Pohlavné rozmnožovanie živočíchov

Rozmnožovanie patrí medzi základné životné prejavy všetkých organizmov a je kľúčové pre zachovanie druhu a prispieva k evolúcii. Tento proces zahŕňa rôzne etologické, fyziologické a morfogenetické deje a prebieha rôznymi spôsobmi, v závislosti od typu živočícha. Rozmnožovanie môže byť nepohlavné a pohlavné.

Typy rozmnožovania živočíchov

Rozmnožovanie živočíchov môžeme rozdeliť na dva základné typy:

• Nepohlavné (asexuálne, vegetatívne) - nový jedinec vzniká priamo z materského organizmu, buď jeho rozdelením, alebo zo somatických buniek. Pri tomto type sa nevytvárajú špecializované pohlavné bunky a potomkovia sú geneticky identickí s materským jedincom. Nepohlavné rozmnožovanie nie je výhodné z hľadiska vývoja druhu, pretože nevedie k zvýšeniu genetickej variability a obmedzuje schopnosť druhu adaptovať sa na meniace sa podmienky prostredia. Napriek tomu sa vyskytuje u mnohých organizmov, najmä tých s jednoduchou stavbou tela alebo v stabilných podmienkach.
• Pohlavné (sexuálne) - zahŕňa splynutie dvoch pohlavných buniek (gamét), ktoré vznikajú v špecializovaných rozmnožovacích orgánoch. Tento typ rozmnožovania primárne vznikol preto, aby organizmom umožnil tvoriť potomstvo s unikátnou genetickou výbavou, ktorá nikdy nie je úplne totožná s genetickou výbavou rodičov. Väčšina živočíchov sa rozmnožuje pohlavne.

Nepohlavné rozmnožovanie v krátkosti

U prvokov prebieha nepohlavné rozmnožovanie hlavne prostredníctvom mitotického delenia, pri ktorom sa delí jadro aj cytoplazma bunky. Najčastejšou formou je binárne delenie, kde sa materská bunka rozdelí na dve dcérske bunky (napr. bičíkovce, nálevníky). Okrem binárneho delenia existuje aj polytómia (viacnásobné delenie jadra) a pučanie, kde nový jedinec vzniká z výbežkov na materskej bunke (napr. kvasinky).

U mnohobunkových živočíchov s vysokou regeneračnou schopnosťou, akými sú napr. mechúrniky a ostnatokožce, sa stretávame s delením materského organizmu na dve alebo aj viac častí. U polypovcov sa tento proces nazýva fisipária, u hviezdoviek a hadovíc reprodukčná autotómia. Pučanie (gemipária) je ďalší spôsob, pri ktorom nový jedinec vyrastá z malej skupiny buniek na tele materského organizmu (napr. u nezmarov, kde nový nezmar vyrastie na dospelom ako púčik).

Pohlavné rozmnožovanie: Základné princípy a genetika

Pohlavné rozmnožovanie (iné názvy: pohlavné množenie, sexuálne rozmnožovanie/množenie, generatívne rozmnožovanie/množenie, sexuálna reprodukcia, generatívna reprodukcia, amfigónia) je proces, pri ktorom vzniká dcérsky organizmus, ktorý zvyčajne nesie kombináciu genetického materiálu dvoch rodičovských organizmov. Väčšinou tak vzniká organizmus s novou, unikátnou genetickou výbavou.

V širšom zmysle zahŕňa termín pohlavné rozmnožovanie každý typ rozmnožovania, pri ktorom sa nový jedinec vyvíja z gamét (teda nie zo somatických buniek), a to aj v prípadoch, že nedošlo k oplodneniu. V prípade najbežnejšieho typu pohlavného rozmnožovania, eugamie, je nevyhnutné splynutie dvoch špecializovaných buniek - gamét.

