If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Ha webszűrőt használsz, győződj meg róla, hogy a *.kastatic.org és a *.kasandbox.org nincsenek blokkolva.

Fő tartalom

Az ivaros életciklusok

Az ivaros életciklusok típusai: diplonta, haplonta, és valódi nemzedékváltakozás.

Bevezetés

Kívántad valaha, hogy bárcsak klónozni tudnád magad, például hogy kétszer annyi dolgot csinálhass egy nap alatt? Mivel emberi lény vagy, ezért sajnos nem tudsz csak úgy kettéosztódni. Azonban ha másféle szervezet lennél (például tengeri csillag, vagy netán kaktusz), akkor saját magad klónozása nem lenne nagy ügy.
Egyes tengeri csillagok ugyanis képesek genetikailag velük teljesen egyező további tengeri csillagok létrehozására, például egyik karjuk letörésével, amely aztán teljes állattá fejlődik. Hasonlóképpen, bizonyos kaktuszok klónozni tudják saját magukat egyes elágazódásaik elengedésével, amelyek aztán legyökereznek és új, genetikailag egyező kaktuszokká alakulnak1.
Ezek a szaporodási formák az ivartalan (aszexuális) szaporodás példái. Az ivartalan szaporodás során a szülővel genetikailag teljesen egyező példány, egy klón jön létre. Ezzel szemben a legtöbb növényre, állatra és gombára az ivaros szaporodás jellemző.
Az ivaros szaporodás során két szülő ivarsejtjei (gamétái) olvadnak össze megtermékenyítéskor, egy új, genetikailag különböző egyed létrejöttét eredményezve. Egyes szervezetek, beleértve a fenti példában szereplő tengeri csillagot és kaktuszt is, választhatnak az ivaros és ivartalan szaporodás között1,2.
Az ivarosan szaporodó fajok életciklusukat tekintve rendelkeznek néhány alapvető hasonlósággal. Ilyen például a meiózis (amely során diploid sejtekből haploid sejtek jönnek létre) és a megtermékenyítés (amely során a haploid gaméták összeolvadnak, létrehozva egy diploid sejtet, a zigótát). Ezen alapvető tényezőkön túl azonban az ivaros szaporodás eltérő típusaival találkozhatunk. Ebben a leckében áttekintjük az ivaros életciklusok különböző típusait, amelyek a különféle szervezetekre jellemzőek, az embertől kezdve a páfrányokon át egészen a penészgombákig.

Az ivaros életciklus-típusok

Az ivaros életciklus magában foglalja a meiózis és a megtermékenyítés váltakozását. A meiózis az a folyamat, amely során diploid sejtekből haploidok jönnek létre, megtermékenyítéskor pedig két haploid sejt (két gaméta) olvad össze és hozza létre a diploid zigótát. Azonban az, hogy mi történik e két folyamat között, nagyban függ az adott szervezettől, és teljesen eltérő stratégiával találkozhatunk, ha összehasonlítunk például téged, egy gombát vagy mondjuk egy tölgyfát!
Három fő ivaros életciklus-típust különböztethetünk meg.
  • A diplonta típusú nemzedékváltakozás esetén jellemző a többsejtű diploid szerveződés, csak a gaméták haploidok. Ez a fajta nemzedékváltakozás jellemző az emberre és a legtöbb állatfajra.
  • A haplonta típusú nemzedékváltakozásra a többsejtű (néha egysejtű) haploid életszakasz dominanciája jellemző. Az egyetlen diploid sejt a zigóta. Haplonta életciklus fordul elő a gombáknál és egyes algáknál.
  • Valódi nemzedékváltakozás esetén mind a haploid, mind a diploid szakasz többsejtű, bár az egyes szakaszok súlya eltérő lehet fajtól függően. Ez a „stratégia” jellemző a növényekre és bizonyos algákra.
A következőkben részletesebben is megvizsgáljuk az egyes életciklus-típusokat.

Diplonta típusú nemzedékváltakozás

Szinte az összes állat életciklusa diplonta, ami azt jelenti, hogy csak a gaméták haploidok. Az állati embriófejlődés nagyon korai szakaszában elkülönülnek az ún. csírasejtek (priomordiális őssejteknek, vagy ősivarsejteknek is nevezik őket). A csírasejtek a fejlődő gonádokba (ivarszervekbe), vagyis a herékbe és petefészkekbe vándorolnak, ahol mitózissal további ősivarsejteket hoznak létre. Néhányuk azonban belép a meiózisba, és haploid gaméták alakulnak ki belőlük. (Az embernél a nőkben magzati korban létrejön a teljes csírasejtkészlet, a születés után új csírasejtek többé nem képződnek.) Megtermékenyítéskor két (általában eltérő egyedektől származó) gaméta összeolvad, helyreállítva a diploid kromoszómaszámot.
Az emberre diplonta típusú nemzedékváltakozás jellemző. A testi sejtek diploidok (2n), az ivarérettséget követően a petesejtek meiózisa a nők petefészkében, a hímivarsejteké a férfiak heréjében zajlik le. A petesejtek és a hímivarsejtek haploidok (n), és összeolvadásuk hozza létre a zigótát (2n). A zigótából mitózisok sorozatával fejlődik ki az új egyed.
Az ábra a következő munka átdolgozásával jött létre: OpenStax College, Biology: Sexual reproduction: Figure 1, (CC BY 3.0).

