Bij de biologische voortplanting zijn er twee soorten voortplanting: seksuele of generatieve voortplanting en ongeslachtelijke of vegetatieve voortplantingBeide mechanismen maken de voortplanting van soorten mogelijk, maar ze doen dat via zeer verschillende cellulaire en genetische mechanismen, wat directe gevolgen heeft voor de biologische diversiteit, de voortplantingssnelheid en het vermogen van organismen om zich aan de omgeving aan te passen.
Een levend wezen of organisme wordt gekenmerkt door het vermogen om de basisfuncties van het leven uit te voeren, waaronder de reproduktiewaardoor het soortgelijke kopieën van zichzelf kan produceren, beide ongeslachtelijk van een alleenstaande ouder...en ook seksueel, via ten minste twee ouders. Het begrijpen van deze verschillen is essentieel om te begrijpen hoe populaties evolueren en waarom sommige soorten zich op een bepaalde manier voortplanten, afhankelijk van de omgeving waarin ze leven.
Wat komt er in de dop?
Het ontluiken is een van de verschillende vormen van ongeslachtelijke voortplanting, waarbij de productie van een Door de vorming van uitstulpingen ontstaat een nieuw wezen., ook wel knoppen genoemd, op het lichaam van het ouderorganisme, die groeien en zich ontwikkelen, en die aan het ouderorganisme vast kunnen blijven zitten of er los van kunnen komen te staan.
Vanuit biologisch oogpunt is knopvorming een ongelijke verdeling van het lichaam van de ouderHet oorspronkelijke individu behoudt het grootste deel van zijn cytoplasma en structuur, terwijl de knop of uitloper begint als een kleine uitstulping met cellen die hetzelfde genetische materiaal bevatten als het ouderorganisme. Na verloop van tijd groeit deze knop, differentieert en kan zich uiteindelijk ontwikkelen tot een volledig organisme.
De oorsprong van de term 'uitlopen' komt uit het Latijn. GEMINUSwat "tweeling" betekent. Het nieuwe individu is in feite een “genetische tweeling” Ze zijn genetisch verwant aan elkaar, omdat beide dezelfde erfelijke informatie delen doordat er geen uitwisseling van DNA met een ander organisme plaatsvindt. Ondanks deze genetische gelijkenis kunnen omgevingsfactoren er echter voor zorgen dat ze verschillen ontwikkelen in grootte, vorm of fysiologische toestand.
Knopvorming wordt waargenomen in eencellige organismen zoals sommige gisten en protozoa, en ook in meercellige organismen zoals bepaalde planten en ongewervelde dieren (sponzen, hydra's, koralen en sommige kwallen). Het is daarom een wijdverbreid mechanisme in de natuur, vooral bij soorten die aan een substraat vastzitten of in waterrijke omgevingen waar de uitwisseling van gameten kostbaarder zou zijn.
Ongeslachtelijke voortplanting
Dit type voortplanting wordt gekenmerkt door de betrokkenheid van een alleenstaande ouderVoortplanting vindt in de meeste gevallen plaats via mitosis, waar celdeling plaatsvindt en twee of meer genetisch identieke cellen produceert.
Het is een vorm van voortplanting waarbij er vindt geen bevruchting plaatsBijgevolg vindt er geen uitwisseling van DNA plaats tussen verschillende individuen. Het nieuwe levende wezen behoudt over het algemeen de kenmerken van het wezen waaruit het is ontstaan. Om deze reden spreken we van klonale nakomelingen of van klonen, dat wil zeggen genetische kopieën van het ouderorganisme.
Er bestaat een grote verscheidenheid aan planten die zich zowel geslachtelijk als ongeslachtelijk kunnen voortplanten, via knoppen, ondergrondse wortels of kruipende stengels. In deze gevallen kan een enkele soort afwisselen tussen beide vormen van voortplanting. ongeslachtelijke voortplanting zich snel vermenigvuldigen wanneer de omstandigheden gunstig zijn en seksuele reproductie om genetische variabiliteit te genereren wanneer de omgeving veranderlijker is.
Andere organismen, zoals zeesterren, kunnen regenereren nadat ze een deel van hun lichaam hebben verloren, en vele andere kunnen dat ook. vermenigvuldigen in grote hoeveelheden door zich talloze keren ongeslachtelijk te delen. Bij veel ongewervelde zeedieren worden regeneratie, fragmentatie en knopvorming gecombineerd als voortplantings- en overlevingsstrategieën.