Pohlavné bunky (Gaméty)

Pohlavné rozmnožovanie zahŕňa tvorbu špecializovaných pohlavných buniek, nazývaných gaméty. Tieto gaméty sa tvoria v pohlavných žľazách (gonádach) a sú to:

• Samičia pohlavná bunka (makrogaméta, vajcová bunka, vajíčko) - spravidla väčšia, nepohyblivá bunka, ktorá sa tvorí vo vaječníkoch (ovariách). Vajíčka cicavcov sú malé, ale všeobecne obsahujú žĺtok, ktorý je zásobárňou živín pre vyvíjajúci sa zárodok. Vajcové bunky živočíchov sú oblé a nepohyblivé (výnimku tvoria napr. hubky) a vždy bez bičíka.
• Samčia pohlavná bunka (mikrogaméta, spermatická bunka, spermia) - spravidla menšia, pohyblivá bunka, ktorá sa tvorí v semenníkoch (testis). Spermia má hlavičku (s jadrom a genetickou informáciou), krček a bičík, ktorý je zdrojom pohybu.

Obe gaméty vznikajú redukčným meiotickým delením (meiózou) a sú haploidné, čo znamená, že majú polovičný počet chromozómov. Ich splynutím vzniká diploidná zygota, oplodnené vajíčko, ktoré je základom nového jedinca.

Genetické základy

Vlastnosti každého živého organizmu sú určené jeho deoxyribonukleovou kyselinou - DNA. Určité úseky DNA sa nazývajú gény. DNA v jadre eukaryotov je rozdelená do samostatných, rôzne dlhých úsekov, ktoré sú v spojení s bielkovinami formované do hmoty nazývanej chromatín. V čase delenia bunky sa chromatín mení na zreteľne odlíšiteľné útvary - chromozómy.

Keďže pri bežnom delení telových (somatických) buniek je väčšinou genetická výbava materských a dcérskych buniek rovnaká, pohlavné bunky vznikajú iným spôsobom - redukčným delením alebo meiózou. Meióza je zvláštnym typom delenia, pri ktorej namiesto dvoch dcérskych buniek vznikajú až štyri dcérske bunky, ale každá len s haploidným počtom chromozómov.

Splynutím dvoch haploidných gamét vzniká opäť úplný (diploidný) chromozómový súbor. Ak by sa spojili dve bunky s bežnou, diploidnou sadou chromozómov, vzniknutý jedinec by bol polyploidný (mal by až štyri súbory chromozómov), čo je všeobecne nežiaduce. Meióza teda zabezpečuje udržanie stáleho počtu chromozómov v rámci druhu cez generácie.

Oplodnenie

Oplodnenie (fertilizácia) je proces, pri ktorom dochádza k splynutiu gamét opačného pohlavného typu, konkrétne vajíčka a spermie. Tento proces vedie k vytvoreniu zygoty, čo je oplodnené vajíčko, ktoré sa ďalej mitoticky delí a stáva sa z neho embryo.

Spôsoby oplodnenia

U živočíchov rozlišujeme dva spôsoby oplodnenia:

• Vonkajšie oplodnenie - k splynutiu gamét dochádza mimo tela matky, vo vodnom prostredí. Je typické pre väčšinu vodných živočíchov, napríklad mnohé vodné bezstavovce, ryby a obojživelníky.
• Vnútorné oplodnenie - gaméty splývajú vo vnútorných pohlavných orgánoch matky. Je typické pre väčšinu suchozemských bezstavovcov, drsnokožce, plazy, vtáky a cicavce.

Pri vnútornom oplodnení majú samce často špecializované kopulačné orgány (napr. hemipenis u niektorých plazov, penis u cicavcov), ktorými prenášajú spermie do tela samice počas pohlavného aktu (kopulácia, koitus). Niektoré živočíchy, ktoré využívajú vnútorné oplodnenie, nemajú kopulačné orgány. Namiesto toho samce vytvárajú spermatofory, čo sú akési nosiče spermií, ktoré umiestňujú buď na telo samice, alebo na miesto, kde ich samica neskôr vyzdvihne (napr. niektoré druhy hmyzu, pavúkov alebo mlokov).

