dr hab. Katarzyna Szczepańska dr hab. Paweł Majewski dr hab. Piotr Bębas

Transkrypt

1 dr hab. Katarzyna Szczepańska dr hab. Paweł Majewski dr hab. Piotr Bębas

2 U podstaw każdego rozmnażania leży podział - fizyczny podział organizmu na części - podział komórek będących organizmem lub dających początek nowemu organizmowi - potomkowi podziałowi komórkowemu towarzyszy rozdział materiału genetycznego do komórek potomnych, dzięki temu zachowana jest ciągłość przepływu informacji genetycznej między pokoleniami

3 Podział na części i w konsekwencji rozmnażanie organizmu rozmnażanie bezpłciowe Podział poprzeczny wirki Pączkowanie parzydełkowce, robaki płaskie (tasiemce) Fragmentacja/regeneracja - wirki, pierścienice (skąpoi wieloszczety), szkarłupnie (rozgwiazdy)

4 Zalety i wady wynikające z rozmnażania bezpłciowego Zalety - Szybki wzrost populacji - Mniejsze nakłady energetyczne koniczne do reprodukcji - Wszystkie osobniki zdolne do reprodukcji (nie tylko samice) - Jeden organizm może stworzyć populację - Mniejsza szansa wyginięcia - Każdy potomek jest kopią rodzica Wady Brak zmienności genetycznej - podatność na czynniki niekorzystne - trudność w adaptacji do zmian w środowisku - utrzymywanie niekorzystnej zmiany

5 Rozmnażanie płciowe Nowy organizm powstaje po połączeniu dwóch komórek zwanych gametami w procesie określanym jako zapłodnienie

6 Gamety powstają w czasie mejozy czyli podziału redukującego liczbę chromosomów PIERWSZY PODZIAŁ MEJOTYCZNY PROFAZA I Zanika otoczka jądrowa, chromosomy kondensują i układają się parami METAFAZA I Chromosomy lokalizują się centralnie i podczepiają do mikrotubul wrzeciona podziałowego ANAFAZA I Chromosomy homologiczne rozdzielają się i są transportowane do przeciwległych biegunów komórki TELOFAZA I Odtwarzana jest otoczka jądrowa wokół chromosomów których liczba została zredukowana. Rozdzielana jest cytoplazma do dwóch potomnych komórek

7 Gamety powstają w czasie mejozy czyli w konsekwencji podziału mejotycznego DRUGI PODZIAŁ MEJOTYCZNY METAFAZA II Chromatydy siostrzane układają się w centrum ANAFAZA II Chromatydy siostrzane wędrują do przeciwnych biegunów komórki PROFAZA II Zanika otoczka jądrowa TELOFAZA II Odtwarzana jest otoczka jądrowa wokół chromatyd siostrzanych. Dzielona jest cytoplazma między komórki potomne

8 Gdy w rozmnażaniu bierze udział samiec i samica to w czasie mejozy u każdej z płaci powstaje różna liczba komórek u samic 1 a u samców zwykle 4 Podział mejotyczny jest asymetryczny Podział mejotyczny jest symetryczny

9 Komórka żeńska łączy się z plemnikiem na różnych etapach dojrzewania charakterystycznych dla grupy Owady Szkarłupnie Ryby Płazy Gady Ptaki SSaki metafaza I jajo metafaza II metafaza II metafaza II metafaza II metafaza II

10 Powstanie komórki zdolnej do zapłodnienia wiąże się z oddziaływaniami między komórkami somatycznymi i linii płciowej Komórki pęcherzykowe Oocyty i komórki pęcherzykowe Komórki osłonki wewnętrzne Komórki osłonki zewnętrzne Ciałko żółte progesteron/błona śluzowa macicy Komórki osłonki i pęcherzykowe Pęcherzyk antralny Pęcherzyk dojrzewający Osłonka wewnętrzna zwiera receptory wrażliwe na LH pod wpływem którego produkują androstendion, który w komórkach folikularnych (ziarnistych) przekształcany jest do estrogenów; po owulacji komórki wchodzą w skład ciałka żółtego produkującego androgeny i progesteron

11 U owadów w dojrzewanie oocytu zaangażowane są komórki linii płciowej (siostrzane, opiekuńcze oocytu) i somatyczne (folikularne, pęcherzykowe) Germarium Germarium Germarium BRAK Kom. siostrzanych Kom. siostrzane Sznur odżywczy Kom. siostrzane Kom. folikularne panoistyczny Oocyt ważki, widelnice, straszyki, prostoskrzydłe, karaczany, terminty Kom. folikularne Oocyt meroistyczny telotroficzny pluskwiaki, chrząszcze, wielbłądki, wielkoskrzydłe Kom. folikularne Oocyt politroficzny gryzki, wszy i wszoły, błonkówki, chruściki, łuskoskrzydłe, muchówki Oocytem staje się jedna z komórek (cystocytów) o największej liczbie połączeń z innymi komórkami linii płciowej

