Gyvybės tęstinumas gamtoje yra nuostabus ir sudėtingas procesas, apimantis daugybę biologinių mechanizmų. Viena iš esminių šio tęstinumo grandžių yra apvaisinimas - dviejų skirtingų tipų lytinių ląstelių, gametų, susiliejimas, vedantis į zigotos, naujo organizmo užuomazgos, susidarymą. Šis procesas, nors ir turintis bendrus principus, pasireiškia skirtingai augalų ir gyvūnų pasaulyje, lemdamas jų vystymosi eigą ir strategijas. Biologija, remdamasi moksliniais įrodymais, pagrįstais patirtimi, stebėjimais ir tyrimais, suteikia galimybę atsakyti į daugelį dominančių ir svarbių klausimų apie supantį pasaulį ir technologijų įtaką gyvybei.
Augalų Apvaisinimas: Sudėtingas Dvigubo Susiėjimo Mechanizmas
Žiedinių augalų apvaisinimas yra ypatingai sudėtingas ir efektyvus procesas, kurio pagrindinis etapas yra dvigubas apvaisinimas, atrastas S. Navašino 1898 metais. Norint, kad šis procesas įvyktų, būtina, kad subręstų gyvybingos žiedadulkės, o sėklapradžioje būtų susiformavęs gemalinis maišelis.
Procesas prasideda, kai žiedadulkė patenka ant piestelės purkos. Ji sugeria purkos skystį ir sudygsta, išleisdama dulkiadaigį. Generatyvinė ląstelė greitai dalijasi, sudarydama du spermius, kurie kartu su vegetatyvinės ląstelės branduoliu patenka į dulkiadaigį. Greitai dulkiadaigis per mikropilę įsiskverbia į sėklapradį. Dulkiadaigio viršūnėlė, pasiekusi gemalinį maišelį, įsiskverbia per jį į sinergidę, plyšta ir jo turinys išsilieja į vidų. Taip abu spermius patenka į gemalinį maišelį.
Čia prasideda unikalus dvigubo apvaisinimo etapas: vienas spermis susilieja su kiaušialąste, sudarydamas sėklos gemalo užuomazgą, t. y. diploidinę zigotą. Antrasis spermis susilieja su diploidiniu antriniu branduoliu, esančiu gemalinio maišelio centre. Šiems susiliejus susidaro triploidinis sėklos endospermas, kuris tarnauja kaip maisto atsargos gemalui. Kitos gemalinio maišelio ląstelės (sinergidės ir antipodės) degeneruoja arba visai sunyksta.
Šis gaubtasėklių apvaisinimo mechanizmas skiriasi nuo plikasėklių, kuriuose tik vienas spermis susilieja su kiaušialąste, o kitas žūva. Plikasėklių endospermas vystosi nepriklausomai nuo apvaisinimo, o gaubtasėklių - tik jį įvykus. Taip gaunami energijos rezervai, užtikrinantys sėkmingą gemalo vystymąsi.
Nors apvaisinimas yra pagrindinis sėklų formavimosi kelias, apie 10% žiedinių augalų sėklas gali sudaryti ir be jo. Šis reiškinys, kai lytinį dauginimąsi pakeičia nelytinis, vadinamas apomikse. Kai dygios sėklos gemalas susidaro iš neapvaisintos kiaušialąstės, tai vyksta partenogenezė. Jei gemalas neišsivysto ir sėklos lieka nedaigios, nors apvaisinimas įvyko, toks reiškinys vadinamas partenospermija (pavyzdžiui, liepų, maumedžių, kai kurių klevų sėklų). Kai gemalas išsivysto ne iš kiaušialąstės, bet iš kitos gemalinio maišelio ląstelės, procesas vadinamas apogamija. O kai gemalas formuojasi iš sėklapradžių vegetatyvinės ląstelės, neįvykus mitotiniam pasidalijimui, tai vadinama aposporija. Kai vietoj normalaus gemalo išsivysto keli įvairios kilmės gemalai, toks reiškinys vadinamas daugiagemališkumu (poliembrionija).