Stretnutie gamét

Jedným z problémov pohlavného rozmnožovania je dopraviť bunky dvoch pohlaví k sebe a dosiahnuť, aby sa spojili. Bunka rozozná bunku iného pohlavia na základe chemotaxie, no chemotaxia funguje len na malé vzdialenosti. Niektoré druhy len rozptýlia svoje pohlavné bunky do okolia a ich vzájomné stretnutie je ponechané čisto na náhode (napr. ostnatokožce). Nevýhodou tejto stratégie je nutnosť obrovskej nadprodukcie pohlavných buniek.

Väčšina druhov preto vyvinula ďalšie mechanizmy, ako zariadiť stretnutie pohlavných buniek, často s uplatnením rodičovských jedincov alebo špecifického správania.

Pohlavné rozdiely a znaky

Pohlavné znaky u živočíchov zohrávajú kľúčovú úlohu v ich reprodukčnom správaní a vo výraznom odlišovaní samcov od samíc, čím prispievajú k vzniku pohlavnej dvojtvarosti (sexuálny dimorfizmus).

Primárne a sekundárne pohlavné znaky

Pohlavné znaky u živočíchov sa delia na dve skupiny:

• Primárne pohlavné znaky - sú priamo spojené s rozmnožovacím systémom. Patria sem pohlavné žľazy (vaječníky, semenníky), vývody týchto žliaz a prídavné žľazy.
• Sekundárne pohlavné znaky - zahŕňajú rôzne morfologické, anatomické a behaviorálne charakteristiky, ktoré prispievajú k rozmnožovaciemu úspechu, ale nie sú priamo spojené s oplodnením. Medzi sekundárne znaky patrí napr. veľkosť a sfarbenie tela, hriva, parožie, ozdobné perie samcov vtákov, pachové žľazy. Tieto znaky môžu byť trvalé alebo dočasné, objavujúce sa len počas obdobia rozmnožovania (napr. svadobné tance, sezónne zmeny sfarbenia). Ich vývin je u stavovcov ovplyvňovaný hlavne steroidnými hormónmi, zatiaľ čo u hmyzu sú tieto znaky väčšinou determinované priamo geneticky.

Rozmnožovacie stratégie a vývin jedinca

Hermafroditizmus a Gonochorizmus

Pohlavie je vlastnosť zabraňujúca spojiť sa gaméte s gamétou, ktorá má rovnakú túto vlastnosť. Väčšinou je pohlavie dané geneticky, no k jeho vývoju či dokonca zmene môže dôjsť až v priebehu života.

• Gonochorizmus (rôznopohlavnosť) - pre väčšinu živočíšnych druhov platí, že sú oddeleného pohlavia, delia sa na samcov a samičky (majú buď len samčie alebo len samičie pohlavné orgány).
• Hermafroditizmus (obojpohlavnosť) - jedinec je schopný tvoriť samčie aj samičie pohlavné bunky. Hermafroditizmus môže prebiehať dvoma spôsobmi:
  • Postupný hermafroditizmus znamená, že jedinec je najprv samcom a neskôr sa stáva samicou, alebo naopak (napr. niektoré morské slimáky, ryby klauni).
  • Súčasný hermafroditizmus znamená, že vajíčka a spermie sa tvoria naraz, pričom existujú genetické mechanizmy, ktoré zabraňujú samooplodneniu (napr. ploskulice, dážďovky, slimák záhradný, niektoré mechúrniky).
  Hermafroditizmus predstavuje ekologickú adaptáciu, ktorá sa vyskytuje v prípadoch, keď je populácia riedka alebo keď živočíchy majú obmedzenú pohyblivosť či parazitický spôsob života.