12 Ilość żółtka, położenie żółtka Klasyfikacja pod względem ilości żółtka -jaja alecytalne, bezżółtkowe, u ssaków łożyskowych -jaja oligolecytalne/mikrolecylatne, skąpożóltkowe, u bezczaszkowców -jaja mezolecytalne, średniożółtkowe, u szkarłupni i płazów -polilecytalne, bogatożóltkowe, u stawonogów, gadów, ptaków, stekowców, torbaczy Jaja średnio i bogatożółtkowe dzielimy na 3 grupy w zależności od tego jak położone jest żółtko w jaju: -izolecytalne: żóltko jest równomiernie rozproszone w cytoplazmie (szkarłupnie) -telolecytalne: kula żółtka skupiona jest na jednym biegunie. Na drugim jest skupiona cytoplazma (gady, ptaki, stekowce) -centrolecytalne: kula żółtka znajduje się w centrum komórki, a cytoplazma na obrzeżach (owady)

13 Wytworzenie plemników także wymaga skoordynowanego współdziałania komórek linii płciowej i somatycznej Mysz - w części podstawnej nabłonka płciowego znajdują się komórki macierzyste linii płciowej centrum organizacyjne stanowią liczne komórki Sertolego Drosophila w germarium znajdują się centra organizacji cyst ze spermatogoniami centrum organizacyjne to komórki apikalne, jedna na pęcherzyk nasienny

14 Nabłonek plemnikotwórczy i pęcherzyki nasienne w jądrach owadów od części bazalnej do apikalnej

15 Polimorfizm plemników Dimorfizm plemniki apyrenowe i eupyrenowe u łuskoskrzydłych Polimegalia u muchówek Drosophila obscura Polimorfizm u pluskwiaków; różnej długości główki plemników

16 Po zapłodnieniu i wytworzeniu zygoty rozpoczyna się bruzdkowanie ma różny przebieg (głównie za sprawą zawartości i lokalizacji żółtka) Ze względu na położenie płaszczyzn podziałowych względem osi zarodka i położenia powstających blastomerów bruzdkowanie klasyfikujemy jako Całkowite (bruzdkuje cała zygota) Radialne (szkarłupnie, bezczaszkowce) Spiralne (pierścienice, mięczaki, robali płaskie) równomiernie Bilateralne (osłonice) Rotacyjne (ssaki, nicienie) nie-równomiernie biegun wegetatywny centralnie Radialne (płazy) Częściowe (bruzdkuje część zygoty cytoplazma z jądrami, pozbawiona żółtka) Bilateralne (głowonogi) blastodysk Tarczowe (ryby, gady, ptaki) Powierzchniowe (owady)

17 Rozmnażanie płciowe Zalety - większa różnorodność genetyczna potomstwa - zwiększona możliwość adaptacji - większa szansa na mutacje i przez to zmienność - większa szansa na przetrwanie w przypadku styczności ze zmianami środowiskowymi Wady - wymagane skojarzenie dwóch gamet - ogromne nakłady energetyczne na zaopatrzenie zarodka/potomka w zasoby na wczesnych etapach rozwoju - duże nakłady energetyczne na zdobycie partnera ryzyko zjedzenia przez drapieżniki - długi okres w życiu gdy nie zachodzi rozmnażanie (okres poprzedzający dojrzewanie płciowe) - z dobrych jakościowo rodziców może powstać kiepskie jakościowo potomstwo - - produkcja niewielkiej liczby potomstwa bo proces nie odbywa się ciągle (np. w czasie ciąży)

18 Po zakończeniu rozwoju embrionalnego ciało matki lub osłonki jajowe opuszcza forma młodociana (podobna lub niepodobna do osobnika dorosłego), niezdolna do rozrodu Dalszy rozwój związany jest ze wzrostem i przekształceniem do formy dojrzałej (zdolnej do rozrodu) Jest realizowany poprzez stopniowe przemiany lub skokowo podczas metamorfozy (z metamorfozą związane jest występowanie minimum jednego stadium larwalnego) Rozwój prosty Rozwój złożony Przeobrażenie niezupełne Przeobrażenie zupełne

19 W czasie rozwoju często występuje wiele rodzajów larw nauplius wąsonogi widłonogi dzisięcionogii nauplius cypris protozoe myzis dzisięcionogii dzisięcionogii

20 Jednym z głównych celów wytwarzania wolnopływających (lub transportowanych przez żywiciela) larw jest dyspersja małż morski wieloszczet małż słodkowodny rozgwiazda

21 Jednym z lepiej poznanych form dyspersyjnych są trochofora i larwy szkarłupni echinopluteus jeżowców ofiopluteus jeżowców bipinaria rozgwiazd brachiolaria rozgwiazd doliolaria liliowców aurikularia strzykw

22 Analiza rozwoju skutkującego powstaniem tych larw leży u podstaw zrozumienia ewolucji planu budowy zwierząt pierwoustych 2 i 3 kwartet mikromerów daje początek ektodermie Mikromery 4a, 4b, and 4c oraz makromery 4A, 4B, 4C i 4D dają początek endodermie Mikromer 4d daje początek całej mezodermie

