Αυτο-γονιμοποίηση σε ζώα, φυτά και παραδείγματα



Το αυτο-γονιμοποίηση είναι η ένωση αρσενικών και θηλυκών γαμετών του ίδιου ατόμου. Εμφανίζεται σε οργανισμούς που είναι ερμαφρόδιτες - όντα που συνδυάζουν αρσενικές και θηλυκές λειτουργίες σε ένα άτομο, είτε διαδοχικά είτε ταυτόχρονα.

Όταν η παραγωγή γαμετών αμφοτέρων των τύπων επικαλύπτεται με το χρόνο (τουλάχιστον με την πάροδο του χρόνου), οι ερμαφροδίτες είναι ταυτόχρονοι. Αυτή η δυνατότητα προσφέρει τη δυνατότητα αυτο-γονιμοποίησης.

Σε πολυκυτταρικούς οργανισμούς, ειδικά σε φυτά και ζώα, ο ερμαφρόδιτης φαίνεται να είναι ένα φαινόμενο ευρέως κατανεμημένο.

Η αυτο-γονιμοποίηση είναι μια βέλτιστη στρατηγική για συνεχή περιβάλλοντα και με μικρή διαθεσιμότητα ζευγαριού. Παρόλα αυτά, επιφέρει μερικές αρνητικές συνέπειες, όπως η κατάθλιψη λόγω συγγενείας.

Σε αυτό το φαινόμενο μειώνεται η γενετική μεταβλητότητα του πληθυσμού, γεγονός που μειώνει την ικανότητά του να προσαρμόζεται στις περιβαλλοντικές αλλαγές, την αντοχή σε παθογόνους ή φυτοφάγα ζώα. Αυτές οι πτυχές φαίνεται να είναι σημαντικές για τη γενεαλογία των φυτών και των ζώων.

Ευρετήριο

  • 1 Στα φυτά
  • 2 Στα ζώα
  • 3 Πλεονεκτήματα της αυτο-γονιμοποίησης
  • 4 Μειονεκτήματα της αυτο-γονιμοποίησης
  • 5 Μηχανισμοί που εμποδίζουν την αυτο-γονιμοποίηση σε φυτά
  • 6 Αναφορές

Στα φυτά

Στα φυτά είναι κοινό για το ίδιο άτομο να είναι "ο πατέρας και η μητέρα" των σπόρων τους. Αν και ο κύριος ρόλος των λουλουδιών είναι - κατά πάσα πιθανότητα - η προώθηση της πολλαπλής γονιμοποίησης, η αυτο-γονιμοποίηση μπορεί να συμβεί στα ερραμοτροπικά είδη.

Μερικά παραδείγματα φυτών όπου εμφανίζεται αυτό το φαινόμενο είναι τα μπιζέλια (ο οργανισμός που χρησιμοποιείται από τον Gregor Mendel για την ανάπτυξη των βασικών νόμων της κληρονομικότητας, όπου το γεγονός της αυτο-γονιμοποίησης ήταν ζωτικής σημασίας για την επεξεργασία).

Στην περίπτωση των λουλουδιών σόγιας, για παράδειγμα, τα λουλούδια μπορούν να ανοίγουν για να επιτρέπουν τη σταυρωτή επικονίαση από έντομα ή μπορούν να παραμείνουν κλειστά και αυτο-γονιμοποιημένα.

Στα ζώα

Σύμφωνα με τον Jarne et αϊ. (2006), εξαιρουμένων των εντόμων, περίπου το ένα τρίτο των ζωικών ειδών παρουσιάζουν το φαινόμενο του ερμαφροδιδισμού. Το γεγονός αυτό διευκόλυνε την εξέλιξη της αυτο-γονιμοποίησης σε πολλά είδη ζώων.

Η κατανομή των ποσοστών αυτο-γονιμοποίησης είναι παρόμοια με αυτή των φυτών, υποδεικνύοντας ότι παρόμοιες διεργασίες έχουν λειτουργήσει και στις δύο γενεές προς όφελος της εξέλιξης της αυτο-γονιμοποίησης.

Για τον Jarne et αϊ. (2006), ο ερμαφροδίτης είναι σπάνιος στα άκρα μεγαλύτερων ζώων, κυρίως σε αρθρόποδα. Είναι ένα κοινό φαινόμενο στις μικρότερες άκρες, συμπεριλαμβανομένων των σφουγγαριών της θάλασσας, των μεδουσών, των επίπεδων σκουληκιών, των μαλακίων, των θαλάσσιων συριγγών ή των αιλουροειδών και των δακρυγόνων..

