RIPRODUZIONE SESSUALE: CARATTERISTICHE, TIPI, PIANTE, ANIMALI - BIOLOGIA - 2025

La riproduzione sessuale è la moltiplicazione di individui di due genitori di sesso diverso: maschio e femmina - tranne quando si fa riferimento alla riproduzione sessuale in batteri o protozoi, dove non c'è distinzione di sesso. È un processo ampiamente distribuito negli organismi eucarioti.

Ogni individuo che partecipa alla riproduzione sessuale produce un tipo di cellule germinali specializzate: sperma e uova. Questi sono causati da un tipo di divisione cellulare specializzata, chiamata meiosi. Questo evento è la differenza cruciale tra la riproduzione asessuata e quella sessuale.

Fonte: di Manojiritty, da Wikimedia Commons

Il processo inizia con l'unione di due gameti che danno origine a uno zigote. Successivamente, lo zigote dà origine a un nuovo individuo con caratteristiche di entrambi i suoi genitori e con alcune caratteristiche uniche.

A causa dell'ubiquità del processo, deduciamo che la riproduzione sessuale comporta una serie di vantaggi rispetto alla riproduzione asessuata. Tuttavia, i possibili svantaggi della riproduzione sessuale sono più evidenti: il tempo e l'energia investiti nella ricerca di compagni, la competizione per le femmine, il costo di produzione di gameti non fecondati, tra gli altri.

I costi sembrano essere molto alti, quindi devono avere vantaggi sostanziali per compensarli. I benefici della riproduzione sessuale sono stati oggetto di controversia e dibattito tra i biologi evoluzionisti.

Un'ipotesi suggerisce che la riproduzione sessuale sia benefica poiché produce varietà che, in tempi di cambiamenti ambientali, potrebbero essere benefiche per la specie. In effetti, la produzione di variabilità genetica è uno dei vantaggi attribuiti al sesso.

D'altra parte, alcuni ricercatori propongono che la riproduzione sessuale, in particolare la ricombinazione, sia stata selezionata come meccanismo di riparazione del DNA. Tuttavia, la prevalenza del sesso, nonostante i suoi costi, è ancora sconosciuta.

Caratteristiche generali

Il sesso è un fenomeno complesso che varia ampiamente tra i taxa eucariotici. In generale, possiamo interpretarlo come un processo che coinvolge tre fasi: la fusione di due nuclei aploidi, il fenomeno della ricombinazione che produce nuovi genotipi e la divisione delle cellule diploidi per formare nuclei aploidi.

Da questo punto di vista, il sesso negli eucarioti dipende da un ciclo di vita, in cui le cellule diploidi devono dividersi per meiosi. Questo processo di divisione meiotica è responsabile della distribuzione del materiale genetico dei futuri gameti.

La meiosi mira a separare i cromosomi omologhi, in modo tale che ogni gamete abbia la metà dei cromosomi somatici. Oltre a ridurre il carico genetico, nella meiosi avviene anche lo scambio di materiale tra cromatidi non fratelli, producendo combinazioni totalmente nuove.

gameti

I gameti sono le cellule sessuali di organismi che sono generati dalla meiosi e contengono metà del carico genetico, cioè sono aploidi.

I gameti variano sia nelle piante che negli animali e sono classificati in tre categorie fondamentali a seconda delle loro dimensioni e mobilità relativa: isogamia, anisogamia e oogamia.

L'isogamia è una forma di riproduzione sessuale in cui i gameti che si fondono per dare origine al nuovo individuo sono identici per dimensioni, mobilità e struttura. L'isogamia è rappresentata principalmente nelle piante.

Al contrario, l'anisogamia consiste nell'unione di due gameti che differiscono per dimensioni e struttura. Un tipo particolare di anisogamia è l'oogamia, dove i gameti maschili sono di dimensioni relativamente piccole e in numero abbondante. Quelle femminili sono molto più vistose e vengono prodotte in minor numero.

