Rozmnožovanie a vývin živočíchov

Rozmnožovanie patrí medzi základné životné prejavy všetkých organizmov. Je to súbor etologických, fyziologických a morfogenetických dejov, ktoré vedú k vzniku novej generácie. Rozmnožovanie môže byť nepohlavné a pohlavné. Rozmnožovanie je jednou zo základných funkcií všetkých živočíchov, ktorá zabezpečuje pokračovanie rodu a prispieva k evolúcii druhu. Tento proces zahŕňa rôzne etologické, fyziologické a morfogenetické deje a prebieha rôznymi spôsobmi, v závislosti od typu živočícha.

Nepohlavné rozmnožovanie (Asexuálna reprodukcia)

Nepohlavné rozmnožovanie znamená, že sa nevytvárajú špecializované pohlavné bunky. Nový jedinec vzniká priamo z materského organizmu, buď jeho rozdelením, alebo zo somatických buniek. Pri nepohlavnom rozmnožovaní nedochádza k vzniku špecializovaných pohlavných buniek, ale nový jedinec vzniká z materského organizmu mitotickým delením buniek.

Nepohlavné rozmnožovanie nie je výhodné z hľadiska vývoja druhu, pretože nevedie k zvýšeniu genetickej variability. Všetci potomkovia sú geneticky identickí s materským jedincom, čo obmedzuje schopnosť druhu adaptovať sa na meniace sa podmienky prostredia. Nepohlavné rozmnožovanie sa často odohráva v stálych, nemenných podmienkach.

Formy nepohlavného rozmnožovania

• Binárne delenie: Materský jedinec sa môže rozdeliť priečne alebo pozdĺžne. Nepohlavné rozmnožovanie prvokov prebieha hlavne prostredníctvom mitotického delenia, pri ktorom sa delí jadro aj cytoplazma bunky. Tento proces zahŕňa reorganizáciu bunkových organel a vytvorenie nových buniek. Najčastejšou formou je binárne delenie, kde sa materská bunka rozdelí na dve dcérske bunky, buď pozdĺžne (napr. bičíkovce, červenoočká) alebo priečne (napr. nálevníky).
• Polytómia: Jadro sa mnohonásobne rozdelí bez rozdelenia cytoplazmy, čo vedie k tvorbe mnohojadrových buniek, z ktorých sa neskôr oddelia jednojadrové dcérske bunky (napr. dierkavce a mrežovce).
• Pučanie (gemipária): Nový jedinec vzniká z výbežkov na materskej bunke. U mnohobunkových živočíchov nový jedinec vyrastá z malej skupiny buniek na tele materského organizmu. Tento proces môže byť vonkajší (napr. u polypov) alebo vnútorný.
• Delenie (rozmnožovanie s regeneráciou): U 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.

Pohlavné rozmnožovanie (Sexuálna reprodukcia)

Pohlavné rozmnožovanie je rozmnožovanie, pri ktorom vzniká dcérsky organizmus, ktorý zvyčajne nesie kombináciu genetického materiálu dvoch iných (rodičovských) organizmov. Pohlavné rozmnožovanie zahŕňa splynutie dvoch pohlavných buniek (gamét), ktoré vznikajú v špecializovaných rozmnožovacích orgánoch. Pri pohlavnom rozmnožovaní väčšinou vzniká organizmus s novou, unikátnou genetickou výbavou, ktorá nikdy nie je úplne totožná s genetickou výbavou rodičov. Pohlavné rozmnožovanie primárne vzniklo preto, aby bolo organizmom umožnené tvoriť potomstvo s 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. U eukaryotických organizmov vo väčšine prípadov poznáme pohlavné aj nepohlavné rozmnožovanie. Nepohlavné rozmnožovanie sa často odohráva v stálych, nemenných podmienkach a pri zhoršených podmienkach prechádzajú organizmy k pohlavnému rozmnožovaniu. U stavovcov však už výrazne prevláda pohlavné rozmnožovanie a cicavce sa takmer výlučne rozmnožujú pohlavne.

Genetický základ rozmnožovania

Vlastnosti každého živého organizmu sú určené jeho deoxyribonukleovou kyselinou - DNA. Najväčšia časť DNA je u eukaryotických organizmov obalená jadrovou membránou. Určité úseky DNA sa nazývajú gény (alebo tzv. kódujúce úseky).