Naast knopvorming omvat ongeslachtelijke voortplanting ook andere zeer belangrijke processen, zoals binaire deling (typisch voor prokaryoten zoals bacteriën en archaea), de sporulatie (aanwezig in schimmels, sommige planten en bacteriën), de fragmentatie en parthenogeneseonder andere. Ze hebben allemaal een fundamentele eigenschap gemeen: één persoon is voldoende om nieuw nageslacht te produceren, zonder dat een partner nodig is.
Seksuele reproductie
Seksuele voortplanting wordt gekenmerkt door de deelname van twee cellen ontstaan door meiose die zich verenigen door bevruchting. Deze geslachtscellen of gameten (meestal een eicel en een zaadcel bij dieren, of mannelijke en vrouwelijke gameten bij planten) bevatten de helft van het aantal chromosomen van het volwassen individu.
Twee ouders moeten meedoen wie zenden hun DNA uit Er bestaan genetische verschillen tussen ouders en nakomelingen, en ook tussen de nakomelingen onderling. Deze variatie is het gevolg van de combinatie van genen die plaatsvindt tijdens de meiose (door genetische recombinatie) en de willekeurige versmelting van gameten tijdens de bevruchting.
Hoewel seksuele voortplanting meer energie en tijd vergt (het zoeken naar een partner, de productie van geslachtscellen, de balts, de bevruchting, de embryonale ontwikkeling), heeft het één groot voordeel: genereert genetische diversiteitDeze diversiteit vergroot de kans dat er binnen een populatie individuen zijn met eigenschappen die hen in staat stellen te overleven en zich voort te planten in veranderende omgevingsomstandigheden of in het licht van nieuwe ziekten.
Sommige organismen, zoals gist, hebben het vermogen om af te wisselen tussen ongeslachtelijke voortplanting (door knopvorming) en geslachtelijke voortplanting, afhankelijk van de omgevingsomstandigheden. In voedselrijke omgevingen neigen ze naar ongeslachtelijke voortplanting vanwege de snelheid ervan, terwijl ze in stressvolle situaties of bij schaarste de geslachtelijke voortplantingsmechanismen kunnen activeren om de genetische variabiliteit te vergroten.
Hoe vindt knopvorming plaats?
Aseksuele voortplanting is voortplanting die plaatsvindt zonder interactie tussen twee leden van dezelfde soort. Cellen delen zich door middel van mitose, waarbij elk chromosoom wordt gekopieerd voordat de celkern zich deelt. Elke nieuwe cel ontvangt dezelfde genetische informatie. Bij eencellige organismen vormt zich een uitstulping, een zogenaamde knop, in de cel. een bepaald deel van het plasmamembraan. De kern van de voorlopercellen deelt zich en een van de dochterkernen gaat over in de dooier. Onder gunstige omstandigheden kan de dooier tegelijkertijd een andere dooier produceren voordat deze zich uiteindelijk afscheidt van de progenitorcel.
Op het niveau van eencellige organismen is het een proces van asymmetrische mitose Dit komt voor bij sommige eencellige organismen, zoals gist. Een eencellig organisme bestaat uit één enkele cel. Voorbeelden van eencellige organismen zijn bacteriën, microscopische algen, sommige schimmels en protozoa. Hoewel het misschien verrassend lijkt, eencellige wezens vertegenwoordigen de overgrote meerderheid van de levende wezens die momenteel de aarde bewonen, zowel qua aantal individuen als qua omvang van de gekoloniseerde leefgebieden.
Gist of ferment verwijst naar elk van de verschillende eukaryotische organismen, geclassificeerd als schimmels, ongeacht of ze ascomyceten of basidiomyceten microscopisch klein, met een overwegend eencellige vorm in hun levenscyclus, over het algemeen gekenmerkt door ongeslachtelijke deling door knopvorming of door binaire deling en door seksuele stadia die niet aan een vruchtlichaam (sporocarp) vastzitten. Bij deze micro-organismen hangt de keuze voor ongeslachtelijke of geslachtelijke voortplanting af van chemische en omgevingssignalen, zoals de aanwezigheid van voedingsstoffen of feromonen die door andere cellen worden geproduceerd.
Mitose is de celdeling zelf en produceert twee dochtercellen die genetisch identiek aan elkaar zijnDit proces kan plaatsvinden in de cellen van zowel haploïde als diploïde eukaryotische individuen. Het zorgt ervoor dat genetisch materiaal gelijkmatig over de resulterende cellen wordt verdeeld, waardoor hetzelfde aantal chromosomen als de moedercel behouden blijft.
