У биолошком репродуктивном процесу постоје две врсте размножавања: полно или генеративно размножавање и бесполно или вегетативно размножавање . Оба омогућавају континуитет врста, али то чине путем веома различитих ћелијских и генетских механизама, што има директне последице по биолошку разноликост, брзину размножавања и способност организама да се прилагоде окружењу.
Живо биће или организам карактерише се својом способношћу да обавља основне функције живота, укључујући размножавање , што му омогућава да производи сличне копије себе, било бесполно од једног родитеља или полно од најмање два родитеља. Разумевање ових разлика је кључно за разумевање како се популације развијају и зашто се неке врсте размножавају на овај или онај начин у зависности од њиховог окружења.
Шта пупа?
Пупљење је један од различитих типова бесполног размножавања , у коме се стварање новог бића одвија формирањем избочина , названих пупољци, на телу матичног организма, које расту и развијају се и могу остати причвршћене за родитеља или одвојене од њега.
Са биолошке перспективе, пупљење је неравномерна подела тела родитеља . Оригинална јединка задржава већи део своје цитоплазме и структуре, док пупољак почиње као мала избочина која садржи ћелије са истим генетским материјалом као и родитељски организам. Временом, овај пупољак се повећава, диференцира и може се на крају развити у комплетан организам.
Термин пупљење потиче од латинске речи geminus , што значи „близанац“. Нова јединка је, у ствари, „генетски близанац“ родитеља, јер обоје деле исту наследну информацију јер нема размене ДНК са другим организмом. Међутим, упркос овој генетској сличности, услови околине могу проузроковати да развију разлике у величини, облику или физиолошком стању.
Пупљење се примећује код једноћелијских организама као што су неки квасци и протозое, а такође и код вишећелијских организама као што су одређене биљке и бескичмењаци (сунђери, хидре, корали и неке медузе). Стога је то широко распрострањен механизам у природи, посебно код врста које живе причвршћене за супстрат или у воденим срединама где би размена гамета била скупља.
Асексуална репродукција
Ова врста размножавања карактерише се укључивањем само једне матичне јединке . Размножавање се, у већини случајева, одвија путем митозе , где ћелијска деоба резултира двема или више генетски идентичним ћелијама.
То је врста размножавања у којој не долази до оплодње ; сходно томе, нема размене ДНК између различитих јединки. Ново живо биће генерално задржава карактеристике организма из којег је настало. Из тог разлога говоримо о клонским потомцима или клоновима, односно генетским копијама матичног организма.
Постоји широк спектар биљака које се могу размножавати полно или бесполно, путем пупољака, подземног корења или пузећих стабљика. У овим случајевима, једна врста може наизменично да се размножава: бесполно размножавање ради брзог размножавања када су услови повољни и полно размножавање ради стварања генетске варијабилности када је окружење променљивије.
Други организми, попут морских звезда, могу се регенерисати након што изгубе део тела, а многи други се могу размножавати у великом броју тако што се више пута бесполно деле. Код многих морских бескичмењака, регенерација, фрагментација и пупљење су комбиновани као репродуктивне и стратегије преживљавања.
Поред пупљења, бесполно размножавање укључује и друге важне процесе као што су бинарна фисија (типична за прокариоте попут бактерија и археја), спорулација (присутна код гљивица, неких биљака и бактерија), фрагментација и партеногенеза , између осталог. Сви они деле фундаменталну карактеристику: једна јединка је довољна да произведе ново потомство, без потребе за партнером.
Сексуално размножавање
Сексуално размножавање карактерише учешће две ћелије настале мејозом које се спајају путем оплодње. Ове полне ћелије, или гамети (углавном јајна ћелија и сперматозоид код животиња, или мушки и женски гамети код биљака), садрже половину броја хромозома одрасле јединке.
Два родитеља морају учествовати, преносећи своју ДНК на своје потомство. Сходно томе, постоје генетске разлике између родитеља и потомства, као и међу самим потомцима. Ова варијација је последица комбинације гена која се јавља током мејозе (кроз генетску рекомбинацију) и случајног сједињавања гамета током оплодње.