DNA v jadre eukaryotov nie je tvorená jedinou spojenou molekulou (tak je tomu u prokaryotov), ale je rozdelená do samostatných, rôzne dlhých úsekov. Tieto úseky sú v spojení s bielkovinami formované do hmoty, ktorá sa nazýva chromatín. V čase delenia bunky sa chromatín mení na zreteľne odlíšiteľné útvary - chromozómy. Termín chromozómy sa používa pre označenie útvarov jadrovej DNA aj v čase, keď sa bunka nedelí a jej DNA je len vo forme chromatínu. Počet chromozómov je u rôznych organizmov rôzny.

Počet génov, ktoré, pokiaľ sú všetky funkčné, pokrývajú všetky životné funkcie organizmov, sa nazýva haploidný počet. Haploidný počet je minimálny počet génov, ktoré môže živý organizmus vo svojich bunkách obsahovať. Väčšina eukaryotických organizmov je však diploidných, čo znamená, že skrývajú vo svojich jadrách dva chromozómové súbory. Je možné mať v jadre viac ako 2 chromozómové súbory, vtedy hovoríme o polyploidii. Ak by sa však spojili dve bunky s najbežnejšou, diploidnou sadou chromozómov, vzniknutý jedinec by bol polyploidný, tzv. tetraploidný, čiže by mal až 4 súbory chromozómov.

Preto je dôležité, aby spájajúce sa bunky mali len haploidnú sadu chromozómov a ich spojením by vznikol diploidný jedinec. Z tohto dôvodu vzniklo tzv. redukčné delenie alebo meióza. Meióza je zvláštnym typom delenia, pri ktorej namiesto dvoch dcérskych buniek vznikajú až 4 dcérske bunky, ale každá len s haploidným počtom chromozómov. Meióza je základným spôsobom vzniku pohlavných buniek. Len výnimočne dochádza k opačnej taktike - splývajúce bunky majú diploidné súbory chromozómov a nakrátko vznikne tetraploidný jedinec, z ktorého vznikne redukčným delením haploidné potomstvo.

Gaméty - pohlavné bunky

Pohlavné rozmnožovanie zahŕňa tvorbu špecializovaných pohlavných buniek, nazývaných gaméty. V prípade najbežnejšieho typu pohlavného rozmnožovania, eugamie, je nevyhnutné splynutie dvoch špecializovaných buniek - gamét. Ich splynutím vzniká zygota, oplodnené vajíčko, ktoré sa ďalej mitoticky delí a stáva sa z neho embryo. Gaméty zvyčajne nesú polovičnú (haploidnú) sadu chromozómov. Splynutím dvoch gamét vzniká opäť úplný (diploidný) chromozómový súbor.

Existujú dva typy gamét:

• Samičia pohlavná bunka (makrogaméta, vajcová bunka, vajíčko) - štandardne väčšia, nepohyblivá bunka. Vajcové bunky živočíchov sú spravidla oblé a nepohyblivé (výnimku tvoria napr. hubky) a vždy bez bičíka.
• Samčia pohlavná bunka (mikrogaméta, spermatická bunka, spermia) - štandardne menšia, pohyblivá bunka. Hlavička spermie je tvorená jadrom bunky a nesie genetickú informáciu (výbavu).

Obe gaméty vznikajú redukčným meiotickým delením a sú haploidné, teda obsahujú polovičný počet chromozómov.

Typy gamét podľa tvaru a veľkosti

• Izogamia: Pri izogamii sú gaméty rovnakej veľkosti a tvaru. Je to splynutie dvoch tvarovo a veľkostne rovnakých pohlavných buniek (izogaméty).
• Anizogamia: Je splynutie dvoch tvarovo a veľkostne odlišných buniek (anizogaméty).
• Oogamia: Pri oogamii sa samičia pohlavná bunka (vajíčko) spája so samčou pohlavnou bunkou (spermiou). Vajíčka sú nepohyblivé a väčšie, zatiaľ čo spermie sú malé a pohyblivé. Pohlavné rozmnožovanie u mnohobunkových živočíchov prebieha vždy ako oogamia.