Riproduzione sessuale negli animali

Nel regno animale, la riproduzione sessuale è un fenomeno ampiamente distribuito tra i membri del gruppo.

Quasi tutti gli invertebrati e i vertebrati possiedono i sessi in organismi separati, ovvero possiamo distinguere un individuo maschio e uno femmina in una specie. Questa condizione è chiamata dioica, un termine derivato dalle radici greche "due case"

Al contrario, esistono alcune specie meno numerose i cui sessi sono presenti nello stesso individuo chiamate monoiche: “una casa”. Questi animali sono anche conosciuti come ermafroditi.

La distinzione tra i sessi non è data dalle caratteristiche morfologiche di taglia o colorazione, ma dal tipo di gameti che ogni sesso produce.

Le femmine producono gli ovuli, caratterizzati dalle loro grandi dimensioni e dalla loro immobilità. Gli spermatozoi, invece, sono prodotti dai maschi in quantità maggiore, sono molto più piccoli e hanno strutture speciali per muovere e fecondare l'ovulo.

Successivamente descriveremo i tipici organi sessuali degli animali e poi descriveremo in dettaglio il processo di riproduzione in ciascun gruppo animale.

Strutture associate alla riproduzione

Le cellule specializzate per la riproduzione sessuale - uova e sperma - sono prodotte in tessuti specifici chiamati gonadi.

Nei maschi, i testicoli sono responsabili della produzione di sperma, mentre i gameti femminili si formano nelle ovaie.

Le gonadi sono considerate gli organi sessuali primari. Gli organi sessuali accessori sono presenti in un importante gruppo di metazoi responsabili della ricezione e del trasferimento di uova e sperma. Nelle femmine troviamo la vagina, le tube o le tube di Falloppio e l'utero, mentre nei maschi c'è il pene.

Porifero

I poriferi sono comunemente noti come spugne e possono riprodursi sia sessualmente che asessualmente. Nella maggior parte delle specie, la produzione di gameti maschili e femminili avviene in un singolo individuo.

I cianociti sono un particolare tipo di cellula di questo lignaggio, che può trasformarsi in sperma. In altri gruppi i gameti possono essere derivati ​​da archeociti.

Molte specie sono vivipare, il che indica che dopo il fenomeno di fecondazione, lo zigote viene trattenuto dall'organismo parentale fino a quando non si verifica il rilascio di una larva. In queste specie lo sperma viene rilasciato nell'acqua e ripreso da un'altra spugna.

Cnidari

Gli cnidari sono organismi marini che includono meduse e simili. Questi animali hanno due morfologie: la prima è il polipo ed è caratterizzata da uno stile di vita sessile, mentre la seconda è la medusa che è in grado di muoversi e galleggiare.

I polipi generalmente si riproducono asessualmente mediante processi di gemmazione o fissione. La medusa è dioica e si riproduce sessualmente. Il ciclo di vita in questo gruppo è molto variabile.

Acelomorfi e vermi piatti

I vermi piatti, come i planarian, sono noti principalmente per la loro capacità di rigenerarsi e produrre più cloni asessualmente da un singolo individuo.

La maggior parte di questi animali vermiformi è monoica. Tuttavia, stanno cercando un partner per eseguire la fecondazione incrociata.

Il sistema riproduttivo maschile comprende diversi testicoli e una struttura simile a una papilla simile ai peni dei vertebrati complessi.

Molluschi e anellidi

La maggior parte dei molluschi sono dioici e la loro riproduzione dà origine a una larva che nuota liberamente chiamata trocófera (molto simile alle larve presenti negli anellidi) e varia a seconda delle specie di molluschi.

Allo stesso modo, gli anellidi hanno sessi separati e in alcuni hanno gonadi che appaiono temporaneamente.