Partenogenéza a Neoténia

• Partenogenéza je osobitný spôsob rozmnožovania, pri ktorom nový jedinec vzniká z neoplodneného vajíčka. Tento typ rozmnožovania sa vyskytuje u vírnikov, kôrovcov, niektorých druhov hmyzu (napr. vošky) a rýb. Partenogenéza umožňuje živočíchom rýchlo vytvárať potomstvo bez potreby oplodnenia.
• Neoténia je jav, pri ktorom živočích dosiahne pohlavnú zrelosť už v larválnom štádiu, teda ešte pred tým, než sa úplne vyvinie do dospelého jedinca. Larva sa tak môže rozmnožovať, aj keď ešte neprešla všetkými štádiami vývinu (napr. u niektorých obojživelníkov, ako je axolotl).

Individuálny vývin (Ontogenéza)

Individuálny vývin u živočíchov sa nazýva ontogenéza, ktorá zahŕňa celý životný cyklus jedinca od oplodnenia vajíčka až po smrť. Tento vývin môže zahŕňať:

• Priamy vývin - jedinec sa hneď po vyliahnutí alebo narodení podobá na dospelého jedinca a má aj všetky orgánové sústavy ako dospelec.
• Nepriamy vývin - z vajíčka vzniká tvarovo aj funkčne odlišný jedinec spravidla neschopný pohlavného rozmnožovania - larva. Dospelý jedinec vzniká premenou larvy (metamorfóza). Larválnych štádií môže byť aj viac.

Rozmnožovacie stratégie - pôrod a vývin mláďat

Pri rozmnožovaní živočíchov existujú rôzne stratégie, ako sa mláďatá vyvíjajú a prichádzajú na svet:

• Vajcorodosť (oviparia) - samice kladú vajíčka, ktoré sa vyvíjajú mimo tela matky (väčšina vtákov, plazov, rýb a hmyzu). Vajíčko sa vyvíja mimo tela matky, pričom žĺtok poskytuje bohaté zásoby živín.
• Živorodosť (viviparia) - mláďatá sa vyvíjajú priamo v tele matky a sú narodené živé. Matka poskytuje mláďatám živiny počas ich vývinu (väčšina cicavcov, niektoré druhy hadov a jašteríc, žraloky).
• Vajcoživorodosť (ovoviviparia) - je medzistupeň medzi vivipariou a ovipariou, pri ktorom sa vajíčka vyvíjajú a liahnu vo vnútri tela matky, ale mláďatá dostávajú výživu iba z vajíčka, nie priamo od matky.

Špecifické príklady rozmnožovacích stratégií

Príroda je plná neuveriteľných a niekedy až šokujúcich spôsobov rozmnožovania:

• Krokodíly a korytnačky: Niektoré druhy plazov kladú vajíčka do piesku, ktorý má správnu vlhkosť. Samička krokodíla nílskeho stráži hniezdo.
• Žaby: Žaba pípa americká chráni mláďatá nosením v jamkách na chrbte. Žaba tlamorodka zázračná prehltne 15 až 20 vajec a počas celého vývinu neje; mláďatá sa vyvinú v jej žalúdku a potom vyjdú von ústami.
• Morské čerty: Samec sa zahryzne do samice a postupne s ňou zrastie, stávajúc sa trvalým "doplnkom", ktorý dodáva spermie.
• Ploštice: Samec prepichne telo samice a spermie vstrekne priamo do jej dutiny.
• Morské koníky: Samica odovzdá vajíčka samcovi do špeciálneho brušného vaku, kde ich samec oplodní a nosí, kým sa nevyliahnu.
• Morské slimáky: Niektoré sú hermafrodity a pri párení si navzájom odovzdávajú spermie. Po akte niektoré druhy penis jednoducho odhodia a dorastie im nový.
• Hroch obojživelný: Na prilákanie samičky rozmetáva exkrementy chvostom.
• Dikobraz: Samec pokropí samicu močom, aby ju zaujal.
• Chobotnice: Po párení samec často poslúži samičke ako zdroj energie a je ňou skonzumovaný.
• Dažďovník obyčajný: Párenie prebieha za letu.
• Užovky a Jašterice: Môžu meniť pohlavie po hibernácii alebo v závislosti od teploty prostredia.