Vajíčko a jeho štruktúra

Vajíčko má zvyčajne guľovitý tvar a patrí medzi najväčšie bunky v tele organizmu. Vo vnútri sa nachádza cytoplazma (nazývaná aj ooplazma), ktorá obsahuje mitochondrie a kvapôčky žĺtka. Žĺtok slúži ako zdroj výživy a stavebný materiál pre vyvíjajúci sa zárodok (embryo). Množstvo žĺtka vo vajíčku sa líši u rôznych živočíchov. Aby sa po oplodnení vajcová bunka mohla deliť až do chvíle, kedy bude nový organizmus schopný prijímať potravu, väčšinou majú vajcové bunky zásoby žĺtka, ktoré sú rôzne veľké.

Podľa množstva a rozloženia žĺtka delíme vajíčka na:

• Oligolecitálne a izolecitálne: Obsahujú málo žĺtka, ktoré je rovnomerne rozložené po celej cytoplazme (napr. ježovky).
• Mezolecitálne a heterolecitálne: Žĺtok je koncentrovaný na jednom konci - vegetatívny pól (napr. obojživelníky).
• Telolecitálne: Žĺtok vyplňuje väčšinu vajíčka (napr. ryby, plazy, vtáky).

Pohlavné orgány a gonády

Pohlavné bunky sa tvoria v špeciálnych žľazách - gonádach. Samičie pohlavné bunky (vajíčka) sa tvoria v ováriách - vaječníkoch a samčie (spermie) v semenníkoch (testis).

Samičie pohlavné orgány

• Vaječníky: Majú rozličný tvar. Vajíčka sa tvoria v Graafových folikuloch. Folikuly sú dutinky obklopené epitelom, z ktorého niektorá bunka narastie a mení sa na vajíčko. Vaječníky plazov sú párové. Vaječníky vtákov majú hroznovitý tvar s veľkými folikulami. U cicavcov sú vaječníky párové.
• Vajcovod: Vajíčko sa po uvoľnení zachytí v lieviku. Vajcovod (Mullerova chodba) vzniká ako odštiepenie Wolfovej chodby.
• Maternica: U cicavcov sa diferencuje maternica. Dolná časť vajcovodu je premenená na maternicu. Maternica ústi jedným spoločným vývodom do pošvy.
• Pošva (vagina): Vzniká splynutím spodných častí vajcovodov. Pošvu obklopujú záhyby telovej pokrývky - veľké a malé pysky.

Samčie pohlavné orgány

• Semenníky: Semenníky vtákov ležia na prednom konci obličiek, prechádzajú do semenovodov a odtiaľ do urodea. U niektorých cicavcov dochádza v čase rozmnožovania k poklesu semenníkov do mieška.
• Prídavné žľazy: Obsahujú vačky, ktorých žľazy vylučujú sekrét potrebný na uloženie a výživu spermií.

U obojživelníkov majú gonády predĺžený tvar a sú uložené pri chrbtici. Gonády plazov sú párovité.

Oplodnenie

Oplodnenie (fertilizácia) je proces, pri ktorom dochádza k splynutiu gamét opačného pohlavného typu, konkrétne vajíčka a spermie. Úlohou spermie je oplodniť vajíčko, pričom jedno vajíčko môže oplodniť len jedna spermia. Tento proces vedie k vytvoreniu zygoty, čo je oplodnené vajíčko.

Typy oplodnenia

• Vonkajšie oplodnenie: Môže prebehnúť iba vo vode a je charakteristické pre mnohé vodné živočíchy. Samčie a samičie pohlavné bunky sa uvoľňujú do vodného prostredia a splývajú mimo tela rodiča (napríklad väčšina rýb, bezstavovce a obojživelníky). Niektoré druhy len rozptýlia svoje pohlavné bunky do okolia a ich vzájomné stretnutie je ponechané čisto na náhode, napríklad ostnatokožce (Echinodermata).
• Vnútorné oplodnenie: Ak oplodnenie nastáva vnútri tela samice (resp. obojpohlavného organizmu), hovoríme o vnútornom oplodnení. Gaméty splývajú vo vnútorných pohlavných orgánoch matky (väčšina suchozemských bezstavovcov, drsnokožce, plazy, vtáky, cicavce). Aby sa dosiahlo vnútorné oplodnenie, živočíchy niekedy majú vyvinuté špeciálne orgány, tzv. kopulačné orgány a oplodneniu predchádza pohlavný styk. U väčšiny živočíchov, ktoré sa rozmnožujú vnútorným oplodnením, majú samce špecializované kopulačné orgány (napr. hemipenis u niektorých plazov, penis u cicavcov), ktorým prenášajú počas pohlavného aktu (kopulácia, coitus) spermie do tela samice. Niektoré živočíchy, ktoré tiež využívajú vnútorné oplodnenie, nemajú kopulačné orgány, ale 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).

