Význam rozmnožovania
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.
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.
- Pohlavné (sexuálne) - zahŕňa splynutie dvoch pohlavných buniek (gamét), ktoré vznikajú v špecializovaných rozmnožovacích orgánoch.
Pri oboch typoch rozmnožovania je základom prenos genetickej informácie zapísanej v molekule DNA z rodičov na potomkov. Zabezpečuje zachovanie druhov organizmov a odovzdávanie znakov a vlastností z rodičov na potomkov.
Nepohlavné rozmnožovanie
Pri nepohlavnom rozmnožovaní sa vyvíjajú potomkovia z telových 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 je relatívne rýchle, ale neumožňuje genetickú premenlivosť a tým pádom ani adaptáciu na zmenu prostredia.
Nepohlavne sa rozmnožujú živočíchy s jednoduchou stavbou tela.
Spôsoby nepohlavného rozmnožovania u živočíchov:
- Delenie (priečne, pozdĺžne) - mitotické delenie jadra a cytoplazmy u jednobunkovcov (napr. bičíkovce, nálevníky).
- Pučanie (gemipária) - oddelenie skupiny buniek z materského organizmu, z ktorých vzniká nový jedinec. Tento proces môže byť vonkajší (napr. u polypov) alebo vnútorný.
- Fisipária - delenie materského organizmu na dve alebo aj viac častí, typické pre živočíchy s vysokou regeneračnou schopnosťou (napr. mechúrniky, ostnatokožce).
Prvoky sa nepohlavne rozmnožujú delením. Nezmar sa nepohlavne rozmnožuje pučaním. Pri vyšších živočíchoch sa spôsob nepohlavného rozmnožovania čiastočne zachoval v podobe regenerácie poškodených tkanív a orgánov.
Pohlavné rozmnožovanie
Pohlavné rozmnožovanie (iné názvy: pohlavné množenie, sexuálne rozmnožovanie/množenie, generatívne rozmnožovanie/množenie, sexuálna reprodukcia, generatívna reprodukcia, amfigónia) je rozmnožovanie, pri ktorom vzniká dcérsky organizmus, ktorý zvyčajne nesie kombináciu genetického materiálu dvoch iných (rodičovských) organizmov. Pri pohlavnom rozmnožovaní väčšinou vzniká organizmus s novou, unikátnou genetickou výbavou, ktorá nikdy nie je úplne totožná s genetickou výbavou rodičov. 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.
Pohlavné rozmnožovanie primárne vzniklo preto, aby bolo organizmom umožnené tvoriť potomstvo s unikátnou genetickou výbavou. To je možné dosiahnuť buď výmenou génov medzi dvoma organizmami, alebo (a to je častejší prípad) spojením buniek dvoch organizmov, z ktorých každý nesie svoje gény. Zabezpečuje prenos znakov a vlastností z oboch rodičov na potomkov.
Väčšina živočíchov sa rozmnožuje pohlavne. Pohlavne rozmnožovanie v živočíšnej ríši prevláda, úzko s ním súvisí sexualita, rozdiel medzi pohlaviami - pohlavná dvojtvarosť a rozdiely v stavbe orgánov produkujúcich gaméty. Medzi samcami a samicami, ale musí byť súhra.
Gaméty - pohlavné bunky
Pohlavné rozmnožovanie zahŕňa tvorbu špecializovaných pohlavných buniek, nazývaných gaméty. Existujú dva typy gamét:
- Samičia pohlavná bunka (makrogaméta, vajcová bunka, vajíčko) - štandardne väčšia, nepohyblivá bunka.
- Samčia pohlavná bunka (mikrogaméta, spermatická bunka, spermia) - štandardne menšia, pohyblivá bunka.
Obe gaméty vznikajú redukčným meiotickým delením a sú haploidné, teda obsahujú polovičný počet chromozómov. Spájaním gamét sa kombinujú genetické informácie od oboch rodičovských jedincov. Splynutím dvoch gamét vzniká opäť úplný (diploidný) chromozómový súbor. Keďže pri bežnom delení buniek je väčšinou genetická výbava materských a dcérskych buniek rovnaká, pohlavné bunky vznikajú iným spôsobom ako telové (somatické) bunky a to redukčným delením - meiózou. 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.
Spermie: Samčie pohlavné bunky, tvoria sa v semenníkoch (testis). U väčšiny živočíchov majú bičík, ich veľkosť, počet a tvar je druhovo špecifický. Majú hlavičku s jadrom, v ktorej je uložená DNA, krček a bičík. Pohlavnú aktivitu samcov a vývin sekundárnych pohlavných znakov podmieňuje hormón testosterón. Samec produkuje milióny spermií, ktorých jedinou úlohou je oplodniť vajíčko. Jedno vajíčko môže oplodniť len jedna spermia.