Het is derhalve een proces van celreproductie dat in wezen bestaat uit de longitudinale deling van chromosomen en bij de deling van de celkern en het cytoplasma; daardoor ontstaan twee dochtercellen met hetzelfde aantal chromosomen en dezelfde genetische informatie als de moedercel. Bij knopvorming, na deze mitose, wordt de celkern die naar de knop zal migreren strategisch gepositioneerd in de uitstulping die zich vormt.
Knopvorming is een proces waarbij de celkern en het cytoplasma zich delen, maar de resulterende celkern migreert naar het celmembraan en vormt een knopachtige structuur omgeven door cytoplasma, waardoor twee cellen van verschillende grootte ontstaan. De moedercel behoudt een groter volume, terwijl de dochtercel kleiner begint, hoewel deze volledig in staat is om zelfstandig te groeien en te delen onder de juiste omstandigheden.
Het knopvormingsproces komt vaak voor bij Porifera, Cnidaria en BryozoaBepaalde diersoorten kunnen interne knopvorming hebben: knoppen die ongunstige omstandigheden overleven dankzij een beschermende laag. Bij zoetwatersponzen hebben de knoppen een beschermende capsule. Binnenin bevindt zich een reservestof.Wanneer de lente aanbreekt, verdwijnt de beschermende capsule en komt er een nieuwe spons uit de knop tevoorschijn. Zoetwaterbryozoën produceren een laag chitine en calcium, waardoor ze geen reservestoffen nodig hebben omdat ze in een staat van winterslaap verkeren.
Bij dieren zoals hydra's, kwallenpoliepen en koralen vormen zich knoppen op het oppervlak van het lichaam van het ouderdier, die groeien en zich in veel gevallen losmaken, waardoor onafhankelijke individuen ontstaan. Bij andere soorten blijven meerdere individuen die door knopvorming zijn ontstaan, aan elkaar vastzitten, waardoor er nieuwe individuen ontstaan. complexe kolonies waarin iedereen hetzelfde genetische materiaal deelt, maar binnen de groep gespecialiseerde functies kan uitvoeren.
Soorten knopvorming en andere vormen van ongeslachtelijke voortplanting
Er bestaan verschillende vormen van ongeslachtelijke voortplanting. Deze omvatten: ontluikendwaarbij het nageslacht in het lichaam van de ouderplant groeit (zoals bijvoorbeeld bij een bananenplant). Een ander type is via kiemknoppen (gemmules), waarbij het ouderorganisme geeft een massa cellen vrij gespecialiseerde vaardigheden die een nieuw individu worden.
In de bredere context van ongeslachtelijke voortplanting vinden we ook het volgende:
- Binaire splijting: Kenmerkend voor prokaryotische organismen zoals bacteriën en archaea. Het bestaat uit de duplicatie van genetisch materiaal en de symmetrische deling van de moedercel in twee dochtercellen van gelijke grootte.
- Sporulatie: Ze komen voor in vrijwel alle schimmels, sommige planten (zoals varens) en bepaalde bacteriën. Ze vormen resistente sporen Omgeven door een dikke wand waardoor ze kunnen overleven in vijandige omgevingen en ontkiemen wanneer de omstandigheden verbeteren.
- Fragmentatie en regeneratie: Het organisme splitst zich in verschillende fragmenten, die elk weer kunnen uitgroeien tot een compleet individu. Dit gebeurt bijvoorbeeld bij platwormen en zeesterren.
- Parthenogenese: Een mechanisme waarmee een nieuw individu zich ontwikkelt uit onbevruchte vrouwelijke geslachtscellen. Het komt voor bij sommige ongewervelden (insecten, raderdieren, platwormen) en bij bepaalde gewervelde soorten zoals vissen, amfibieën en sommige reptielen.
Hoewel al deze mechanismen nakomelingen produceren die genetisch gelijk zijn aan de ouder, knopvorming Het onderscheidt zich door zijn structurele eenvoud en doordat het in veel gevallen de vorming van kolonieszoals waargenomen bij sommige neteldieren en sponzen. Bovendien kan knopvorming extern of intern plaatsvinden (bijvoorbeeld gemmulae bij sponzen), wat verschillende voordelen biedt afhankelijk van de leefomgeving en levenscyclus van de soort.