Pohlavnosť organizmov

Možné je spojenie len dvoch buniek rozdielneho pohlavia. 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)

Pokiaľ jedince produkujú iba samčie alebo iba samičie pohlavné bunky, nazývajú sa gonochoristi. Pre väčšinu živočíšnych druhov platí, že sú oddeleného pohlavia, delia sa na samcov a samičky.

Hermafroditizmus (Obojpohlavnosť)

Ak je jedinec schopný tvoriť samčie aj samičie pohlavné bunky, hovoríme o obojpohlavnosti (hermafroditizme). Väčšinou ich ale jeden jedinec neprodukuje v rovnakom čase, aby nedošlo k samooplodneniu. Hermafroditizmus môže prebiehať dvoma spôsobmi:

• Postupný hermafroditizmus: Jedinec je najprv samcom a neskôr sa stáva samicou, alebo naopak (napr. niektoré morské slimáky, ryby klauny).
• Súčasný hermafroditizmus: 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.

Pohlavná dvojtvárnosť (Sexuálny dimorfizmus)

U živočíchov existuje pohlavná dvojtvárnosť. To znamená, že samce sa odlišujú od samičiek morfologicky. Rozdiely medzi jedincami rozdielnych pohlaví môžu byť nepatrné, iba biochemické, môžu byť v stavbe pohlavných buniek (anizogamia), môžu siahať na úroveň rozdielnej stavby pohlavných orgánov medzi jedincami opačného pohlavia a napokon môžu zasahovať aj tkanivá a orgány, ktoré s vlastným rozmnožovaním priamo nesúvisia. Ten istý živočíšny druh sa odlišuje nielen morfologickými znakmi (farby, parohy,...), ale aj fyziologickými znakmi - odlišnosťami samcov a samíc. Pohlavné znaky u živočíchov zohrávajú kľúčovú úlohu v ich reprodukčnom správaní a vo výraznom odlišovaní samcov od samíc, čím prispievajú k vzniku pohlavnej dvojtvárnosti (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 a predstavujú základné reprodukčné orgány a štruktúry. Patria sem pohlavné žľazy, ako sú vaječníky u samíc a semenníky u samcov, ktoré produkujú gaméty - vajíčka a spermie. K primárnym znakom patria aj vývody týchto žliaz a prídavné žľazy, ktoré vylučujú látky potrebné pre oplodnenie alebo vývin zárodku.
• Sekundárne pohlavné znaky: Zahŕňajú rôzne morfologické, anatomické a behaviorálne charakteristiky, ktoré prispievajú k rozmnožovaciemu úspechu, ale nie sú priamo spojené s oplodnením. Patria sem adaptácie na prichytenie samičky pri kopulácii (napr. predný pár nôh potápnika), pomocné orgány na prechovávanie vajíčok a mláďat (napr. vak u vačkovcov), alebo špeciálne orgány na prenos spermií, ako sú gonopódia u žralokov. Sekundárne znaky môžu zahŕňať aj signálne charakteristiky, ako sú pachové žľazy, ozdobné perie samcov vtákov, parohy u samcov cicavcov či sfarbenie samcov rýb v období neresu. Zvláštnu úlohu zohráva sfarbenie peria alebo srsti, ktoré slúži na prilákanie partnerov alebo zastrašenie konkurentov. Okrídlenosť a bezkrídlosť môžu byť tiež sekundárnymi pohlavnými znakmi, napríklad u niektorých druhov hmyzu, kde tieto vlastnosti súvisia s reprodukčnými úlohami a líšia sa medzi pohlaviami alebo kastami. Tieto znaky môžu byť trvalé alebo dočasné, objavujúce sa len počas obdobia rozmnožovania (napr. svadobné tance, sezónne zmeny sfarbenia). Vývin sekundárnych pohlavných znakov je u stavovcov ovplyvňovaný hlavne steroidnými hormónmi, zatiaľ čo u hmyzu sú tieto znaky väčšinou determinované priamo geneticky.

Špecifické typy rozmnožovania v rámci pohlavného

Partenogenéza

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, čo môže byť výhodné v stabilnom prostredí s dostatkom zdrojov. Partenogeneticky sa rozmnožujú živočíchy len za priaznivých podmienok. S nástupom nepriaznivých podmienok sa rozmnožujú pohlavne.

