בעולם המודרני, נהוג לקרוא לכל מה שמקיף אותנו במונחים טכניים. מנגנון הרבייה… כך "הטבלו" מדענים את נס הולדתם של חיים חדשים.
נס שבו כל מרכיב הוא כה הרמוני, מגוון ובו בזמן שאין לו תחליף, שלפעמים אפשר רק להיות מופתעים. במשך אלפי שנים, האנושות תמהה בשאלת הבכורה של ביצים ותרנגולת, ולטבע כבר מזמן יש תשובה לכל השאלות. רציונליזם ומגוון פתרונות בשמירה על יציבות של מין בודד ובמקביל רכישת מגוון תכונות בחיות הבר הם חסרי תקדים.
הבסיס הגנטי של החיים
אחד מהמכשירים האלה הוא חילופי דורות. המגוון של מיני בעלי חיים וצמחים מושג באמצעות יצירת שילובים שונים של חומר גנטי. חילופי דורות היא צורה מיוחדת של שימור מינים בתנאי סביבה משתנים, המצוי בעיקר בצמחים רבים ובחסרי חוליות נמוכים יותר. זה מייצג את השינוי של רבייה מינית וא-מינית.
מה גורם להשקת שיטת רבייה כזו או אחרת ולאילו מטרות הם חותרים? כדי לענות על שאלה זו, יש צורך להבין לעומק מהי רבייה מינית וא-מינית וכיצד הם שונים, אילו יתרונות וחסרונות הם מביאים למין ביולוגי.
רפרודוקציה מינית
תהליך הרבייה המינית כרוך בהשתתפות ביצירת חיים חדשים של שני פרטים, אשר, כל אחד בפני עצמו, הם נשאים של מערכת הכרומוזומים האינדיבידואלית שלהם בגדיל כפול סליל של DNA. קבוצה ייחודית זו של חומר גנטי מתבטאת בנוכחות בפרט זה, ורק אצלה, של תכונות מסוימות, אותן היא מעבירה באופן חלקי לצאצאיה.
כאשר שני פרטים משתתפים בתהליך של רבייה מינית, שכל אחד מהם נותן ליורש הפוטנציאלי של המין את חצי מערך הכרומוזומים שלו, לדור הבא יהיו המאפיינים של שני אורגניזמים הוריים. לכן חלופת הדורות נצפית בצורות חיים פשוטות ומורכבות כאחד המתרבות באמצעות רבייה מינית.
איזו תרומה תורמת רבייה מינית למאגר הגנים של מין
אפילו בתוך אוכלוסייה קטנה יחסית, מערך השילובים של החומר הגנטי יכול להיות רחב לאין שיעור. סוג זה של רבייה נוקט מדיניות של הכנסת גיוון לרקע הגנטי של אוכלוסיית המינים. גיוון יכול להיות מושג גם באמצעות שימוש בתוך אוכלוסייה מבוססת של דגימות חדשות ממין נתון, שהן שונות.דרכים יכולות לחדור מבחוץ. או, כמו, למשל, בצמחים או בכמה coelenterates, על חשבון תאי נבט "עם משלוח הביתה" באמצעות רוח, מים או חרקים.
נקודה חשובה ברבייה מינית היא לציין אפשרות להשתתפות בה של אנשים בריאים וחזקים בעיקר. לפיכך, סוג זה של רבייה מאפשר יישום של ברירה טבעית, התורמת לאפשרות לתקן תכונות הפועלות לטובת המין הזה.
רביה א-מינית כנוסחה למכפיל מספר הפרטים
חילופי דורות היא שיטה המשמשת להגדלת ושימור מין, שבה רבייה א-מינית משחקת תפקיד חשוב. מבין יתרונותיו, ניתן לציין בבטחה את היכולת להגדיל במהירות את גודל האוכלוסייה כאשר מתרחשים תנאים סביבתיים נוחים למין ביולוגי נתון. שימור והשבחה של הקרן הגנטית של האוכלוסייה באמצעות שיבוט מרובה של שילובי גנים שכבר קיימים, מה שמגדיל משמעותית את הסיכוי של מין להשתתפותם של שילובים אלו בהמשך רבייה מינית.
חילופי פנוטיפים בממלכות שונות
חילופי הדורות באצות תלויים ברקע הטמפרטורה, ההרכב הכימי של המים (בעיקר ריכוז המלחים שבהם), משך תקופת האור היומית, עוצמת ההארה וחילופי העונות. כל הגורמים הללו מווסתים את הייצור של תאי רבייה מסוימים. צמחים מסוימים מייצרים נבגים, הבסיס לא מינירבייה, ונקראים ספורופיטים. צמחים המייצרים גמטות לרבייה מינית (תא מין עם קבוצה אחת של כרומוזומים בגרעין) לצורך רבייה נקראים גמטופיטים. ישנן אצות המייצרות את שני סוגי תאי הנבט (גמטות ונבגים), ולפיכך הן נקראות גמטוספורופיטים. אצות מכל הסוגים הללו יכולות להיות שונות זו מזו הן מבחינה מורפולוגית והן מבחינה ביולוגית. אז האצה האדומה Porphyra Tenera בצורת ספורופיט נראית כמו חוטים המסתעפים בשורה אחת, חודרים לתוך המצע, שיכולים להיות סלעים גירניים או קונכיות רכיכות.
