Rozmnażanie i rozwój ZAKŁAD FIZJOLOGII ZWIERZĄT, INSTYTUT ZOOLOGII WYDZIAŁ BIOLOGII, UNIWERSYTET WARSZAWSKI

Transkrypt

1 Rozmnażanie i rozwój DR MAGDALENA MARKOWSKA ZAKŁAD FIZJOLOGII ZWIERZĄT, INSTYTUT ZOOLOGII WYDZIAŁ BIOLOGII, UNIWERSYTET WARSZAWSKI

2 Rozmnażanie wydanie potomstwa, zachowanie gatunku źródło zmienności, wartość adaptacyjna AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 2

3 R&R Życie zaczyna się od jednej komórki. Rozród płciowy Determinacja płci Gametogeneza Kojarzenie, kopulacja Zapłodnienie Rozwój AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 3

4 Rozmnażanie płciowe rozmnażanie płciowe powstawanie potomstwa z dwojga rodziców, których wkład materiału genetycznego jest niemal równocenny pojawia się u wczesnych Eukariontów tj. u pierwotniaków (Protista) samce mają jądra, które wytwarzają małe gamety (plemniki) samice mają jajniki, które wytwarzają duże gamety (komórki jajowe) AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 4

5 Zmienność Podczas rozmnażania płciowego tworzy się różnorodność genetyczna poprzez: wytwarzanie haploidalnych gamet z diploidalnych rodziców rekombinacja tworzy hybrydowe chromosomy diploidalne potomstwo jest unikalną kombinacją różnych wariantów wynikającą z pierwszych dwóch procesów Podczas rozmnażania płciowego tworzą się nowe genotypy AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 5

6 Gametogeneza AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 6

7 Produkcja komórki jajowej o jajnik zbudowany jest z wytwarzających komórki jajowe oogoniów i otaczających je komórek somatycznych o proces oogenezy do stadium oocytu pierwszego rzędu zachodzi na początku życia samicy, ale ostatnie stadia zachodzą w życiu dorosłym o komórki pęcherzykowe kontrolują oogenezę dzięki oddziaływaniom parakrynowym AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 7

8 Produkcja komórki jajowej o przed owulacją część pęcherzyków stymulowana jest do dojrzewania (follikulogeneza) o u kręgowców oocyty czerpią związki odżywcze z somatycznych komórek pęcherzykowych o gdy pęcherzyk pęka, komórka jajowa opuszcza jajnik i przemieszcza się do jamy ciała AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 8

9 Witellogeneza o witellogeneza produkcja żółtka o żółtko jest mieszaniną białek i tłuszczów o witellogeneza jest kontrolowana przez gamę hormonów a czynniki zewnętrzne stymulują OUN do wydzielania czynników stymulujących ten proces AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 9

10 Spermatogeneza U wielu gatunków jądra produkują plemniki od okresu dojrzałości do późnego wieku Jądra produkują plemniki w kanalikach nasiennych, które zbudowane są z: Komórek Leydiga produkujących testosteron Komórek Sertoliego Plemniki w różnym stadium rozwoju AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 10

11 Uwalnianie plemników Prawie dojrzałe plemniki, które nie mogą się jeszcze przemieszczać uwalniane są do światła kanalika nasiennego Sperma jest magazynowana w najądrzu gdzie ulega dojrzewaniu Podczas ejakulacji sperma jest wprowadzana w ruch przez rzęski i/lub mięśnie gładkie i przemieszcza się przez nasieniowód do cewki moczowej AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 11

12 Uwalnianie plemników Uwalnianie plemników Podczas uwalniania sperma jest omywana przez płyn nasienny Pęcherzyki nasienne produkują płyn o zasadowym ph zawierający składniki odżywcze Prostata wydziela składniki odżywcze głównie cytrynian Gruczoł opuszkowo-cewkowy wydziela śluz jako związek nawilżający U niektórych gatunków (np. ssaki) plemniki są zdolne do zapłodnienia komórki jajowej jedynie po wniknięciu do dróg rodnych samicy (kapacytacja). AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 12

13 Uwalnianie plemników AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 13

14 Narządy kopulacyjne samców Samce wielu gatunków zwierząt, u których występuje zapłodnienie wewnętrzne posiadają narząd kopulacyjny usprawniający przemieszczanie się spermy. Ptaki stanowią wyjątek. Rodzaje narządów kopulacyjnych: opająki mają wyspecjalizowany wyrostek podobny do nogi oniektóre ryby mają przekształconą płetwę brzuszną ou wielu gadów w okolicach kloaki znajduje się wyrostek nazywany hemipene openis właściwy bezpośrednie przedłużenie układu rozrodczego samców AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 14