Ongeslachtelijke voortplanting in planten
Dit verschijnsel treedt op bij planten wanneer een deel ervan zich splitst (stengel, tak, knop, knol, wortelstok, enz.) en zich afzonderlijk ontwikkelt tot een nieuwe plant. Het is zeer wijdverspreid en kent vele verschillende vormen. Deze omvatten:
- Enten: Een stengelstukje van de ene plant (enten) wordt ingebracht in de stengel of stam van dezelfde soort of een andere, maar compatibele soort. Deze techniek wordt vaak gebruikt bij fruitbomen of sierplanten. veel verschillende soorten interesse en de productie verbeteren.
- Inzet: Vermeerdering door stekken houdt in dat je een stukje stengel met knoppen afsnijdt en in de grond begraaft. Vervolgens wacht je tot er wortels ontspruiten. Hieruit ontstaat een nieuwe plant; deze methode wordt veel gebruikt voor struiken en sierplanten.
- Snijden of segmenten: De stengels worden in bakjes met water of vochtige aarde geplaatst, waar ze nieuwe wortels vormen, waarna ze kunnen worden geplant. Dit is een veelgebruikte vermeerderingsmethode voor kamerplanten en soorten die gemakkelijk wortelen.
- Weefselkweek: De teelt vindt plaats in een micro-organismenvrij medium met behulp van voedingsoplossingen en plantenhormonen, die de groei van wortels, stengels en bladeren uit een plantenfragment stimuleren. Deze techniek maakt het mogelijk duizenden identieke planten vermenigvuldigen uit één enkel exemplaar.
- Laag: Het houdt in dat een deel van de plant wordt begraven en dat er gewacht wordt tot het wortel schiet. Vervolgens wordt het afgesneden en verplant; deze methode wordt bijvoorbeeld gebruikt bij wijnranken en sommige klimplanten.
- Sporulatie: Een vorm van voortplanting door middel van sporen, die veel voorkomt bij varens, mossen en andere planten die geen zaden produceren.
Bij veel planten manifesteert knopvorming zich door oksel- of eindknoppen Deze uitlopers kunnen nieuwe groei voortbrengen en in sommige gevallen zelfs complete planten, mits ze worden gescheiden en geworteld. Een bekend voorbeeld hiervan zijn bepaalde vetplanten en cactussen, waarvan de zijscheuten nieuwe planten kunnen worden als ze op een geschikte ondergrond worden geplaatst.
Andere voorbeelden van planten die zich ongeslachtelijk voortplanten (door middel van vergrote knoppen, scheuten of aangepaste structuren) zijn onder andere: tulpen, lelies, aardappelen en aardbeienBij aardappelen slaan knollen reserves op en ontkiemen tot nieuwe planten; bij aardbeien genereren kruipende uitlopers nieuwe planten door op verschillende plekken in de grond wortel te schieten.
Voor- en nadelen van ongeslachtelijke voortplanting
Ongeslachtelijke voortplanting is effectiever voor organismen die op één plek blijven en zich niet verplaatsen om een partner te vinden, of die in een geïsoleerde omgeving leven. relatief stabiele omgevingenHet is de methode die veel eenvoudige organismen, zoals bacteriën, talloze schimmels, protozoa en planten, gebruiken om snel een specifieke omgeving te koloniseren.
Aseksuele voortplanting leidt echter niet tot significante genetische variaties tussen organismen, en dit betekent dat Hele groepen kunnen vernietigd worden. Dit kan komen door ziekte of plotselinge veranderingen in de omgeving. Omdat ze hetzelfde genotype delen, is de kans groot dat een bedreiging die één individu treft, de meeste van zijn klonen op dezelfde manier beïnvloedt.
Voordelen
Tot de biologische voordelen die het met zich meebrengt behoren onder andere de volgende: divisiesnelheid en de eenvoud ervan, omdat de organismen geen geslachtscellen hoeven te produceren of energie hoeven te besteden aan de processen voorafgaand aan de bevruchting (het zoeken naar een partner, de hofmakerij, de ontmoeting van gameten, enz.).
Op deze manier kan een geïsoleerd individu een groot aantal nakomelingen voortbrengen, door middel van bijvoorbeeld ongeslachtelijke sporenvorming, dwarsdeling of knopvorming; faciliteren de snelle kolonisatie van nieuwe gebiedenIn omgevingen die gedurende lange perioden stabiel blijven, kan deze strategie uiterst effectief zijn om de beschikbare ruimte te benutten en optimaal gebruik te maken van de beschikbare hulpbronnen.