23 oraz zwierząt wtóroustych wczesny rozwój jeżowca echinopluteus wczesny rozwój rozgwiazdy bipinaria porównanie pierwoustych i wtóroustych

24 Metamorfozę obserwujemy w czasie rozwoju niektórych kręgowców larwa z pęcherzykiem żółtkowym larwa przed metamorfozą wczesna metamorfoza trwająca metamorfoza zakończenie metamorfozy forma młodociana

25 Neotenia, pedogeneza, partnenogeneza Neotenia larwa może rozmnażać się płciowo, choć w odpowiednich warunkach (osiągając właściwy dla dalszego rozwoju bilans hormonalny) może przejść metamorfozę Pedogeneza larwalna larwa może rozmnażać się płciowo poprzez partenogenezę. Z jaj rozwijają się larwy, które albo ulegają metamorfozie do dorosłych samic lub produkują jaja, z których powstają larwy rozwijające się w samce lub samice lub w obie płcie. Larwy samice kończą cykl rozwijając się w dorosłe lub ponownie rozpoczynają produkcję jaj. Larwy samce zawsze kończą cykl jako dorosłe. Larwy podczas pedogenezy zwykle rozwijają się w ciele matki zjadając ją od środka. Pedogeneza poczwarkowa larwy rozwijają się z jaj w hemocelu poczwarki i jeszcze jako larwy wygryzają się przez kutikulę matki OWADY Partenogeneza rozwój osobnika z niezapłodnionego jaja (często klasyfikowany jako rozmnażanie bezpłciowe; brak aktu płciowego połączenia żeńskiej i męskiej komórki rozrodczej OWADY, SKORUPIAKI, PAJĘCZAKI (ROZTOCZA, PAJĄKI), PRATCHAWCE, PŁAZIŃCE, WROTKI, RYBY (REKINY), GADY (JASZCZURKI), PTAKI (KURA, GOŁĄB, INDYK)

26 Typy partenogenezy Zygoidalna (diploidalna); telytokia osobnik rozwija się z niezapłodnionej komórki o diploidalnej liczbie chromosomów Amejotyczna gdy oocyt nie przechodzi pierwszego podziału mejotycznego przechodzi tylko drugi, czyli nie dochodzi do zredukowania liczby chromosomów a jedynie rozdzielenia siostrzanych chromatyd prostoskrzydłe (pasikoniki) i chrząszcze (ryjkowce) Mejotyczna zachodzi mejoza jednak ma miejsce diploidyzacja odtworzenie diploidalnej liczby chromosomów - autozapłodnienie dochodzi do kompletnej mejozy ale ootyda (jajo) ulega zlaniu z II ciałkiem kierunkowym = odtworzenie diploidalnej liczby chromosomów - restytucja zachodzi pierwszy podział mejotyczny ale nie jest kończony nie zachodzi cytokineza; po drugim podziale mejotycznym powstaje ciałko kierunkowe i ootyda która ma diploidalną liczbę chromosomów - zachodzi mejoza po której dochodzi do duplikacji chromosomów

27 Przykłady diploidyzacji w czasie partenogenezy

28 Typy partenogenezy c.d. Hemizygoidalna (haploidalna); arrhenotokia osobnik rozwija się z niezapłodnionej komórki o haploidalnej liczbie chromosomów

29 Partenogeneza niekompletna zwana cykliczną szybkie namnażanie w korzystnych warunkach Daphnia Mszyca

30 Hermafrodytyzm Hermafrodytyzm synchroniczny - jeden osobnik ma ciągle aktywne gonady żeńskie i męskie produkuje zarówno oocyty jak i plemniki, ale uwalnia w zależności od potrzeby Serranellus subligarius płeć w zależności od okoliczności potrzeby, bycia samcem lub samicą Serranus tortugarum zmiana roli płciowej nawet kilkanaście razy dziennie Kryptolebias marmoratus ciągły hermafrodytyzm i samozapłodnienie Hermafrodytyzm następczy może występować opóźnienie w produkcji gamet gdy pierwsze powstają żeńskie to protogynia, gdy męskie protandria zmiana płci w czasie ontogenezy Sparus aurata protandria Amphiprion percula protandria Semicossyphus pulcher protogynia Thalassoma bifasciatum protogynia

31 Inne przypadki protogynii i protandrii Funkcjonalnie protandryczny płucodyszny ślimak słodkowodny zimą i wczesną wiosną dojrzewają plemniki a oocyty latem. Latem może dojść do wymiany plemników między osobnikami Laevapex fuscus Speyeria mormonia Funkcjonalnie protandryczny motyl dzienny samce opuszczają kutikulę poczwarkowa 2-3 tygodnie przed samicami (nie ma nic wspólnego z hermafrodytyzmem) Czasem bardzo stare samice przekształcają się w samce Rana temporaria

32 Dziękuję za uwagę