15 Penis u ssaków Zmiany w ukrwieniu powodują zmiany kształtu (erekcja). Zwiększony napływ krwi do penisa połączony z zahamowanym wypływem żylnym powoduje erekcję. Część samców ssaków ma kość w penisie (os penis). AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 15

16 Aktywność plemników Aktywność zmienia się pod wpływem różnych czynników: związki chemokinetyczne pobudzają plemniki do szybszego poruszania się związki chemotaktyczne pobudzają plemniki do poruszania się Są to aminokwasy, peptydy, sulfonowane steroidy wydzielane przez drogi rodne samicy i/lub komórkę jajową. AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 16

17 Przechowywanie i współzawodnictwo plemników Samice niektórych gatunków posiadają komory w których przechowują spermę - umożliwia to zachowanie rozmnażania płciowego nawet wtedy kiedy samica rzadko spotyka samca. U niektórych gatunków samice kopulują z kilkoma samcami (poliandria), w takiej sytuacji plemniki muszą ze sobą konkurować o zapłodnienie komórki jajowej. AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 17

18 Opóźnione zagnieżdżenie U niektórych ssaków (np. waleni) rozwój zarodka jest dostosowany do warunków zewnętrznych. U waleni zapłodniona komórka jajowa rozwija się w macicy do wczesnego stadium blastocysty ( komórek) ale zagnieżdżenie jest opóźnione. Może to być obligatoryjny lub opportunistyczny mechanizm. AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 18

19 Hormony płciowe Regulują, biorą udział w Rozwoju Dojrzewaniu płciowym Gametogenezie Doborze partnera, kopulacji U poszczególnych gatunków samce i samice wytwarzają te same hormony, które jednak pełnią specyficzne funkcje np. testosteron Wyróżniamy różnego rodzaju hormony płciowe: ekdysteroidy, hormoney juwenilne, androgeny (np. testosteron), estrogeny AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 19

20 Hormony płciowe Regulują procesy fizjologiczne poprzez wpływ na ekspresję genów. U kręgowców wszystkie są steroidami, pochodnymi cholesterolu: syntetyzowane w gonadach i nadnerczach androgeny wpływają na 2 i 3 rzędowe cechy płciowe samców, np. testosteron estrogeny wpływają na układ rozrodczy samic, są pochodną androgenów AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 20

21 Hormony płciowe Kręgowce AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 21

22 Gonadotropiny Niesteroidowe hormony syntetyzowane w gruczołowej części przysadki. Kontrolują syntezę hormonów steroidowych w gonadach. Są nimi: hormon folikulotropowy (FSH) hormon lutenizujący (LH) gonadotropina kosmówkowa (tylko naczelne) Uwalnianie gonadotropin regulowane jest przez podwzgórzowy hormon uwalniający gonadotropiny (GnRH) AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 22

23 Gonadotropiny AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 23

24 Cykl rozrodczy u ssaków Zachowania rozrodcze samic ssaków są ściśle związane z cyklem owulacyjnym (cykl estralny). Ze względu na liczbę i czas występowania owulacji wyróżniamy samice: monoestralne pojedynczy cykl w ciągu roku, np. psowate poliestralne wielokrotne cykle w ciągu roku np. naczelne (często nazywany cyklem menstruacyjnym) AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 24

25 Cykl rozrodczy ssaków Różnice pomiędzy cyklem estralnym a menstruacyjnym: Estralny: zachowania rozrodcze związane z jedną określona fazą cyklu złuszczanie tkanki macicznej minimalne Menstruacyjny: receptywność samicy w ciągu wszystkich faz cyklu spore złuszczanie tkanki macicy AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 25

26 Cykl owulacyjny Cykl estralny ma 4 fazy: estrus metaestrus diestrus proestrus Cykl menstruacyjny ma 2 fazy: pęcherzykową (folikularną) lutealną AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 26

27 Cykl owulacyjny AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 27

28 Rozród a sezon Reproduktory krótkiego dnia Reproduktory długiego dnia Byk jelenia na rykowisku Mysz leśna AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 28

