Integrita organizmu, rozmnožovanie a individuálny vývin živočíchov
Rozmnožovanie je jednou zo základných životných funkcií všetkých živočíchov, ktorá zabezpečuje pokračovanie rodu a prispieva k evolúcii druhu. Tento proces zahŕňa rôzne etologické, fyziologické a morfogenetické deje a prebieha rozmanitými spôsobmi v závislosti od konkrétneho živočícha.
Individuálny vývin živočícha sa nazýva ontogenéza a zahŕňa celý jeho životný cyklus. Tento vývin môže u niektorých primitívnych skupín, ako sú mechúrniky, zahŕňať rodozmenu (metagenézu), kde sa striedajú pohlavné a nepohlavné generácie.
Typy rozmnožovania
Rozmnožovanie živočíchov možno rozdeliť na dva základné typy:
- Nepohlavné (asexuálne, vegetatívne) rozmnožovanie: Nový jedinec vzniká priamo z materského organizmu, buď jeho rozdelením, alebo zo somatických buniek.
- Pohlavné (sexuálne) rozmnožovanie: Zahŕňa splynutie dvoch pohlavných buniek (gamét), ktoré vznikajú v špecializovaných rozmnožovacích orgánoch.
Nepohlavné rozmnožovanie
Pri nepohlavnom rozmnožovaní nedochádza k vzniku špecializovaných pohlavných buniek. Nový jedinec vzniká z materského organizmu mitotickým delením buniek. Tento spôsob rozmnožovania síce nie je výhodný z hľadiska vývoja druhu, pretože nevedie k zvýšeniu genetickej variability (všetci potomkovia sú geneticky identickí s materským jedincom), čo obmedzuje schopnosť druhu adaptovať sa na meniace sa podmienky prostredia.
Nepohlavné rozmnožovanie u prvokov
Nepohlavné rozmnožovanie prvokov prebieha hlavne prostredníctvom mitotického delenia, pri ktorom sa delí jadro aj cytoplazma bunky. Tento proces zahŕňa reorganizáciu bunkových organel a vytvorenie nových buniek.
- Binárne delenie: Najčastejšia forma, kde sa materská bunka rozdelí na dve dcérske bunky. Toto delenie môže byť pozdĺžne (napr. bičíkovce, červenoočká) alebo priečne (napr. nálevníky).
- Polytómia: Jadro sa mnohonásobne rozdelí bez rozdelenia cytoplazmy, čo vedie k tvorbe mnohojadrových buniek. Z nich sa neskôr oddelia jednojadrové dcérske bunky (napr. dierkavce a mrežovce).
- Pučanie: Nový jedinec vzniká z výbežkov na materskej bunke.
Nepohlavné rozmnožovanie u mnohobunkových živočíchov
U mnohobunkových živočíchov existuje viacero spôsobov nepohlavného rozmnožovania, ktoré zväčša vychádzajú z ich vysokej regeneračnej schopnosti:
- Delenie materského organizmu (schizogenéza): U živočíchov s vysokou regeneračnou schopnosťou, ako sú napr. mechúrniky a ostnatokožce, sa materský organizmus delí na dve alebo aj viac častí. U polypovcov sa tento proces nazýva fisipária, u hviezdoviek a hadovíc reprodukčná autotómia.
- Pučanie (gemipária): Nový jedinec vyrastá z malej skupiny buniek na tele materského organizmu. Tento proces môže byť vonkajší (napr. u polypov) alebo vnútorný (napr. u sladkovodných hubiek).
- Strobilácia: Špecifický typ nepohlavného rozmnožovania charakteristický pre medúzovce.
Pohlavné rozmnožovanie
Pohlavné rozmnožovanie (amfigónia) zahŕňa tvorbu špecializovaných haploidných pohlavných buniek, nazývaných gaméty. Existujú dva typy gamét:
- Samičia pohlavná bunka (makrogaméta, vajíčková bunka, vajíčko): Štandardne väčšia, nepohyblivá bunka, bohatá na živiny a nesie druhú polovicu genetickej informácie.
