Rozmnażanie i rozród. dr Magdalena Markowska

Transkrypt

1 Rozmnażanie i rozród dr Magdalena Markowska Na podstawie Power Point Lecture Slides Prepared by Jason F. Schreer, State University of New York at Potsdam

2 Przegląd wiadomości Życie zaczyna się od jednej komórki Cechy rozrodcze danego osobnika kształtują się podczas rozwoju embrionalnego Rozród płciowy Determinacja płci Gametogeneza Kojarzenie, kopulacja Zapłodnienie Rozwój Figure 15.1

3 Rozmnażanie płciowe Pojawia się u wczesnych Eukariontów tj. u pierwotniaków (Protista) Rozmnażanie płciowe powstawanie potomstwa z dwojga rodziców, których wkład materiału genetycznego jest niemal równocenny Samce mają jądra, które wytwarzają małe gamety (plemniki) Samice mają jajniki, które wytwarzają duże gamety (komórki jajowe)

4 Rozmnażanie płciowe 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

5 Gametogeneza Figure 15.2

6 Hormony płciowe Regulują, biorą udział w Rozwoju Dojrzewaniu płciowym Gametogenezie Dobór partnera, kopulacja U poszczególnych gatunków samce i samice wytwarzają te same hormony, które jednak pełnią specyficzne funkcje np. testosteron Wyróżniamy różnego rodzaju hormony płciowe: ekdysteroidy, hormony juwenilne, androgeny (np. testosteron), estrogeny

7 Hormony płciowe Kręgowce Bezkręgowce

8 Hormony steroidowe Regulują procesy fizjologiczne poprzez wpływ na ekspresję genów Wszystkie są pochodną cholesterolu Bezkręgowce Ekdysteroidy Kontrolują procesy rozrodcze i rozwój Syntetyzowane w gruczołach protorakalnych i gonadach Kręgowce 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

9 Hormone juwenilny Nazwa pochodzi od charakterystycznej funkcji utrzymywanie larw stawonogów w stanie larwalnym Pochodzą od kwasów tłuszczowych Kontrolują rozród, rozwój, metamorfozę, przepoczwarzanie i metabolizm U niektórych owadów jedynie wyraźny spadek poziomu JH umożliwia przejście w stan poczwarki Figure 15.4

10 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)

11 Gonadotropiny Figure 15.5

12 Determinacja płci Determinacja płci Ssaki: obecność chromosomu Y samiec (XY), samica (XX) Ptaki i motyle: samice są heterogametyczne (ZW) a samce is homogametyczne (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)

13 Rozmnażanie bezpłciowe Korzystne dla zwierząt żyjących w stałych, niezmiennych warunkach środowiskowych Klony odłączające się fragmenty ciała; umożliwia pojedynczym organizmom powstawanie kolonii np. koralowce Partenogeneza rozwoj osobników potomnych z niezapłodnionej komórki jajowej Partenogeneza automiktyczna drugie ciałko kierunkowe zapładnia komórkę jajową Teliotokia homogametyczne samice (XX) wytwarzają tylko samice Arrhenotokia heterogametyczne samice (ZW) wytwarzają tylko samce (ZZ)

14 Rozmnażanie bezpłciowe

15 Hermafrodytyzm - obojniactwo Osobnik ma zdolność do wytwarzania plemników i komórek jajowych Obojniactwo następcze produkowane są plemniki i komórki jajowe nie równocześnie a w zależności od warunków środowiska Figure 15.7

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

17 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

18 Produkcja komórki jajowej Jajnik zbudowany jest z wytwarzających komórki jajowe oogoniów i otaczających je komórek somatycznych Proces oogenezy do stadium oocytu pierwszego rzędu zachodzi na początku życia samicy, ale ostatnie stadia zachodzą w życiu dorosłym Komórki pęcherzykowe kontrolują oogenezę dzięki oddziaływaniom parakrynowym Figure 15.8

19 Produkcja komórki jajowej Przed owulacją część pęcherzyków stymulowana jest do dojrzewania (follikulogeneza) U kręgowców oocyty czerpią związki odżywcze z somatycznych komórek pęcherzykowych Gdy pęcherzyk pęka, komórka jajowa opuszcza jajnik i przemieszcza się do jamy ciała Figure 15.8

20 Witellogeneza Witellogeneza produkcja żółtka Żółtko jest mieszaniną białek i tłuszczów Witellogeneza jest kontrolowana przez gamę hormonów a czynniki zewnętrzne stymulują OUN do wydzielania czynników stymulujących wittelogenezę Figure 15.9

21 Budowa jaja Budowa jaja różni się u zwierząt wodnych i lądowych 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

22 Budowa jaja 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

23 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 Figure 15.11

24 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

25 Uwalnianie plemników Podczas ejakulacji sperma jest wprowadzana w ruch przez rzęski i/lub mięśnie gładkie i przemieszcza się przez nasieniowód do cewki moczowej 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).

26 Uwalnianie plemników Figure 15.13

27 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 Pająki mają wyspecjalizowany wyrostek podobny do nogi Niektóre ryby mają przekształconą płetwę brzuszną U wielu gadów w okolicach kloaki znajduje się wyrostek nazywany hemipene Penis właściwy bezpośrednie przedłużenie układu rozrodczego samców

28 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)

29 Kontrola erekcji Figure 15.14

30 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

31 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

32 Opóźnione zagnieżdżenie U niektórych ssaków (np. waleni), zapłodniona komórka jajowa rozwija się w macicy do wczesnego stadium blastocysty ( komórek) ale zagnieżdżenie jest opóźnione Rozwój zarodka jest dostosowany do warunków zewnętrznych Może to być obligatoryjny lub opportunistyczny mechanizm

33 Błony płodowe Krótko po zapłodnieniu tworzą się u owodniowców błony płodowe 4 błony: 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 Figure 15.15

34 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)

35 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

36 Cykl owulacyjny Cykl estralny ma 4 fazy Estrus Matestrus Diestrus Proestrus Cykl menstruacyjny ma 2 fazy Pęcherzykową (folikularną) Lutealną

37 Cykl owulacyjny Figure 15.16

38 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 penetrująśluzówkę 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

39 Łożysko Figure 15.17

40 Poród Indukowany przez skurcze mięśni gładkich macicy (myometrium) Rozpoczyna się pod wpływem zmian hormonalnych Poziom progesteronu obniża się co umożliwia skurcze mięśni gładkich macicy Prostaglandyny i oksytocyna stymulują skurcze mięśni gładkich Komórki płodu wytwarzaja oksytocynę, która stymuluje macicę do wydzielania prostaglandyn Oxytocyna wydzielana jest z nerwowej części przysadki Łożysko jest rodzone tuż po porodzie płodu

41 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

42 Budowa gruczołu mlekowego Podobny do gruczołu łojowego Związany z kłębuszkami włosowymi Dwa rodzaje komórek zewnątrzwydzielniczych wydzielają mleko mięśniowo-nabłonkowych kontrolują wydzielanie mleka Figure 15.19

43 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)