29 ciężar pary jąder (g) testosteron (mg/dl) ciężar macicy (g) estradiol (mg/dl) Sezonowe zmiany w układzie rozrodczym chomika syberyjskiego * 10 0 LD LD SD LD SD 0,6 0,5 0,5 0,4 0,4 0,3 SD 0,3 0,2 0,2 0,1 * * 0,1 * * 0,0 LD SD 0,0 LD SD Pawlak, 2008 AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 29

30 Regulacja rozrodu Melatonina Długi dzień Szyszynka Melatonina Jądra (>500 mg) Krótki dzień Szyszynka Jądra (<100 mg) Goldman, 1999 AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 30

31 Łożysko Łożysko powierzchnia rozdzielająca między matką a płodem zbudowane z komórek pochodzących z obu ciał Po kilku dniach podziałów komórkowych zewnętrzna warstwa komórek zapłodnionej komórki jajowej różnicują się i tworzą trofoblast umożliwiający zagnieżdżenie Komórki trofoblastu penetrują śluzówkę macicy (endometrium), tworzy się zaczątek łożyska Pierwszy trymestr łożysko pełni istotna rolę dla przeżycia zarodka Kosmówka wydziela gonadotropinę kosmówkową (CG), która pobudza ciałko żółte (corpus luteum) do wydzielania estrogenu i progesteronu W późnej ciąży łożysko samo syntetyzuje estrogen i progesteron AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 32

32 Łożysko AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 33

33 Poród Indukowany przez skurcze mięśni gładkich macicy. Rozpoczyna się pod wpływem zmian hormonalnych. 1) poziom progesteronu obniża się co umożliwia skurcze mięśni gładkich macicy 2) prostaglandyny i oksytocyna stymulują skurcze mięśni gładkich komórki płodu wytwarzają oksytocynę, która stymuluje macicę do wydzielania prostaglandyn oxytocyna wydzielana jest z nerwowej części przysadki Łożysko jest rodzone tuż po porodzie płodu. AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 34

34 Synteza i wydzielanie mleka Prolaktyna hormon peptydowy wydzielany przez przysadkę stymulujący syntezę mleka zwiększa masę gruczołów mlekowych wydzielana jest pod wpływem zwiększonego poziomu estrogenów podczas ciąży Wysoki poziom progesteronu podczas ciąży hamuje produkcję mleka. Prolaktyna stymuluje opiekę nad potomstwem. AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 35

35 Budowa gruczołu mlekowego Podobny do gruczołu łojowego. Związany z kłębuszkami włosowymi. Dwa rodzaje komórek: zewnątrzwydzielnicze wydzielają mleko mięśniowo-nabłonkowe kontrolują wydzielanie mleka AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 36

36 Skład mleka Źródło wody, soli mineralnych i składników odżywczych. Skład zmienia się wraz z czasem wydzielania. Siara pierwsza część mleka bogata w czynniki immunoprotekcyjne, czynniki wzrostu, sole mineralne i witaminy A i D Wraz z zanikaniem siary mleko wzbogacane jest w tłuszcze, węglowodany (laktoza) i białka (kazeina) AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 37

37 Skład % mleka gatunek woda węglowodany białka tłuszcze energia człowiek 88 6, krowa 3,4 4 foka 58 nosorożec 95 1,2 0,3 lis polarny lis niedźwiedź polarny biruang malajski pies koty 5-10 stekowce (początek) 9 ~1 (koniec) ~ AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 38

38 Potomstwo strategia rozrodcza r liczne, małe potomstwo strategia rozrodcza K nieliczne, duże potomstwo zagniazdowniki po wykluciu, urodzeniu są zdolne do samodzielnego życia gniazdowniki - po wykluciu, urodzeniu są niezdolne do samodzielnego życia AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 39

39 Rozwój złożony Rozwój złożony z przeobrażeniem niezupełnymhemimetabolia Rozwój złożony z przeobrażeniem zupełnymholometabolia jajo jajo larwa larwa poczwarka imago nimfa imago AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 40

40 Hormony płciowe Ekdysteroidy (pochodne cholesterolu) kontrolują procesy rozrodcze i rozwój syntetyzowane w gruczołach protorakalnych i gonadach Juwenoidy, hormon juwenilny JH (pochodne kwasów tłuszczowych) okontrolują rozród, rozwój, metamorfozę, przepoczwarzanie i metabolizm osyntetyzowane w corpora allata AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 41

41 Hormony płciowe AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 42

42 Regulacja metamorfozy owadów Od stężenie hormonu juwenilnego (JH) w hemolimfie zależy charakter kolejnego linienia: Wysoki poziom: linienie larwalno-larwalne, Niski poziom: linienie larwalno-poczwarkowe. AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 43