Vajíčka: Samičie pohlavné bunky, tvoria sa vo vaječníkoch (ovarium). Majú pravidelný tvar, sú nepohyblivé, majú jadro a žĺtok, ktorý je zásobárňou živín. Vajíčko cicavcov je malé, má málo žĺtka, vtáky majú veľké vajíčko a veľké žĺtko, lebo sa vyvíjajú mimo tela matky. Vajíčko má okrem toho jeden, alebo viac párov obalov, ktoré chránia zárodok.
Oplodnenie
Oplodnenie (fertilizácia) je splynutie samičej pohlavnej bunky vajíčka so samčou pohlavnou bunkou spermiou. Vonkajšie oplodnenie prebieha vo vodnom prostredí mimo tela jedinca. Vnútorné oplodnenie nastáva v tele samice (resp. obojpohlavného organizmu).
Po oplodnení vzniká diploidná zygota, oplodnené vajíčko, ktoré sa ďalej mitoticky delí a stáva sa z neho embryo.
Typy oplodnenia:
- Vonkajšie oplodnenie - k splynutiu gamét dochádza mimo tela matky. Je charakteristické pre mnohé vodné živočíchy, napríklad väčšinu rýb, ale aj obojživelníkov. Niektoré druhy len rozptýlia svoje pohlavné bunky do okolia a ich vzájomné stretnutie je ponechané čisto na náhode.
- Vnútorné oplodnenie - gaméty splývajú vo vnútorných pohlavných orgánoch matky. Nastáva v tele samice (resp. obojpohlavného organizmu). Aby sa dosiahlo vnútorné oplodnenie, živočíchy niekedy majú vyvinuté špeciálne orgány, tzv. kopulačné orgány, a oplodneniu predchádza pohlavný styk.
Väčšina živočíchov je schopná rozmnožovať sa len v určitom období roka. Organizmus samíc v inom čase nie je pripravený na rozmnožovanie, čo zabezpečuje vývin mláďat v priaznivejších podmienkach.
Tri rôzne spôsoby, akými cicavce rodia - Kate Slabosky
Rozdiely medzi pohlaviami a pohlavná dvojtvárnosť
Pri väčšine živočíchov sú rozdiely medzi pohlaviami. Tieto rozdiely sa prejavujú ako pohlavná dvojtvárnosť (sexuálny dimorfizmus). Pohlavné znaky u živočíchov zohrávajú kľúčovú úlohu v ich reprodukčnom správaní a vo výraznom odlišovaní samcov od samíc.
Typy pohlavných znakov:
- Primárne pohlavné znaky - sú priamo spojené s rozmnožovacím systémom. Patria sem pohlavné žľazy (vaječníky, semenníky) a vývody týchto žliaz.
- Sekundárne pohlavné znaky - zahŕňajú rôzne morfologické, anatomické a behaviorálne charakteristiky, ktoré prispievajú k rozmnožovaciemu úspechu, ale nie sú priamo spojené s oplodnením. Patria sem napríklad sfarbenie, hriva, parohy, mliečne žľazy.
Pre väčšinu živočíšnych druhov platí, že sú oddeleného pohlavia, delia sa na samcov a samičky (gonochorizmus). Odlišnosť medzi pohlaviami je geneticky podmienená a sprevádzaná druhotnými pohlavnými znakmi. Vzniká tak pohlavná dvojtvárnosť - väčšinou menej nápadná samica a nápadnejší a mohutnejší samec.
Obojpohlavnosť (hermafroditizmus)
Ak je jedinec schopný tvoriť samčie aj samičie pohlavné bunky, hovoríme o obojpohlavnosti (hermafroditizme). U hermafroditov pohlavné bunky nedozrievajú naraz, preto aj títo živočíchy v čase rozmnožovania vyhľadávajú partnera - pária sa, pričom si vymieňajú spermie. Výnimkou sú len živočíchy, ktoré žijú izolovane (napr. pásomnica).
Hermafroditizmus predstavuje ekologickú adaptáciu, ktorá sa vyskytuje v prípadoch, keď je populácia riedka alebo keď živočíchy majú obmedzenú pohyblivosť či parazitický spôsob života.