ספורופיטים ממין זה חיים בעומק רב, מעדיפים אור נמוך. פרטים המעורבים בייצור תאים לרבייה מינית (גמטופיטים) חיים בצורה של לוחות באזור הגאות והשפל בעומקים רדודים תחת תאורה חזקה. אצות אדומות, בהיותן מאורגנות יותר, מדגימות את מחזורי ההתפתחות המגוונים והמורכבים ביותר, שבהם חל שינוי בצורות הקיום השונות של אורגניזמים מאותו מין במהלך מחזור החיים - התפתחות הטרומורפית.
מי מאופיין ברפרודוקציה באמצעות גמטוספורופיטים
Gametosporophytes אופייניים למינים רבים של אצות ירוקות, חומות ואדומות. חילופי הדורות נצפים אצלם בייצור תאי רבייה משני הסוגים: נבגים וגמטות, המתרחשים בזמנים שונים ובשל שינויים בתנאי הסביבה. עקביות בין ביטויים של תכונות בפנוטיפ למתאיםשינויים בסביבה - הגורם האבולוציוני העיקרי המספק צורה מניעה של בחירה.
חילופי דורות בצמחים ובבעלי חיים: מה הדמיון בין שתי ממלכות שונות
סיווג, המחלק את עולם החי ל-4 ממלכות, מפשט מאוד את תפיסת המדע הביולוגי בשלבים הראשונים של מחקרו. אולם עם קורס מעמיק יותר מתברר כי בסיווג הקיים ישנם מקרי ביניים רבים. לפיכך, חילופי הדורות ב-coelenterates היא בעלת אופי מעניין במיוחד. במחזור החיים, דורות של רבייה מינית וא-מינית הם בעלי מראה שונה, מנהלים אורח חיים שונה בתכלית, חיים במקומות שונים ואוכלים אחרת. במטאגנזה ישנה חילופין של צורות חיים: פוליפים ומדוזות. פוליפים המחוברים למצע מנהלים אורח חיים בישיבה. פוליפים מתאפיינים ברבייה א-מינית על ידי ניצנים מהאורגניזם של האם פרטים בתים חדשים זהים בהרכב הגנטי, המעבירים גם הם את חייהם בצורה של פוליפים. התזונה מתבצעת על ידי סינון המוני מים, שבזרם מובאים חלקיקים אורגניים מיקרוסקופיים, המשמשים מזון לגוף.
פוליפים יכולים לארגן קהילות ענק. באופן דומה, חילופי הדורות ב-coelenterates יוצרת במשך זמן רב צורות קולוניאליות של פוליפים בצורת שוניות אלמוגים. כאשר מתרחשים תנאים מסוימים, שהם אינדיבידואליים עבור כל מין (שינוי בטמפרטורה, זמןשנים, שינויים בזרמים מתחת למים, שלב הירח, זמן הנדידות וכו'), פוליפים ניצנים מדוזה קטנה. המדוזות ניידות, נעות בקלות בעמוד המים והן טורפות באופן שבו הן ניזונות. כשהם גדלים עד גיל המוכנות המינית, מדוזות ממשיכות את מחזור ההתפתחות של המין באמצעות רבייה מינית. זחלים תנועתיים מתפתחים מתאי מופרות, השוקעים בתחתית, נצמדים למצע, מאבדים את הניידות שלהם וגדלים לפוליפ. חילופי דורות היא מחזור חיים שעובר מין שנסגר ללא הרף וחוזר לשלבו המקורי, אך עם סט שונה של כרומוזומים, ולכן בעל אופי שונה.
טחבים מתרבים גם מינית
חילופי דורות נצפים בצמחים גבוהים יותר, כולל טחבים. מאפיין אופייני למחזור החיים של חטיבת צמחים זו הוא העובדה שצורת החיים הדומיננטית היא הגמטופיט בצורת צמח רב שנתי ירוק עם צמחים דמויי עלים ושורשי שורש, שאנו צופים בהם. חילופי הדורות בטחבים מסופק על ידי הספורופיט, שהוא שלב א-מיני במחזור ההתפתחות, המיוצג על ידי קופסה קטנה על גבעול עם נבגים, המחוברים לגמטופיט על ידי הרגליים, שדרכו מתרחשת אספקת הנבגים הפיזיולוגית. לספורופיט אורך חיים קצר ואינו יכול להשתרש בכוחות עצמו. מתייבש לאחר התבגרות ופריחה של נבגים.
למה בביולוגיה 1+1=3
אם נאמר את האמור לעיל, אנו יכולים להסיק שלשתי שיטות הרבייה יש משמעות אבולוציונית משלהן. חילופי הדורות הם תהליךהבטחת איחוד התכונות ההכרחיות ודחייה של מיותרות, המתבטאות בפנוטיפ, עקב הברירה הטבעית. רק במקרה של רבייה א-מינית, מוטציות ספונטניות "יימסרו לשיקול הדעת" של הברירה הטבעית, ובמקרה של רבייה מינית, בנוסף למוטציות, יופיעו בפנוטיפ הסימנים של שני הפרטים ההוריים.
מדוע בביולוגיה אבולוציונית, כשמדברים על רבייה מינית, הסכום של שתי יחידות אינו שווה לשתיים (1+1≠2)? כי כתוצאה מהפריה הילד מקבל סט גנים שאינו זהה לאף הורה. פרט לא יישא גן אימהי או אבהי, אלא יתפתח על סמך המידע שהגיע מההורים. היא תהיה הנשאית של הגנוטיפ השלישי, הייחודי והבלתי ניתן לחיקוי, אז ביולוגים פותרים את הדוגמה המתמטית קצת אחרת. זה מה שמבטיח חילופי דורות בצמחים ויונקים, כאשר עם כל לידה מחדש של החומר הגנטי הוא הופך למורכב, אלגנטי ומושלם יותר!