Сексуално размножавање, упркос томе што захтева више енергије и времена (проналажење партнера, производња гамета, удварање, оплодња, ембрионални развој), има велику предност: ствара генетску разноликост . Ова разноликост повећава вероватноћу да ће унутар популације постојати јединке са карактеристикама које им омогућавају да преживе и размножавају се под променљивим условима околине или упркос новим болестима.
Код неких организама, као што је квасац, постоји могућност наизменичног размножавања између бесполног (пупљењем) и полног размножавања, у зависности од услова околине. У срединама богатим хранљивим материјама, они имају тенденцију да користе бесполно размножавање због његове брзине, док у ситуацијама стреса или оскудице могу активирати сексуалне механизме како би повећали генетску варијабилност.
Како долази до пупљења?
Бесполно размножавање је размножавање које се одвија без интеракције између два члана исте врсте. Ћелије се деле помоћу митозе, где се сваки хромозом копира пре него што се једро подели, при чему свака нова ћелија добија исту генетску информацију. Код једноћелијских организама, на делу плазма мембране се формира избочина која се назива пупољак . Једро матичне ћелије се дели, а једно од ћеркиних језгара мигрира у пупољак. Под повољним условима, пупољак може да произведе још један пупољак пре него што се коначно одвоји од матичне ћелије.
На једноћелијском нивоу, то је процес асиметричне митозе који се јавља код неких једноћелијских организама, као што су квасци. Једноћелијски организам се састоји од једне ћелије. Примери једноћелијских организама укључују бактерије, микроскопске алге, неке гљивице и протозое. Изненађујуће, једноћелијски организми представљају огромну већину живих бића која тренутно насељавају Земљу, како по броју јединки, тако и по распону станишта које колонизују.
Квасац, или фермент, односи се на било који од различитих еукариотских организама класификованих као гљиве, било да су микроскопске аскомицете или базидиомицете , са претежно једноћелијским обликом у свом животном циклусу. Генерално се карактеришу бесполним размножавањем путем пупљења или бинарне фисије и тиме што имају полне фазе које нису везане за спорокарп (плодно тело). Код ових микроорганизама, одлука о коришћењу бесполног или полног размножавања зависи од хемијских и сигнала из околине, као што је присуство хранљивих материја или феромона које производе друге ћелије.
Митоза је сама ћелијска деоба, која производи две генетски идентичне ћерке ћелије . Може се десити у ћелијама и хаплоидних и диплоидних еукариотских организама. Овај процес осигурава да се генетски материјал равномерно распоређује између резултујућих ћелија, одржавајући исти број хромозома као матична ћелија.
Дакле, то је процес ћелијске репродукције који се првенствено састоји од уздужне деобе хромозома и деобе једра и цитоплазме; као резултат тога, формирају се две ћерке ћелије са истим бројем хромозома и истом генетском информацијом као матична ћелија. Током пупљења, након ове митозе, једро које ће мигрирати у пупољак је стратешки позиционирано у избочини која се формира.
Пупљење је процес у коме се једро дели, а цитоплазма се дели, али резултујуће једро мигрира ка ћелијској мембрани, формирајући структуру сличну пупољку окружену цитоплазмом, стварајући тако две ћелије различитих величина. Матична ћелија задржава већу запремину, док ћерка ћелија у почетку мања, иако је потпуно способна да расте и дели се независно када су услови погодни.
Пупљење је уобичајен процес код сунђера, книдара и бриозоа . Одређене животињске врсте могу имати унутрашње пупљење: пупољке који преживљавају неповољне услове захваљујући заштитном омотачу. Код слатководних сунђера, пупољци имају заштитну капсулу која садржи резервне супстанце . Када дође пролеће, заштитна капсула се губи, а нови сунђер излази из пупољка. Код слатководних бриозоа производи се слој хитина и калцијума, и нису им потребне резервне супстанце јер су у стању хибернације.
Код животиња као што су хидре, полипи медуза и корали, пупољци се формирају на површини тела родитеља, расту и, у многим случајевима, одвајају се, што доводи до настанка независних јединки. Код других врста, неколико јединки насталих пупљењем остаје причвршћено, формирајући сложене колоније у којима све деле исти генетски материјал, али могу обављати специјализоване функције унутар групе.