Partenogenéza
Partenogenéza je osobitný spôsob rozmnožovania, pri ktorom nový jedinec vzniká z neoplodneného vajíčka. Tento typ rozmnožovania sa vyskytuje u niektorých druhov hmyzu (napr. vošky), kôrovcoch a rýb. Partenogenéza umožňuje živočíchom rýchlo vytvárať potomstvo bez potreby oplodnenia, čo môže byť výhodné v stabilnom prostredí s dostatkom zdrojov.
Individuálny vývin jedinca (ontogenéza)
Individuálny vývin u živočíchov sa nazýva ontogenéza, ktorá zahŕňa celý životný cyklus jedinca. Tento vývin môže zahŕňať rodozmenu (metagenézu) u primitívnych skupín, kde sa striedajú pohlavné a nepohlavné generácie.
Ontogenéza sa začína oplodnením vajíčka a končí smrťou. Je to jednosmerný proces a opakuje sa v generáciách. Zahŕňa tieto dve etapy:
- Embryonálny (zárodočný) vývin: Obdobie od splynutia pohlavných buniek a vzniku zygoty, po vyliahnutie alebo narodenie nového živočícha. V tomto období je embryo chránené vajcovými obalmi alebo telom materského organizmu, teda je nezávislé od vplyvov okolia.
- Postembryonálny vývin: Začína vyliahnutím alebo narodením nového živočícha a končí jeho smrťou. Živočích je vystavený vplyvom okolia, rastie až do dospelosti, kedy dosiahne schopnosť pre rozmnožovanie.
Embryogenéza (zárodočný vývin) je rozhodujúca pre organizáciu a stavbu tela jedinca. Jej základom je delenie buniek a ich postupná diferenciácia (špecializácia) na tkanivá, orgány a sústavy orgánov. Zahŕňa:
- Splynutie pohlavných buniek a vznik zygoty.
- Brázdenie oplodneného vajíčka a vznik zárodočných vrstiev (základ budúcich orgánov).
- Organogenéza - vývin orgánov: konečná tvarová a funkčná diferenciácia a zväčšovanie veľkosti tela.
Oplodnené vajíčko sa brázdi až do vzniku moruly, množením buniek vzniká dutá guľa blastula, ktorej vnútro vypĺňa prvotná telová dutina blastocél. Z nej vznikne dvojvrstvová gastrula s dvoma zárodočnými vrstvami - ektoderm (vonkajšia) a endoderm (vnútorná). Tieto vývinové stupne sa opakujú u všetkých druhov živočíchov.
Vývoj jedinca: priamy a nepriamy
Vývin jedinca môže byť priamy alebo nepriamy.
- Pri nepriamom vývine vzniká z vajíčka tvarovo aj funkčne odlišný jedinec, spravidla neschopný pohlavného rozmnožovania - larva. Larválnych štádií môže byť aj viac. Dospelý jedinec vzniká premenou larvy.
- Pri priamom vývine sa jedinec hneď po vyliahnutí alebo narodení podobá na dospelého jedinca a má aj všetky orgánové sústavy ako dospelý jedinec.
Výživa gamét a embrya
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.
Podľa toho, koľko žĺtka vajíčko obsahuje a ako je v ňom rozložené, 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.
- Polylecitálne - obsahujú veľké množstvo žĺtka, ktoré je koncentrované na jednom konci (napr. vtáky, plazy).
U živočíchov, ktoré sa rozmnožujú vnútorným oplodnením, majú vo vajíčku menej žĺtka (cicavce). Vajíčko živočíchov vyvíjajúcich sa mimo tela (vonkajšie oplodnenie) obsahuje veľa žĺtka a je chránené jedným alebo viacerými obalmi, ktoré zabezpečujú ochranu zárodku.
Reprodukčné stratégie
Pri rozmnožovaní živočíchov existujú rôzne stratégie, ako sa mláďatá vyvíjajú a prichádzajú na svet:
- Oviparia (vajcorodosť) - samice kladú oplodnené vajíčka, ktoré sa vyvíjajú mimo tela matky. Mláďatá sa liahnu z vajec (väčšina vtákov, plazov, rýb a hmyzu).
- Viviparia (živorodosť) - 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).
- Ovoviviparia (vajcoživorodosť) - vajíčka sa vyvíjajú a liahnu vo vnútri tela matky, ale mláďatá dostávajú výživu iba z vajíčka, nie priamo od matky.
Výhody a nevýhody pohlavného rozmnožovania
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, kde sa toto môže stať celkom ľahko.
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.
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, nutnosť zložitejšieho aparátu ako v prípade nepohlavného množenia, ktorý nezriedka robí jedince zraniteľnejšími.