Endospermo Vystymasis ir Sėklos Formavimasis
Įvykus dvigubam apvaisinimui, prasideda keli svarbūs procesai. Pirminis endospermo branduolys dalijasi, sudarydamas endospermą. Iš zigotos vystosi gemalas. Sėklos apvalkalas (integumentum) virsta į sėklos luobelę, apsaugančią gemalą. Ovario sienelė ir su ja susijusios struktūros formuoja vaisių.
Endospermas yra maistinis audinys, maitinantis gemalą. Jo sudėtyje yra antrinio krakmolo, lipidų, baltymų ir kitų medžiagų. Priklausomai nuo cheminės sudėties, sėklos skirstomos į krakmolingas, aliejingas ir maltymingas. Gaubiamasis augalų endospermas išsivysto iš 3-ploidinės zigotos ir vadinamas antriniu. Plikasėkliai turi tik pirminį endospermą, kuris susidaro dalijantis ląstelei.
Įvairių augalų endospermas vystosi skirtingai. Pavyzdžiui, vienų ir kitų augalų nuklerinis endospermas išsivysto tada, kai gemaliniame maišelyje plazma sudaro pasieninį sluoksnį. Jame pasiskleidžia daug dukterinių branduolių, susidarančių iš antrojo branduolio. Plazma tampa panaši į pieną, todėl varpinių augalų ši fazė vadinama pienine branda. Kartu su endospermu vystosi ir gemalas, kuris būna endospermo viduje.
Sėklos formavimasis prasideda nuo to, kad zigota, esanti sėklapradžioje, ištįsta į ilgį ir dalijasi. Viena zigotos ląstelė sudaro suspensorių, kuris padeda aprūpinti gemalą maisto medžiagomis, sujungdamas jį su endospermu. Kitos ląstelės daug kartų mitotiškai dalijasi, kol galiausiai susiformuoja gemalas.
Gyvūnų Apvaisinimas: Nuo Išorinio iki Vidinio
Gyvūnams būdingas lytinis dauginimosi būdas, nors nelytinis dauginimasis (pavyzdžiui, pumpuravimas hidrose) yra išimtis. Lytinės ląstelės gyvūnams yra dviejų tipų: judrus spermatozoidas (vyriška) ir nejudri kiaušialąstė (moteriška).
Gyvūnų lytinės sistemos gali būti dviejų tipų:
- Hermafroditinė: Kai viename organizme yra tiek vyriška, tiek moteriška lytinė sistema. Būdinga daugumai kirmėlių ir moliuskams.
- Skirtalytė: Kai yra atskiri vyriškos ir moteriškos lyties atstovai. Skirtalyčiams dažnai stebimas lytinis dimorfizmas, kai ryškiai skiriasi vyriška ir moteriška lytis.
Gyvūnams būdingi du pagrindiniai apvaisinimo tipai:
- Išorinis apvaisinimas: Kiaušialąstė apvaisinama kūno išorėje. Tai būdinga vandenyje besiveisiantiems gyvūnams, tokiems kaip žuvys ir varliagyviai. Žuvų patelės į vandenį išleidžia ikrus, o patinai - spermą (nerštas). Varlių ir rupūžių patinai patelę apvaisina, kai ji leidžia kiaušinėlius į vandenį.
- Vidinis apvaisinimas: Kiaušialąstė apvaisinama kūno viduje. Būdingas sausumos stuburiniams gyvūnams, tokiems kaip ropliai, paukščiai ir žinduoliai, taip pat daugumai sausumos bestuburių. Sausumos gyvūnai poruojasi, patinai spermą suleidžia tiesiai į patelės kūną.
Apvaisinta kiaušialąstė vadinama zigota.
Vystymosi Tipai ir Gyvavedystė
Gyvūnams gali būti būdingi du vystymosi tipai:
- Netiesioginis vystymasis: Iš kiaušinio vystosi lerva (tarpinė stadija). Pavyzdžiui, vabzdžiai gali turėti pilną arba nepilną kitimą.
- Tiesioginis vystymasis: Iš kiaušinio vystosi jauniklis be tarpinės stadijos.
Gyvūnams taip pat gali būti būdinga gyvavedystė:
- Netikra gyvavedystė: Kiaušiniai vystosi patelės kiaušintakiuose iki išsirita jaunikliai. Gali pasitaikyti žuvims, ropliams.