Artropodi

Gli artropodi sono un gruppo di animali estremamente diversificato, caratterizzato da un esoscheletro composto da chitina e appendici articolate. Questa stirpe include i miriapodi, i chelicerati, i crostacei e gli esapodi.

I sessi sono generalmente separati, gli organi specializzati nella riproduzione compaiono a coppie. La maggior parte delle specie ha fertilizzazione interna. Possono essere ovipari, ovovivipari o vivipari.

Echinodermi

Gli echinodermi includono stelle marine, cetrioli di mare, ricci di mare e simili. Sebbene esistano alcune specie ermafrodite, la maggior parte sono caratterizzate dall'avere sessi separati. Le gonadi sono grandi strutture, i dotti sono semplici e non ci sono organi copulatori elaborati.

La fecondazione avviene esternamente e si sviluppa una larva bilaterale che può muoversi liberamente nel corpo idrico. Alcune specie hanno sviluppo diretto.

Cordati

La maggior parte dei sessi è separata. In questo gruppo troviamo organi più complessi per la riproduzione. Ogni sesso ha gonadi con condotti che dirigono i prodotti di queste verso una cloaca o qualche apertura speciale situata vicino all'ano. A seconda del gruppo, la fecondazione può essere esterna o interna.

Partenogenesi negli animali

La partenogenesi è un fenomeno ampiamente rappresentato nel regno animale, principalmente negli invertebrati e in alcuni vertebrati, che consente la generazione di un nuovo individuo con un solo genitore. Sebbene sia una forma di riproduzione asessuata, alcuni tipi di partenogenesi sono considerati tipi di riproduzione sessuale.

Nella partenogenesi meiotica, un uovo è formato dalla meiosi e può o non può essere fecondato dallo sperma di un maschio.

In alcuni casi, le uova devono essere attivate dal gamete sessuale maschile. In questo caso, non c'è fusione di entrambi i nuclei, poiché il materiale genetico dello sperma viene scartato.

Tuttavia, in alcune specie l'ovulo può svilupparsi spontaneamente senza la necessità del processo di attivazione.

Riproduzione sessuale nelle piante

Analogamente al caso degli animali, le piante possono subire la riproduzione sessuale. Consiste nell'unione di due gameti aploidi che daranno origine a un nuovo individuo con caratteristiche genetiche uniche.

La pianta può avere gli organi maschile e femminile in un unico individuo oppure possono essere separati. Nel cetriolo e nel latte i sessi sono separati, mentre nelle rose e nelle petunie i sessi sono insieme.

Il fiore

L'organo responsabile dei processi di riproduzione sessuale sono i fiori. Queste strutture specializzate hanno regioni che non partecipano direttamente alla riproduzione: il calice e la corolla, e strutture sessualmente attive: l'androceo e il gineceo.

L'androceo è l'organo riproduttivo maschile composto da uno stame, a sua volta diviso in un filamento e un'antera. Quest'ultima regione è responsabile della produzione di granuli di polline.

Il gineceo è l'organo floreale femminile ed è costituito da unità chiamate carpelli. La struttura è simile a una “goccia” allungata ed è suddivisa in stigma, stile e infine ovario.

Impollinazione

Il processo di riproduzione sessuale nelle piante avviene principalmente attraverso l'impollinazione, che consiste nel trasporto di granuli di polline dall'antera allo stigma.

L'impollinazione può avvenire nello stesso fiore (i granuli pollinici vanno all'organo femminile della stessa pianta) oppure può essere incrociata, dove i granuli pollinici fertilizzano un individuo diverso.

Nella maggior parte delle piante è necessario l'intervento di un animale per effettuare l'impollinazione. Questi possono essere invertebrati come api o altri insetti o vertebrati come uccelli e pipistrelli. La pianta offre all'impollinatore il nettare come ricompensa e loro sono incaricati di disperdere il polline.

Le strutture floreali che non partecipano direttamente alla riproduzione sono la corolla e il calice. Queste sono foglie modificate, in molti casi con colori brillanti e vibranti, che sono responsabili dell'attrazione visiva o chimica del potenziale impollinatore.