Врсте пупљења и друге врсте бесполног размножавања
Постоји неколико врста бесполног размножавања. То укључује пупљење , где потомство расте на матичном телу (као што то раде биљке банана, на пример). Друга врста су гемуле, где матични организам ослобађа масу специјализованих ћелија које се развијају у нову јединку.
У ширем контексту бесполног размножавања, такође налазимо:
- Бинарни фисија: Типично за прокариотске организме као што су бактерије и археје. Састоји се од дуплирања генетског материјала и симетричне поделе матичне ћелије на две ћерке ћелије исте величине.
- Спорулација: Присутни су у скоро свим гљивама, неким биљкама (као што су папрати) и одређеним бактеријама. Они формирају отпорне споре окружене дебелим зидом који им омогућава да преживе у непријатељским срединама и клијају када се услови побољшају.
- Фрагментација и регенерација: Организам се дели на неколико фрагмената, од којих се сваки може регенерисати у комплетну јединку. То се дешава, на пример, код пљоснатих црва и морских звезда.
- Партеногенеза: Механизам којим се нова јединка развија из неоплођених женских полних ћелија. Јавља се код неких бескичмењака (инсеката, ротифера, равних црва) и код одређених врста кичмењака као што су рибе, водоземци и неки гмизавци.
Иако сви ови механизми производе потомство генетски слично родитељу, пупљење се истиче својом структурном једноставношћу и тиме што у многим случајевима омогућава формирање колонија , као што је примећено код неких книдара и сунђера. Штавише, пупљење се може одвијати споља или изнутра (на пример, гемуле код сунђера), нудећи различите предности у зависности од станишта и животног циклуса врсте.
Бесполно размножавање у биљкама
Ово се дешава код биљака када се део њих подели (стабло, грана, пупољак, гомољ, ризом итд.) и развије одвојено у нову биљку. Изузетно је распрострањено и има много различитих облика. То укључује:
- Графтс: Фрагмент стабљике једне биљке (калем) се убацује у стабљику или дебло исте врсте или друге, али компатибилне врсте. Уобичајено се користи код воћака или украсних врста за... умножите разноврсне интересе и побољшати производњу.
- Улози: Размножавање резницама подразумева одсецање дела стабљике са пупољцима и његово закопавање. Затим се чека док се не појави корење. Ово производи нову биљку, метода која се широко користи за жбуње и украсне биљке.
- Сечење или сегменти: Стабљике се припремају у посудама са водом или влажном земљом, где формирају ново корење, након чега се могу садити. Ово је веома уобичајена метода размножавања собних биљака и врста које се лако укорењују.
- Културе ткива: Култивација се спроводи у медијуму без микроорганизама коришћењем хранљивих раствора и биљних хормона, који индукују раст корена, стабљика и листова из фрагмента биљке. Ова техника омогућава умножити хиљаде идентичних биљака из једне копије.
- Слој: Састоји се од закопавања дела биљке и чекања да се укорени. Затим се сече и пресађује; користи се, на пример, код винове лозе и неких пењачица.
- Спорулација: врста размножавања помоћу спора, уобичајена код папрати, маховина и других биљака које не производе семе.
Код многих биљака, пупљење се одвија кроз аксиларне или терминалне пупољке који могу дати нове изданке, а у неким случајевима и целе биљке ако се одвоје и укорене. Уобичајени пример су одређени сукуленти и кактуси, чији се бочни изданци могу развити у нове биљке ако се поставе на одговарајућу подлогу.
Други примери биљака које се размножавају бесполно (било увећаним пупољцима, клијањем или модификованим структурама) укључују лале, љиљане, кромпир и јагоде . Код кромпира, кртоле складиште резерве и ничу у нове биљке; код јагода, пузави столони стварају нове биљке укорењивањем на различитим тачкама у земљишту.
Предности и недостаци несполне репродукције
Бесполно размножавање је ефикасније за организме који остају на једном месту и не селе се да би пронашли партнере или који живе у релативно стабилним срединама . То је метода коју користе многи једноставни организми, као што су бактерије, бројне гљивице, протозое и биљке које брзо колонизују одређено окружење.