43 Regulacja metamorfozy owadów AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 44

44 Regulacja metamorfozy owadów AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 45

45 JH Nazwa pochodzi od charakterystycznej funkcji utrzymywanie larw stawonogów w stanie larwalnym U niektórych owadów jedynie wyraźny spadek poziomu JH umożliwia przejście w stan poczwarki AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 46

46 Stadia larwalne innych bezkręgowców AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 47

47 Stadia larwalne u ryb AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 48

48 Stadia larwalne u płazów AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 49

49 Strategie rozrodcze Jajorodność Jajo jest składane na zewnątrz i cały rozwój zarodka zachodzi w jaju z wykorzystaniem jego materiałów zapasowych Zapłodnienie zewnętrzne (ryby, płazy) lub wewnętrzne (ptaki i gady) Żyworodność Potomstwo rozwija się w łonie matki Zapłodnienie wewnętrzne Zachodzi u ssaków i sporadycznie u innych taksonów AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 50

50 Strategie rozrodcze Jajożyworodność Młode rozwijają się w ciele matki, ale zasoby czerpią z jajka Wyklucie zachodzi w ciele matki Zapłodnienie wewnętrzne Rekiny, gady i wiele bezkręgowców AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 51

51 Budowa jaja - wodne Zwierzęta wodne mają jaja przepuszczalne dla wody Ryby i płazy wytwarzają proste żelatynowe jaja, które podczas przechodzenia przez układ rozrodczy pokrywane są lepką otoczką Jaja te składane są do wody niezapłodnione AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 52

52 Gdzie schować zapłodnione jaja? Grzbietoród amerykański (Pipa pipa) Żaba Darwina (Rhinoderma darwinii) AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 53

53 Budowa jaja - lądowe Jaja zwierząt lądowych chronione są przed wysychaniem Owady mają białkopodobną kosmówkę Gady i ptaki mają jaja z utwardzoną skorupką zbudowaną z węglanu wapnia Ponieważ skorupa jest nieprzepuszczalna dla wody zapłodnienie musi być wewnętrzne U ssaków łożyskowych i torbaczy nie ma skorupki a jajo rozwija się wewnątrz ciała AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 54

54 Błony płodowe Krótko po zapłodnieniu tworzą się u owodniowców (gady-ssaki) 4 błony płodowe Kosmówka (Chorion) najbardziej zewnętrzna błona; powierzchnia wymiany gazowej Owodnia (Amnion) otacza zarodek; wypełniona jest płynem, który działa amortyzująco i stwarza odpowiednie środowisko osmotyczne Omocznia (Allantois) mocno ukrwiona; przenosi gazy oddechowe pomiędzy zarodkiem a zewnętrzną powierzchnią; jest magazynem metabolitów azotowych u ptaków i gadów Woreczek żółtkowy (Yolk sac) otacza żółtko i wydziela enzymy trawienne AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 55

55 Gdzie trzymane są jaja bezkręgowców? AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 56

56 Determinacja płci Determinacja płci Ssaki: obecność chromosomu Y samiec (XY), samica (XX) Ptaki i motyle: samice są heterozygotyczne (ZW) a samce są homozygotyczne (ZZ) U innych gatunków: czynniki środowiskowe (np. temperatura u gadów) lub zapłodnienie (u pszczół z zapłodnionych jaj wykluwają się diploidalne samice a z niezapłodnionych haploidalne samce) AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 57

57 TSD Temperature-dependent sex determination AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 58

58 Mechanizm TSD AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 59

59 Zmiany płci w trakcie życia ryby AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 60

60 Zmiany płci w trakcie życia AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 61

61 Hermafrodytyzm - obojnactwo Osobnik ma zdolność do wytwarzania plemników i komórek jajowych Obojnactwo następcze produkowane są plemniki i komórki jajowe nie równocześnie a w zależności od warunków środowiska AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 62

62 Rozmnażanie bezpłciowe Korzystne dla zwierząt żyjących w stałych, niezmiennych warunkach środowiskowych Klony odłączające się fragmenty ciała; umożliwia pojedynczym organizmom powstawanie kolonii np. koralowce Partenogeneza rozwój osobników potomnych z niezapłodnionej komórki jajowej AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 63

63 Cykl życiowy Daphnia Daphnia hispanica AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 64

64 Dziękuję za uwagę AL - PODSTAWY FIZJOLOGII ZWIERZĄT 65