Neoténia

Neoténia je jav, pri ktorom živočích dosiahne pohlavnú zrelosť už v larválnom štádiu, teda ešte pred tým, než sa úplne vyvinie do dospelého jedinca. To znamená, že larva sa môže rozmnožovať, aj keď ešte neprešla všetkými štádiami vývinu. Tento fenomén sa vyskytuje u niektorých druhov mnohoštetinavcov, obojživelníkov (napr. axolotl) a hmyzu.

Vývin živočíchov (Ontogenéza)

Individuálny vývin u živočíchov sa nazýva ontogenéza, ktorá zahŕňa celý životný cyklus jedinca. Vývin jedinca môže byť priamy alebo nepriamy. Pri ďalšom delení buniek vznikne z moruly dutá guľa blastula a dutina v nej sa nazýva blastocel. Ďalším vývojom a delením buniek vznikne z blastuly vakovitý dvojvrstvový útvar gastrula.

Typy vývinu

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

Stratégie narodenia/liahnutia

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

• Vajcorodosť (oviparia): Je spôsob rozmnožovania, pri ktorom samice kladú vajíčka, ktoré sa vyvíjajú mimo tela matky. Mláďatá sa vyliahnu z vajec, často až po určitom čase (väčšina vtákov, plazov, rýb a hmyzu).
• Vajcoživorodosť (ovoviviparia): Je medzistupeň medzi vivipariou a ovipariou, pri ktorom sa vajíčka vyvíjajú a liahnu vo vnútri tela matky (zvyčajne cloaca), ale mláďatá dostávajú výživu iba z vajíčka, nie priamo od matky. Po vyliahnutí z vajíčka opustia telo samice.
• Živorodosť (viviparia): Je spôsob rozmnožovania, pri ktorom sa mláďatá vyvíjajú priamo v tele matky a sú narodené živé, teda nie v podobe vajec. Matka poskytuje mláďatám živiny počas ich vývinu (väčšina cicavcov, niektoré druhy hadov a jašteríc, žraloky).

Faktory ovplyvňujúce rozmnožovanie

Na rozdiel od nepohlavného spôsobu reprodukcie, ktoré môže prebiehať už od štádia zygoty, pohlavné rozmnožovanie je umožnené až v tom štádiu ontogenézy, ktoré sa nazýva dospelosť. Ani dospelosť jedinca však nie je zárukou, že jeho pohlavné rozmnožovanie je hocikedy umožnené. Vyššie rastliny a vyššie živočíchy sa pohlavne rozmnožujú len za priaznivých vonkajších podmienok (v podmienkach ekologického optima). Jednobunkové organizmy, najmä 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. V čase párenia sa živočíchy správajú špecificky, väčšina voľne žijúcich živočíchov sa pári v presne vymedzenom období roka.

Výhody a nevýhody pohlavného rozmnožovania

Výhody

• Genetická rôznorodosť: Je dôležitá z dvoch dôvodov. Jednak umožňuje jedincom rovnakého druhu rozdiferencovať svoje životné nároky v rôznorodom prostredí, takže si teoreticky nemusia toľko konkurovať a môžu obsadiť širšiu ekologickú niku. Jednak 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, kde sa toto môže stať celkom ľahko.
• Diploidný stav genómu: Každý gén totiž skôr či neskôr postihne mutácia, ale ak je v dispozícii jeho druhá funkčná kópia, jedinca to neohrozí.

Nevýhody

• Pomalosť: V porovnaní s nepohlavným je relatívne pomalé. Jedince sa môžu pohlavne rozmnožovať až po dosiahnutí pohlavnej dospelosti, ktorá nastane až za nejakú dobu od ich počatia.
• Menší počet jedincov: Pohlavné rozmnožovanie často vyprodukuje menší počet jedincov v porovnaní s nepohlavným.
• Zriedenie genetického materiálu: Ďalšou nevýhodou je zriedenie vlastného genetického materiálu (ale len v prípade, že bol osvedčený ako dobrý).
• Zložitosť a zraniteľnosť: Nutnosť zložitejšieho aparátu ako v prípade nepohlavného množenia, ktorý nezriedka robí jedince zraniteľnejšími (tak ako aj sexuálne správanie).

tags: #rozmnozovanie #a #vyvin #zivocichov