Allo stesso modo, alcune piante non richiedono impollinatori animali e utilizzano il vento o l'acqua per disperdere il polline.

Fecondazione, semi e frutti

Il processo inizia con l'arrivo dei granuli di polline allo stigma del fiore. Questi viaggiano secondo lo stile finché non trovano l'ovaia.

La doppia fertilizzazione è tipica delle piante da fiore e unica tra tutti gli organismi. Il fenomeno si verifica come segue: un nucleo di uno spermatozoo si unisce a un uovo e un altro nucleo di sperma si fonde con un embrione diploide dello sporofito.

Il risultato di questo insolito evento di fecondazione è un endosperma trioploide che fungerà da tessuto nutritivo per lo sviluppo dell'organismo. Una volta avvenuta la corretta maturazione degli ovuli, si trasformano nei semi. Il frutto, invece, è formato dalle ovaie mature.

Il frutto può essere classificato semplice se proviene da un ovaio maturo e aggiunto se si sviluppa da più ovaie, come ad esempio la fragola.

Riproduzione sessuale nei batteri

I batteri sono noti principalmente per la loro capacità di riprodursi asessualmente.

In questo lignaggio procariotico un individuo è in grado di dividersi in due mediante un processo chiamato fissione binaria. Tuttavia, ci sono una serie di meccanismi nei batteri che ricordano la riproduzione sessuale poiché c'è uno scambio di materiale genetico.

Fino alla metà degli anni Quaranta si pensava che i batteri si riproducessero esclusivamente in modo asessuato. Tuttavia, i ricercatori Joshua Lederberg e Edward Tatum hanno smentito questa convinzione attraverso un ingegnoso esperimento che utilizzava come modello i batteri E. coli con diverse esigenze dietetiche.

L'esperimento consisteva in un ceppo A che cresceva in un mezzo minimo con metionina e biotina e in un ceppo B che cresceva solo in ambienti con treonina, leucina e tiamina. In altre parole, ogni ceppo portava una mutazione che gli impediva di sintetizzare questi composti, quindi dovevano essere sintetizzati nel mezzo di coltura.

Quando le colonie sono rimaste in contatto per alcune ore, gli individui hanno acquisito la capacità di sintetizzare sostanze nutritive che prima non potevano. Così, Lederberg e Tatum hanno dimostrato che esisteva un processo di scambio del DNA simile alla riproduzione sessuale e lo hanno chiamato coniugazione.

Coniugazione

Il processo di coniugazione avviene attraverso una struttura a ponte, chiamata pili sessuale, che lega fisicamente due batteri insieme e consente loro di scambiare DNA.

Poiché i batteri non hanno dimorfismo sessuale, non possiamo parlare di maschi e femmine. Tuttavia, solo un tipo può produrre pili e hanno frammenti di DNA speciali chiamati fattore F, per "fertilità". Il fattore F possiede i geni per la produzione di pili.

Il DNA coinvolto nello scambio non fa parte del singolo cromosoma batterico. Invece è una porzione circolare isolata chiamata plasmide, che ha un proprio sistema di replicazione.

Trasformazione

Oltre alla coniugazione, ci sono altri processi in cui i batteri possono ottenere DNA extra e sono caratterizzati dall'essere più semplici della coniugazione. Uno di questi è la trasformazione, che consiste nel prendere il DNA nudo dall'ambiente esterno. Questo frammento di DNA esogeno può essere integrato nel cromosoma batterico.

Il meccanismo di trasformazione entra nel concetto di riproduzione sessuale. Sebbene i batteri avessero preso DNA libero, questo materiale genetico doveva provenire da un altro organismo, ad esempio un batterio che è morto e ha rilasciato il suo DNA nell'ambiente.