Αυτοί οι συγγραφείς διαπίστωσαν ότι το γεγονός της αυτο-γονιμοποίησης εμφανίζεται στα taxa όπου οι γαμετοί (αρσενικοί και θηλυκοί) εμφανίζονται σε ένα μόνο σημείο ή αδένα, όπως σε πνευμονικά σαλιγκάρια..

Μπορεί επίσης να συμβεί σε περιπτώσεις όπου οι γαμετοί εμφανίζονται σε διαφορετικά μέρη ή όταν εκδιώχθηκαν στο νερό, όπως και στα θαλάσσια είδη..

Σε μερικά τρηματώματα και ολιγοχέες η αυτο-γονιμοποίηση συμβαίνει μετά από μια απαραίτητη συσσώρευση στο ίδιο άτομο.

Πλεονεκτήματα της αυτο-γονιμοποίησης

Υπάρχουν ορισμένα πλεονεκτήματα της αυτο-γονιμοποίησης βραχυπρόθεσμα. Πρώτον, τόσο οι αρσενικοί όσο και οι θηλυκοί γαμέτες προέρχονται από το ίδιο γονικό άτομο.

Ως εκ τούτου, οι οργανισμοί επωφελούνται από μια επιπλέον 50% μετάδοση των γονιδίων τους - σε σύγκριση με μόνο το 50% της τυπικής συμβολής της σεξουαλικής αναπαραγωγής, καθώς το υπόλοιπο 50% αντιστοιχεί σε εκείνο που συνέβαλε ο σεξουαλικός σύντροφος.

Η αυτοεφύτευση μπορεί επίσης να ευνοηθεί όταν η περιοχή που κατοικεί στο εν λόγω είδος χαρακτηρίζεται από μικρό αριθμό πιθανών εταίρων ή, στην περίπτωση των φυτών, σε περιοχές όπου υπάρχει ελάχιστη διαθεσιμότητα επικονιαστών.

Επιπλέον, στα είδη των φυτών, η αυτοεφύτευση θα οδηγούσε σε εξοικονόμηση ενέργειας, καθώς τα άνθη των φυτών αυτών ενδέχεται να είναι μικρά (δεν χρειάζεται πλέον να είναι μεγάλα και ορατά για την προσέλκυση επικονιαστών) με περιορισμένη ποσότητα γύρης.

Έτσι, η αυτο-γονιμοποίηση εξασφαλίζει την αναπαραγωγή και αυξάνει τον αποικισμό της περιοχής. Η πιο αποδεκτή οικολογική υπόθεση για να εξηγήσουμε την εξέλιξη της αυτο-γονιμοποίησης σχετίζεται με την εγγύηση της αναπαραγωγής.

Μειονεκτήματα της αυτο-γονιμοποίησης

Το κύριο μειονέκτημα της αυτοδιάθεσης θεωρείται κατάθλιψη από συνάφεια. Αυτό το φαινόμενο συνεπάγεται τη μείωση του γυμναστήριο ή τη βιολογική στάση των συγγενών απογόνων σε σχέση με τους διασταυρωμένους απογόνους.

Για το λόγο αυτό, υπάρχουν είδη που, αν και είναι ερμαφροδιτικά, διαθέτουν μηχανισμούς για την αποφυγή της αυτο-γονιμοποίησης. Οι κύριοι μηχανισμοί θα εξεταστούν στο επόμενο τμήμα.

Το σημερινό όραμα της εξέλιξης της αυτο-γονιμοποίησης περιλαμβάνει οικολογικές και εξελικτικές δυνάμεις. Από την οπτική του Fisher, γίνεται μια αλληλεπίδραση μεταξύ των προφανών πλεονεκτημάτων της αυτο-γονιμοποίησης και της κατάθλιψης μέσω της αναπαραγωγής.

Αυτό το μοντέλο προβλέπει το σχηματισμό αυτο-επικονίασης ή καθαρών σταυρών, ως αποτέλεσμα της διαταρακτικής επιλογής (όταν ευνοεί τα άκρα ενός χαρακτήρα), γεγονός που δεν ευνοεί την αύξηση της συχνότητας των ενδιάμεσων παραλλαγών.

