukujućih elemenata se naziva abiogeneza. Bez obzira da li je bilo nekoliko nezavisnih abiogenetskih događaja, biolozi veruju da je poslednji univerzalni predak za sav sadašnji život na Zemlji živeo oko pre 3,5 milijardi godina.

Naučnici su spekulisali o mogućnosti stvaranja života nereproduktivno u laboratoriji. Nekoliko naučnika je uspešno proizvelo jednostavne viruse od potpuno neživog materijala.[11] Međutim, virusi se obično smatraju neživim, da su oni ništa više od malo RNK ili DNK u proteinskoj kapsuli. Oni nemaju metabolizam i jedino mogu da se replikuju uz pomoć otete ćelijske metaboličke mašinerije.

Proizvodnja istinski živog organizma (npr. jednostavne bakterije) bez predaka bi bio mnogo složeniji zadatak, ali možda je moguć u izvesnoj meri na bazi sadašnjeg biološkog znanja. A sintetički genom je bio premešten u postojeću bakteriju gde je zamenio prirodnu DNK, što je dovelo do veštačke proizvodnje novog M. mycoides organizma.[12]

Postoje neke debate u naučnoj zajednici o tome da li se ova ćelija može smatrati potpuno sintetičkom[13] imajući u vidu da je hemijski sintetisani genom bio skoro identična kopija genoma koji se javlja u prirodi, i da je primalačka ćelija bila bakterija koja se javlja u prirodi. Institut Krega Ventera koristi termin „sintetička bakterijska ćelija“ mada oni isto tako razjašnjavaju „... mi ne smatramo ovo „stvaranjem života od nule“ već smo mi kreirali novi život počevši od već postojećeg života koristeći sintetičku DNK“.[14] Venter planira da patentira svoje eksperimentalne ćelije, navodeći da su one „prilično jasno ljudski izumi“.[13] Njihovi kreatori sugerišu da bi formiranje sintetičkog života omogućilo istraživačima da steknu nova znanja o životu putem njegove izgradnje, umesto samo njegovog rastavljanja na delove. Oni takođe predlažu rastezanje granice između života i mašina dok se dva termina ne preklope nastankom „istinski programibilnih organizama“.[15] Istraživači koji učestvuju u ovom radu navode da će stvaranje „istinski sintetičkog biohemijske života“ postati moguće u relativno bliskoj budućnosti.[16]

Reference[uredi | uredi izvor]

  1. ^ „Allogamy, cross-fertilization, cross-pollination, hybridization”. GardenWeb Glossary of Botanical Terms (2.1 izd.). 2002. 
  2. ^ „Allogamy”. Stedman's Online Medical Dictionary (27 izd.). 2004. 
  3. ^ Sofradžija A., Šoljan D., Hadžiselimović R. : Biologija 1, Svjetlost, Sarajevo. 1996. ISBN 978-9958-10-686-6.
  4. ^ Bernstein H., Bernstein C. and Michod R.E. . Meiosis as an Evolutionary Adaptation for DNA Repair. Chapter 19: 357-382 in DNA Repair, Inna Kruman (Ed.), InTech (publisher). 2011. ISBN 978-953-307-697-3. Available online from intechopen.com
  5. ^ Halliday, T. R.; Kraig A., ur. (1986). Reptiles & Amphibians. Torstar Books. ISBN 978-0-920269-81-7. 
  6. ^ Female Sharks Can Reproduce Alone, Researchers Find, Washington Post, Wednesday, May 23, 2007; Page A02
  7. ^ Eckert, C. G. (2000). „Contributions of autogamy and geitonogamy to self-fertilization in a mass-flowering, clonal plant”. Ecology. 81 (2): 532—542. doi:10.1890/0012-9658(2000)081[0532:coaagt]2.0.co;2. 
  8. ^ „Timeline of same-sex procreation scientific developments”. samesexprocreation.com. 
  9. ^ „Differentiation of female chicken primordial germ cells into spermatozoa in male gonads”. 39 (3). 1997: 267—71. PMID 9227893. doi:10.1046/j.1440-169X.1997.t01-2-00002.x. 
  10. ^ „Japanese scientists produce mice without using sperm”. Washington Post. Sarasota Herald-Tribune. 22. 4. 2004. 
  11. ^ Chemical synthesis of poliovirus cDNA: generation of infectious virus in the absence of natural template
    Scientists Create Artificial Virus Arhivirano na sajtu Wayback Machine (31. октобар 2005)
  12. ^ Gibson, D.; Glass, J.; Lartigue, C.; Noskov, V.; Chuang, R.; Algire, M.; Benders, G.; Montague, M.; Ma, L.; Moodie, M. M.; Merryman, C.; Vashee, S.; Krishnakumar, R.; Assad-Garcia, N.; Andrews-Pfannkoch, C.; Denisova, E. A.; Young, L.; Qi, Z. -Q.; Segall-Shapiro, T. H.; Calvey, C. H.; Parmar, P. P.; Hutchison Ca, C. A.; Smith, H. O.; Venter, J. C. (2010). „Creation of a Bacterial Cell Controlled by a Chemically Synthesized Genome”. Science. 329 (5987): 52—56. Bibcode:2010Sci...329...52G. PMID 20488990. doi:10.1126/science.1190719. 
  13. ^ а б Hotz, Robert Lee (21. 5. 2010). „Scientists Create First Synthetic Cell”. The Wall Street Journal. Приступљено 13. 4. 2012. 
  14. ^ Institute, Craig Venter. „FAQ”. Архивирано из оригинала 28. 12. 2010. г. Приступљено 24. 4. 2011. 
  15. ^ Gibbs, W. Wayte (2004). „Synthetic Life”. Scientific American. Архивирано из оригинала 13. 10. 2012. г. Приступљено 06. 08. 2017. 
  16. ^ „NOVA: Artificial life”. Приступљено 19. 1. 2007. 

Литература[uredi | uredi izvor]

  • Judson, Olivia Dr Tatiana's Sex Advice to All Creation|Dr.Tatiana's Sex Advice to All Creation: Definitive Guide to the Evolutionary Biology of Sex.. 2003. ISBN 978-0-09-928375-1.
  • The Evolution of Sex: An Examination of Current Ideas Richard E. Michod and Bruce E. Levin, editors Sinauer Associates Inc., Publishers, Sunderland, Massachusetts. 1987. ISBN 978-0-87893-459-1.. ISBN 978-0-87893-459-1.
  • Michod, R.E (1994). Eros and Evolution: A natural philosophy of sex. Reading, Massachusetts: Addison-Wesley Publishing Company. ISBN 978-0-201-44232-8. 
  • Tobler, M. & Schlupp, I. (2005) Parasites in sexual and asexual mollies (Poecilia, Poeciliidae, Teleostei): a case for the Red Queen? Biol. Lett. 1 (2): 166-168.
  • Zimmer, Carl. Parasite Rex: Inside the Bizarre World of Nature's Most Dangerous Creatures, New York: Touchstone, 2001.
  • „Allogamy, cross-fertilization, cross-pollination, hybridization”. GardenWeb Glossary of Botanical Terms (2.1 izd.). 2002. 
  • „Allogamy”. Stedman's Online Medical Dictionary (27 izd.). 2004. 

Spoljašnje veze[uredi | uredi izvor]