- Tikra gyvavedystė: Vaisius vystosi gimdoje ir turi ryšį su motinos organizmu. Būdinga tik žinduoliams. Žinduolių gemalas įsitvirtina patelės lytiniuose organuose ir čia kurį laiką vystosi, gaudamas maistinių medžiagų iš motinos organizmo. Jauniklis gimsta be kiaušinio dangalų ir dažniausiai visai išsivystęs.
Ropliai dažniausiai deda kiaušinius arba pasižymi netikra gyvavedyste, nesirūpindami palikuonimis. Paukščiai deda kiaušinius, juos perina ir rūpinasi palikuonimis, nors pasitaiko ir lizdinis parazitizmas (pvz., gegutėms).
Partenogenezė: Dauginimasis Be Apvaisinimo
Dauginimasis be apvaisinimo, dar kitaip vadinamas partenogeneze, yra reiškinys, gyvojoje gamtoje sutinkamas gana dažnai, nors daugeliui mūsų atrodo stebuklingas. Šis reiškinys yra būdingas daugiau augalų pasaulyje, nei gyvūnijos. Žodis "partenogenezė" kilęs iš graikų kalbos žodžių "parthenos" (nekaltas) ir "genos" (gimimas).
Partenogenezė gali būti skirstoma į natūralią ir dirbtinę.
Natūrali Partenogenezė
Natūrali partenogenezė būdinga kai kuriems augalams, kirmėlėms, vabzdžiams ir vėžiagyviams. Yra keletas jos formų:
- Vienu atveju kai kurie gyvūnai gali vystytis tiek iš apvaisintos, tiek ir iš neapvaisintos kiaušialąstės. Iš apvaisintos kiaušialąstės išsivysto patelės, o iš neapvaisintos - patinai. Šitaip dauginasi skruzdėlės, bitės, verpetės. Šių gyvūnų grupių partenogenezė yra kaip prisitaikymas kiekybiniam lyčių santykiui reguliuoti.
- Kitu atveju kiaušialąstės vystosi be apvaisinimo. Ši partenogenezė būdinga kai kuriems driežams.
- Daugeliui rūšių būdinga ciklinė partenogenezė. Pavyzdžiui, amarų, dafnijų, verpečių patelės vasarą dauginasi tik partenogenetiškai, o rudenį jau būdingas apvaisinimas. Tiek ciklinė partenogenezė, tiek vystymasis be apvaisinimo išsivystė tiems gyvūnams, kurių daug žūdavo arba kuriems būdavo sunku susirasti priešingos lyties individą.
Dirbtinė Partenogenezė
Panaudojus kai kurias chemines medžiagas, galima dirbtinai priversti partenogenetiškai daugintis dygiaodžius, kirmėles, moliuskus ir kitus gyvūnus.
Gemalo Vystymasis: Nuo Zigotos iki Naujo Organizmo
Apvaisinimo metu susidariusi zigota pradeda dalintis mitozės būdu. Šis procesas vadinamas blastuliacija, kurios metu susidaro blastulė. Vėliau vyksta gastruliacija, kai blastulė įlinksta ir formuojasi antras ląstelių sluoksnis. Šie sluoksniai vadinami gemaliniais lapeliais.
- Ektoderma: Išorinis gemalinis lapelis, iš kurio vystosi oda ir nervų sistema.
- Entoderma: Vidinis gemalinis lapelis, iš kurio vystosi virškinimo sistema ir jos liaukos.
- Mezoderma: Vidurinis gemalinis lapelis (susidaro tarp ektodermos ir entodermos), iš kurio vystosi raumenys, kaulai, kraujotakos sistema ir kiti organai.
Iš šių gemalinių lapelių palaipsniui vystosi visi organai ir organų sistemos, formuojantis naujam organizmui.
Gyvūnų dauginimasis ir apvaisinimas yra fundamentalūs procesai, užtikrinantys rūšių išlikimą ir evoliuciją. Nuo sudėtingo dvigubo apvaisinimo augaluose iki įvairių apvaisinimo ir vystymosi strategijų gyvūnų pasaulyje, gamta demonstruoja neįtikėtiną prisitaikymo ir gyvybės tęstinumo gebėjimą.
tags: #augalu #ir #gyvunu #apvaisinimas