Haplonta típusú nemzedékváltakozás

A legtöbb gombára és néhány protisztára (egysejtű eukariótára) haplonta típusú nemzedékváltakozás jellemző. Ilyenkor az élőlény „teste” (vagyis a kifejlett, ökológiailag funkcionális forma) haploid.
Haplonta életciklusú például a kenyéren zöldesfekete foltokban megjelenő indáspenész. Életciklusát az alábbi ábra szemlélteti. E faj ivaros szaporodásakor két ellentétes ivarjellegű (eltérő párosodási típusú) egyed hifái (többsejtű, fonalas haploid struktúrái) elkezdenek egymás felé növekedni.
A hifák találkozásánál kialakul egy zigosporangiumnak nevezett struktúra. A zigosporangium egy sokmagvú képlet, amely a két szülő halpoid sejtmagjait tartalmazza. A haploid magvak páronként összeolvadnak. A keletkezett sokmagvú ún. kitartózigótát (helytelenül) zigospórának nevezik, amely diploid magvai zigóta-ekvivalensek.
Példa a haplonta típusú nemzedékváltakozásra: az indáspenész. Egy haploid spóra (1n) mitózisok sorozatával soksejtű, fonalas hifákból álló egyedet hoz létre (1n). Két ellentétes ivarjellegű (+ és - párosodási típusú) hifa nyúlványokat növeszt a másik irányába. E nyúlványok összeolvadásával alakul ki a zigosporangium, amelyben sok haploid mag található, vegyesen a két szülőtől. A haploid magvak összeolvadásával diploid magvak jönnek létre. A diploid magvakat tartalmazó képlet neve zigospóra. A diploid magvak megfelelő körülmények között belépnek a meiózisba, a keletkező haploid magvak egyesével sejtekbe záródnak. A keletkező egymagvú, haploid (1n) sejtek a spórák, amelyek sorozatos mitózisa a ciklust újraindítva létrehozza az új egyedet..
Az ábra a következő munka átdolgozásával jött létre: OpenStax College, Biology: Sexual reproduction: Figure 2, (CC BY 3.0).
A zigospóra hosszú ideig szunnyadhat, azonban megfelelő körülmények között a diploid magvak belépnek a meiózisba, amelynek végén haploid, egymagvú spórák keletkeznek4. Mivel számfelező (redukciós) osztódással jöttek létre, ezért valódi spóráknak, meiospóráknak nevezzük őket, és mindegyikük génállománya egyedi, csak rá jellemző. A spórák kicsíráznak, mitózisok sorozatával létrehozzák az új, soksejtű, haploid gombákat.