Με αυτό τον τρόπο, τα μοντέλα προτείνουν την εξέλιξη αυτού του συστήματος ως αλληλεπίδρασης των οφελών του με τα μειονεκτήματα.

Τα οικολογικά μοντέλα, από την άλλη πλευρά, προτείνουν τα ενδιάμεσα ποσοστά αυτο-γονιμοποίησης.

Μηχανισμοί που αποτρέπουν την αυτο-γονιμοποίηση στα φυτά

Είναι ευρέως γνωστό ότι η σεξουαλική αναπαραγωγή δίνει τεράστια πλεονεκτήματα. Το φύλο αυξάνει τη γενετική ποικιλότητα των απογόνων, γεγονός που μεταφράζει σε μεγαλύτερη πιθανότητα ότι οι διάδοχοι μπορούν να αντιμετωπίσουν μεγαλύτερες προκλήσεις, όπως περιβαλλοντικές μεταβολές, παθογόνους οργανισμούς, μεταξύ άλλων..

Αντίθετα, η αυτο-γονιμοποίηση παρατηρείται σε ορισμένα φυτά και ζώα. Προτείνεται ότι αυτή η διαδικασία θα διασφαλίσει ότι το νέο άτομο θα αναπτυχθεί πλήρως, καθώς θα είναι επίσης μια βιώσιμη στρατηγική - αν και εξαρτάται από τα είδη και τις περιβαλλοντικές συνθήκες.

Έχει βρεθεί ότι σε διάφορους αγγειόσπερμας υπάρχουν μηχανισμοί που εμποδίζουν την αυτο-γονιμοποίηση σε ερμαφροδιτικούς οργανισμούς, περιπλέκοντας με διάφορους τρόπους ότι το λουλούδι μπορεί να γονιμοποιηθεί.

Αυτά τα εμπόδια αυξάνουν τη γενετική ποικιλότητα του πληθυσμού, καθώς επιδιώκουν να διασφαλίσουν ότι οι θηλυκοί θηλυκοί γαμέτες προέρχονται από διάφορους γονείς.

Τα φυτά που παρουσιάζουν λουλούδια με στήμονες και λειτουργικά χοιροστάσια αποφεύγουν την αυτο-γονιμοποίηση με την απόκλιση του χρόνου ωρίμανσης των δομών. Μια άλλη μέθοδος είναι μια δομική διάταξη που εμποδίζει τη μεταφορά της γύρης.

Ο συνηθέστερος μηχανισμός είναι αυτοσυμβατότητα. Σε αυτή την περίπτωση, τα φυτά τείνουν να απορρίπτουν τη δική τους γύρη.

Αναφορές

  1. Jarne, Ρ. & Auld, J. R. (2006). Τα ζώα αναμιγνύουν επίσης: η κατανομή της αυτο-γονιμοποίησης μεταξύ των ερμαφροδιτικών ζώων. Εξέλιξη, 60(9), 1816-1824.
  2. Jiménez-Durán, Κ., & Cruz-García, F. (2011). Σεξουαλική ασυμβατότητα, ένας γενετικός μηχανισμός που αποτρέπει την αυτο-γονιμοποίηση και συμβάλλει στην ποικιλομορφία των φυτών. Μεξικάνικο περιοδικό αναπαραγωγής, 34(1), 1-9.
  3. Lande, R. & Schemske, D.W. (1985). Η εξέλιξη της αυτο-γονιμοποίησης και της κατάθλιψης των φυτών. I. Γενετικά μοντέλα. Εξέλιξη, 39(1), 24-40.
  4. Schärer, L., Janicke, Τ. & Ramm, S.A. (2015). Σεξουαλική σύγκρουση σε ερμαφρόδιτες. Cold Spring Harbor προοπτικές στη βιολογία, 7(1), a017673.
  5. Slotte, Τ., Hazzouri, Κ.Μ., Αgren, J.A., Koenig, D., Maumus, F., Guo, Υ. L., & Wang, W. (2013). Το γονιδίωμα Capsella rubella και οι γενωμικές συνέπειες της γρήγορης εξέλιξης του ζευγαρωτού συστήματος. Γενετική της φύσης, 45(7), 831.
  6. Wright, S. Ι., Kalisz, S., & Slotte, Τ. (2013). Εξελικτικές συνέπειες της αυτο-γονιμοποίησης στα φυτά. Πρακτικά. Βιολογικές επιστήμες, 280(1760), 20130133.