Párenie pavúkov ako príklad

Pre úspešné párenie pavúkov je kľúčové oboznámiť sa so základnými aspektmi. Samica je najlepšie páriť 1 - 6 mesiacov po zvleku, keď je pohlavne dospelá. Dospelosť samca sa dá určiť podľa prítomnosti bulbusov na konci makadiel. Niektoré rody disponujú aj tibiálnymi hákmi, ktoré slúžia na zachytenie chelicer samice počas párenia.

Proces párenia: Samec si najprv vytvorí spermatickú sieť, do ktorej prečerpá sperma z makadiel. Následne sa snaží k samici priblížiť a „predstaviť“ sa jej pomocou vibrácií (bubnovanie) a seizmických pohybov. Samica môže jeho záujem opätovať alebo ho odohnať. Pri párení samec vnikne embolusom do pohlavného otvoru samice a vypustí sperma.

Podmienky na párenie: Vhodný čas je večer, pri teplote okolo 26 - 28 °C a mierne zvýšenej vlhkosti. Dôležité je samicu pred párením nakŕmiť, aby si ako zdroj živín nevybrala samca. Po párení samica vytvorí kokón v rozpätí 6 týždňov - 9 mesiacov. Počet vajíčok závisí od druhu a veku samice.

Vplyv prostredia na rozmnožovanie

Príroda sa riadi presnými pravidlami. Niektoré náhle zmeny (napr. teplota) môžu spôsobiť nezvratné zmeny v organizme a schopnosti reprodukcie. Niektoré druhy sú špecificky viazané na svoj biotop a jeho porušenie či náhla zmena taktiež poškodzuje prípadnú plodnosť samíc alebo kvalitu samcov vhodných na párenie. Vo voľnej prírode existujú mechanizmy, ktoré minimalizujú kríženie, napr. prezygotický izolačný mechanizmus, ak rôzne populácie obývajú spoločný biotop.

Vyššie živočíchy sa pohlavne rozmnožujú len za priaznivých vonkajších podmienok (v podmienkach ekologického optima). Jednobunkové organizmy, ako sú baktérie, sa naopak za priaznivých podmienok rozmnožujú nepohlavne a pri zhoršených podmienkach prechádzajú na pohlavný cyklus. Náhodným krížením sa snažia nájsť vhodnú kombináciu génov, ktorá by im nepriaznivé podmienky umožnila prekonať.

Výhody a nevýhody pohlavného rozmnožovania

Výhody

Hlavnou výhodou pohlavného rozmnožovania je rôznorodosť vzniknutého potomstva, ktorá je dôležitá z dvoch dôvodov:

• Umožňuje jedincom rovnakého druhu rozdiferencovať svoje životné nároky v rôznorodom prostredí, takže si teoreticky nemusia toľko konkurovať a môžu obsadiť širšiu ekologickú niku.
• Spôsobuje, že jednotliví jedinci populácie reagujú na rovnaké faktory prostredia odlišne. Je napríklad len minimálna pravdepodobnosť, že by sa našiel patogén, voči ktorému bude špecificky citlivá celá populácia, na rozdiel od populácie klonov.

Ďalšou výhodou je diploidný stav genómu. Každý gén totiž skôr či neskôr postihne mutácia, ale ak je v dispozícii jeho druhá funkčná kópia, jedinca to neohrozí.

Nevýhody

Nevýhodou pohlavného rozmnožovania je jeho relatívna pomalosť v porovnaní s nepohlavným. Jedince sa môžu pohlavne rozmnožovať až po dosiahnutí pohlavnej dospelosti, ktorá nastane až za nejakú dobu od ich počatia. Pohlavné rozmnožovanie často tiež vyprodukuje menší počet jedincov v porovnaní s nepohlavným. Ďalšími nevýhodami sú zrieďovanie vlastného genetického materiálu (v prípade, že bol osvedčený ako dobrý) a nutnosť zložitejšieho aparátu ako v prípade nepohlavného množenia, ktorý nezriedka robí jedince zraniteľnejšími (vrátane sexuálneho správania).

tags: #pohlavne #rozmnozovanie #zivocichov #e #ucebninca