Trasduzione

Il terzo e ultimo meccanismo noto nei batteri per ottenere DNA estraneo è la trasduzione. Ciò implica la partecipazione di un virus che infetta i batteri: i batteriofagi.

Nella trasduzione, un virus prende una porzione di DNA batterico e quando infetta un batterio, una differenza può trasmettergli questo frammento. Alcuni autori usano il termine "eventi parasessuali" per riferirsi a questi tre meccanismi.

Prospettiva evolutiva

L'ubiquità della riproduzione sessuale negli organismi è un fatto notevole. Quindi, una delle più grandi domande nella biologia evolutiva è perché il sesso è diffuso in così tanti lignaggi se è un'attività energeticamente costosa e in alcuni casi anche pericolosa.

Si sospetta che le forze selettive che hanno originato la riproduzione sessuale negli eucarioti siano le stesse che mantengono i processi parasessuali descritti per i batteri.

Costi del sesso

Alla luce dell'evoluzione, il termine "successo" si riferisce alla capacità di un individuo di trasmettere i propri geni alla generazione successiva. Paradossalmente, il sesso è un processo che non soddisfa pienamente questa definizione, dal momento che una serie di costi associati alla riproduzione.

La riproduzione sessuale implica la ricerca di un compagno e nella maggior parte dei casi questo compito non è banale. Un'enorme quantità di tempo ed energia deve essere investita in questo sforzo che determinerà il successo della prole - in termini di trovare "il compagno ideale".

Gli animali mostrano una serie di rituali per corteggiare i loro potenziali compagni e in alcuni casi devono combattere esponendo la propria vita per ottenere la copulazione.

Anche a livello cellulare, il sesso è costoso, poiché la divisione per meiosi richiede molto più tempo della mitosi. Allora perché la maggior parte degli eucarioti si riproduce sessualmente?

Ci sono due teorie fondamentali. Una è relativa alla fusione cellulare come meccanismo per la trasmissione orizzontale di un elemento genetico "egoista", mentre la seconda teoria propone la ricombinazione come meccanismo di riparazione del DNA. Di seguito descriveremo i pro ei contro di ciascuna teoria:

Benefici del sesso

Per rispondere a questa domanda dobbiamo concentrarci sui possibili benefici della riproduzione sessuale nei primi eucarioti.

La fusione dei gameti per formare uno zigote porta a una combinazione di due diversi genomi che sono in grado di compensare eventuali geni difettosi in un genoma con una normale copia dell'altro.

Negli esseri umani, ad esempio, ereditiamo una copia da ogni genitore. Se ereditiamo un gene difettoso da nostra madre, il gene normale di nostro padre può compensarlo (nel caso in cui la patologia o malattia si presenti solo come omozigote recessiva).

Una seconda teoria - non intuitiva come la prima - propone che la meiosi agisca come un meccanismo di riparazione nel DNA. Il danno al materiale genetico è un problema che tutti gli organismi devono affrontare. Tuttavia, ci sono organismi che si riproducono solo asessualmente e il loro DNA non è particolarmente danneggiato.

Un'altra ipotesi afferma che il sesso potrebbe essersi evoluto come adattamento parassitario tra elementi genetici egoistici, al fine di essere distribuito ad altri lignaggi genetici. Un meccanismo simile è stato evidenziato in E. coli.

Sebbene ci siano possibili spiegazioni, l'evoluzione del sesso è oggetto di un acceso dibattito tra i biologi evoluzionisti.

Selezione sessuale

La selezione sessuale è un concetto introdotto da Charles Darwin che è applicabile solo alle popolazioni che si riproducono sessualmente. È usato per spiegare la presenza di comportamenti, strutture e altri attributi la cui esistenza non può essere concepita dalla selezione naturale.

Ad esempio, il piumaggio molto colorato e un po '"esagerato" dei pavoni non fornisce benefici diretti all'individuo, poiché lo rende più visibile ai potenziali predatori. Inoltre, è presente solo nei maschi.

Riferimenti

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