In het specifieke geval van knopvorming is een ander voordeel dat bij veel dieren en planten de nakomelingen blijf samen naar het ouderorganisme, waarbij kolonies ontstaan die elkaar ten goede komen: ze delen voedingsstoffen, bescherming en soms gespecialiseerde functies (bijvoorbeeld bij koralen en sommige koloniale neteldieren).
Nadelen
Het heeft echter als groot nadeel dat het nakomelingen voortbrengt. zonder genetische variabiliteitKlonaal, omdat alle individuen genotypisch gelijk zijn aan hun ouder en aan elkaar. Natuurlijke selectie kan niet de best aangepaste individuen "kiezen" (aangezien ze allemaal even goed aangepast zijn aan een bepaalde omgeving) en deze klonale individuen kunnen mogelijk niet overleven in een veranderende, vijandige omgeving, omdat ze de genetische informatie missen die nodig is om zich aan deze verandering aan te passen.
Daarom zou die soort kunnen verdwijnen, tenzij er een individu is met een gunstige genetische combinatie als gevolg van spontane mutaties. Hoewel mutaties ook in aseksuele populaties enige variabiliteit veroorzaken, is deze variatie minder en accumuleert ze langzamer dan in seksueel voortplantende populaties.
Een ander belangrijk aspect is dat ongeslachtelijke voortplanting het niet mogelijk maakt om genherschikking Dit vindt plaats tijdens de meiose en bevruchting, een mechanisme dat bij seksuele voortplanting ongunstige combinaties kan elimineren en nieuwe, voordelige combinaties kan bevorderen.
Voorbeelden van ontluikende
Bij bepaalde meercellige dieren, zoals coelenteraten, sponzen en manteldieren, wordt de celdeling uitgevoerd door knoppen. Deze ontstaan in het lichaam van het moederorganisme en vervolgens gescheiden om zich te ontwikkelen als nieuwe organismen identiek aan de eerste. Dit proces, bekend als ontluiken, is analoog aan het vegetatieve reproductieproces van planten.
Enkele opmerkelijke voorbeelden van organismen die zich voortplanten door knopvorming zijn:
- Het water sponst. Ze vormen uitwendige of inwendige knoppen (gemmules) waardoor ze ongunstige omstandigheden kunnen overleven en zich naar nieuwe plekken in het watermilieu kunnen verspreiden.
- Bepaalde soorten gistschimmels. Daarin vormen zich kleine knopjes op het oppervlak van de moedercel, die groeien en zich uiteindelijk afscheiden als onafhankelijke cellen.
- Sommige soorten kwallen. Tijdens hun levenscyclus kunnen poliepen door knopvorming kwallen produceren, waardoor de mobiele voortplantingsfase ontstaat.
- Hydras. Deze zoetwaterneteldieren ontwikkelen kleine uitsteeksels die groeien en zich tot nieuwe, onafhankelijke individuen ontwikkelen.
- De koralen. Door knopvorming kan een poliep vele andere poliepen voortbrengen, die bij elkaar blijven en kolonies vormen die na verloop van tijd weer nieuwe poliepen kunnen voortbrengen. koraalriffen.
Ook bij eencellige organismen, zoals sommige bacteriën en bepaalde protisten (bijvoorbeeld sommige dinoflagellaten), worden voorbeelden van knopvorming waargenomen. Dit toont aan dat dit mechanisme onafhankelijk van elkaar is ontstaan in verschillende evolutionaire groepen, vanwege de effectiviteit ervan bij het dupliceren van individuen wanneer de omgeving gunstig is.
Knopvorming, in combinatie met andere aseksuele mechanismen, is een zeer efficiënte strategie voor snelle en massale expansie van een soort, zij het ten koste van een vermindering van de genetische variabiliteit. Daarentegen zorgt seksuele voortplanting, hoewel energetisch veeleisender, voor de genetische diversiteit die nodig is voor populaties om zich op de lange termijn aan te passen aan veranderingen in het milieu. Een grondig begrip van beide vormen van voortplanting maakt een beter begrip mogelijk van de dynamiek van natuurlijke populaties, het functioneren van ecosystemen en, in het geval van micro-organismen zoals gisten, zelfs processen van biomedisch en biotechnologisch belang.