Valódi nemzedékváltakozás

Az életciklusok harmadik típusa a valódi nemzedékváltakozás. Tulajdonképpen a szélsőségesen diplonta és szélsőségesen haplonta típusok kombinációjának tekinthető. Valódi nemzedékváltakozás néhány algára és az összes növényre jellemző. E típus esetén haploid és diploid többsejtű életszakasz egyaránt előfordul.
A többsejtű növények (és algák) haploid életszakasza a gametofiton. (A magyar szaknyelvben az eltérő életszakaszokat gyakran nemzedékeknek nevezik, de ez helytelen abban az értelemben, hogy nem beszélhetünk külön generációkról, mint pl. az ember esetében.) A gaméták a gametofiton életszakaszban jönnek létre, specializált sejtek részvételével. A meiózis nem kapcsolódik közvetlenül az ivarsejtek képzéséhez: maga a gametofiton már haploid. A haploid gaméták összeolvadása hozza létre a diploid zigótát.
A zigóta mitotikus osztódásával indul a sporofiton életszakasz, és jön létre a diploid többsejtű növény. A sporofiton specializált sejtjei belépnek a meiózisba, és haploid spórákat hoznak létre. A spórákból fejlődik ki a többsejtű haploid gametofiton.
Példa a valódi nemzedékváltakozásra: egy páfrány életciklusa. A haploid (1n) spórák kicsíráznak, mitózisok sorozatával létrehozva a gametofitont, amelyet előtelepnek nevezünk (1n). A gametofiton specializált sejtjei mitózissal hímivarsejteket és petesejteket hoznak létre (1n). Ezek összeolvadásával jön létre a zigóta (2n). A zigóta számtartó osztódások sorozatával létrehozza azt a többsejtű, diploid sporofitont, amely megjelenik a lelki szemeink előtt ha „a” páfrányra gondolunk. A sporofitonon specializált sejtek, sporangiumok alakulnak ki, amelyeket spóratartó tokoknak nevezünk. A spóratartó tokokban jönnek létre meiózissal a haploid spórák (1n). A kiszabaduló spórák aztán kicsíráznak, újraindítva a ciklust.
Az ábra a következő munka átdolgozásával jött létre: OpenStax College, Biology: Sexual reproduction: Figure 3, (CC BY 3.0).
Bár minden ivarosan szaporodó növényre jellemző a valódi nemzedékváltakozás valamilyen formája, a sporofiton és a gametofiton egymáshoz viszonyított mérete, és a köztük lévő kapcsolat nagy változatosságot mutat a különböző fajok körében.
A mohák esetében például a gametofiton szabadon élő, viszonylag nagy méretű növényke, míg a sporofiton apró, és mivel nem fotoszintetizál, ezért túlélése a gametfitontól függ. Más növényeknél, mint amilyenek például a páfrányok is, a gametofiton és a sporofiton egyaránt szabadon élő, bár a sporofiton jellemzően sokkal nagyobb: ez az a forma, amelyet a köznyelv páfránynak nevez.
A virágos növényeknél, mint amilyen a tölgyfa vagy a százszorszép is, a sporofiton sokkal nagyobb, mint a gametofiton. Valójában amit „növénynek” nevezünk, az szinte csaknem teljesen sporofiton szövet. A gametofiton mindössze néhány sejtre korlátozódik, és női gametofiton esetén teljes egészében a sporofitonon (a virágon) belül helyezkedik el.

Miért olyan elterjedt az ivaros szaporodás?

Bizonyos szempontból a genetikailag egyező klónokat eredményező ivartalan szaporodás („sokszorozódás”) sokkal egyszerűbb és eredményesebb megoldásnak tűnik, mint az ivaros szaporodás. Végül is ha a szülő sikeresen túlél az adott környezetben, miért ne lehetnének az utódok is hasonlóan sikeresek? Az ivartalan szaporodáshoz ráadásul nem kell egy további egyed, meg lehet spórolni a párkeresés bonyolult procedúráját, ami lehetővé teszi a szaporodást egy bármilyen oknál fogva izolálódott egyed számára is.
A fenti előnyök ellenére nagyon kevés olyan többsejtű szervezet ismert, amely kizárólag ivartalanul szaporodik. Mégis, mi az oka annak, hogy ennyire elterjedt az ivaros szaporodás? E kérdés régóta heves viták tárgya, a kutatók között mind a mai napig nincs egyetértés. Általánosságban elmondható, hogy az ivaros szaporodás evolúciós szempontból előnyös, ezért lehet olyan széles körben elterjedt a ma élő fajok körében. Az előny abban áll, hogy növeli a genetikai sokféleséget, új és új változatok sokaságát hozva létre. A változatosság növeléséért a következő mechanizmusok felelősek: az allélok rekombinálódása a meiózis I profázisában, a homológ párok véletlenszerű orientálódása a metafázis I középsíkja mentén, továbbá maga a megtermékenyítés, vagyis hogy a sokféle gamétából mely kettő lesz az, amelyből az új élet létrejön.
Hogy miért olyan jó dolog a genetikai sokféleség? Példaképpen gondoljunk egy olyan helyzetre, amelyben egy populáció környezete megváltozik, például megjelenik egy új patogén, vagy felbukkan egy új predátor (ragadozó). Az ivaros szaporodás folyamatosan ontja az újabb és újabb véletlenszerű allélkombinációkat, megnövelve annak a valószínűségét, hogy lesz majd a populációban egy vagy több olyan egyed, amely sikeresebben fog túlélni a megváltozott környezetben (például mert reizisztens lesz a patogénre, vagy gyorsabban fog tudni elmenekülni a predátor elől).
Több generáció alatt a sikeresebb génváltozatok elterjednek a populációban, lehetővé téve az alkalmazkodást, vagyis a csoport egészének túlélését a megváltozott környezetben.

Szeretnél részt venni a beszélgetésben?

Még nincs hozzászólás.
Tudsz angolul? Kattints ide, ha meg szeretnéd nézni, milyen beszélgetések folynak a Khan Academy angol nyelvű oldalán.