Међутим, бесполно размножавање не доводи до значајних генетских варијација између организама, што значи да читаве групе могу бити збрисане болешћу или изненадним променама у окружењу. Пошто деле исти генотип, ако претња погоди једну јединку, веома је вероватно да ће на исти начин погодити већину њених клонова.
предност
Међу биолошким предностима које то подразумева су брза деоба и једноставност, јер организми не морају да производе полне ћелије нити да троше енергију на операције које претходе оплодњи (потрага за партнером, удварање, сусрет гамета итд.).
На овај начин, једна јединка може дати велики број потомака путем средстава као што су бесполно формирање спора, попречна фисија или пупљење, олакшавајући брзу колонизацију нових територија . У окружењима која остају стабилна током дужег периода, ова стратегија може бити изузетно ефикасна за заузимање расположивог простора и искоришћавање ресурса.
У конкретном случају пупљења, још једна предност је то што код многих животиња и биљака потомство може остати везано за родитеља, формирајући колоније које користе једна другој: деле хранљиве материје, заштиту и, понекад, специјализоване функције (на пример, код корала и неких колонијалних книдара).
мане
Међутим, има главни недостатак стварања потомства без генетске варијабилности — клонова — јер су сви генотипски идентични својим родитељима и једни другима. Природна селекција не може да „изабере“ најбоље прилагођене јединке (пошто су све подједнако прилагођене у датом окружењу), а ове клониране јединке можда неће моћи да преживе у променљивом, непријатељском окружењу јер им недостају генетске информације неопходне за прилагођавање овој промени.
Стога би та врста могла да нестане уколико не постоји јединка која носи повољну генетску комбинацију услед спонтаних мутација. Иако мутација генерише извесну варијабилност чак и у асексуалним популацијама, ова варијација је мања и акумулира се спорије него у сексуално размножавајућим популацијама.
Још један важан аспект је да бесполно размножавање не дозвољава преуређење гена које се дешава током мејозе и оплодње, механизам који код сексуалног размножавања може елиминисати неповољне комбинације и фаворизовати нове повољне комбинације.
Примери пупљења
Код одређених вишећелијских животиња, као што су книдари, сунђери и туникати, деоба ћелија се одвија пупљењем. Пупољци настају на телу матичног организма, а затим се одвајају и развијају се у нове организме идентичне матичном организму. Овај процес, познат као пупљење, аналоган је процесу вегетативног размножавања код биљака.
Неки значајни примери организама који се размножавају пупљењем су:
- Вода спужве. Они формирају спољашње или унутрашње пупољке (гемуле) који им омогућавају да преживе неповољне услове и да се распростру на нова места у воденој средини.
- Одређене врсте гљивица квасца. Код њих се мали пупољци формирају на површини матичне ћелије, расту и на крају се одвајају као независне ћелије.
- Неке врсте медуза. Током свог животног циклуса, полипи могу да произведу медузе пупљењем, чиме се ствара мобилна репродуктивна фаза.
- Хидрас. Ови слатководни книдари производе мале избочине које расту и постају независне као нове јединке.
- Корали. Пупљењем, полип може дати појаву многих других, који остају заједно и формирају колоније које временом могу дати појаву корални гребени.
Примери пупљења се такође примећују код једноћелијских организама, као што су неке бактерије и одређени протисти (на пример, неки динофлагелати), што показује да је овај механизам настао независно у неколико еволутивних група због своје ефикасности у умножавању јединки када је окружење повољно.
Пупљење, у комбинацији са другим асексуалним механизмима, представља веома ефикасну стратегију за брзо и масовно ширење врсте, иако по цену смањене генетске варијабилности. Насупрот томе, сексуално размножавање, иако енергетски захтевније, обезбеђује генетску разноликост неопходну да се популације прилагоде дугорочним променама у окружењу. Темељно разумевање оба типа размножавања омогућава боље разумевање динамике природних популација, функционисања екосистема и, у случају микроорганизама као што су квасци, чак и процеса од биомедицинског и биотехнолошког интереса.