- Samčia pohlavná bunka (mikrogaméta, spermatická bunka, spermia): Štandardne menšia, aktívne pohyblivá bunka vybavená bičíkom.
Obe gaméty vznikajú redukčným meiotickým delením (gametogenézou) a sú haploidné, teda obsahujú polovičný počet chromozómov. Ich splynutím (oplodnením) vzniká diploidná zygota, ktorá je základom nového jedinca.
Oplodnenie
Pohlavné rozmnožovanie u prvokov
U prvokov, ktoré sú jednobunkové organizmy, prebieha pohlavné rozmnožovanie odlišne:
- Gametogamia: Prvok (napr. améba alebo bičíkovec) vytvorí špeciálne pohlavné bunky - gaméty, ktoré sa uvoľnia a splývajú s nezávislými gamétami iných jedincov.
- Izogamia: Splynutie dvoch tvarovo a veľkostne rovnakých pohlavných buniek (izogaméty).
- Anizogamia: Splynutie dvoch tvarovo a veľkostne odlišných buniek (anizogaméty).
- Gamontogamia: Samotné dospelé bunky vystupujú v pozícii samčej a samičej bunky, špecializované gaméty tu nie sú. Príkladom je konjugácia u nálevníkov, pri ktorej si jedinci dočasne vymenia genetický materiál.
- Autogamia (samooplodnenie): Proces, pri ktorom gaméty alebo pohlavné jadrá, ktoré navzájom splývajú do zygoty, pochádzajú z tej istej rodičovskej bunky.
Pohlavné rozmnožovanie u mnohobunkových živočíchov
Pohlavné rozmnožovanie u mnohobunkových živočíchov prebieha vždy ako oogamia. Pri oogamii sa samičia pohlavná bunka (vajíčko) spája so samčou pohlavnou bunkou (spermiou). Vajíčka sú nepohyblivé a väčšie, zatiaľ čo spermie sú malé a pohyblivé.
Pohlavné bunky sa spravidla vyvíjajú v pohlavných žľazách:
- Spermie v semenníkoch (testes).
- Vajíčka vo vaječníkoch (ovaria).
U niektorých živočíchov, napríklad u hubiek, vznikajú spermie a vajíčka v mezoglei. Spermie sú prenášané vodou k vajíčkam, ktoré oplodňujú.
Typy živočíchov z hľadiska pohlavných orgánov
Podobne ako rastliny, aj živočíchy môžu byť z hľadiska tvorby pohlavných orgánov a buniek dvoch typov:
- Rôznopohlavné (gonochorizmus): Samčie a samičie pohlavné bunky sa tvoria v rôznych jedincoch (napr. hlavonožce, článkonožce, stavovce).
- Obojpohlavné (hermafroditizmus): Samčie a samičie pohlavné bunky sa tvoria v jednom jedincovi. Niekedy je dokonca pre obe pohlavia vytvorená spoločná obojpohlavná žľaza nazývaná ovotestis (napríklad u niektorých ulitníkov).
Hermafroditizmus predstavuje ekologickú adaptáciu, ktorá sa vyskytuje v prípadoch, keď je populácia riedka alebo keď živočíchy majú obmedzenú pohyblivosť či parazitický spôsob života. Hermafroditizmus môže prebiehať dvoma spôsobmi:
- Postupný (sekvenčný) hermafroditizmus: Jedinec je najprv samcom a neskôr sa stáva samicou (proterandria), alebo naopak (proterogynia) (napr. niektoré morské slimáky, ryby klauny).
- Súčasný (simultánny) hermafroditizmus: Vajíčka a spermie sa tvoria naraz, pričom existujú genetické mechanizmy, ktoré zabraňujú samooplodneniu (napr. ploskulice, dážďovky, slimák záhradný, niektoré mechúrniky).
Špeciálne spôsoby rozmnožovania a vývinu
Partenogenéza
Partenogenéza je osobitný spôsob rozmnožovania, pri ktorom nový jedinec vzniká z neoplodneného vajíčka. Tento typ rozmnožovania sa vyskytuje u vírnikov, kôrovcoch, niektorých druhov hmyzu (napr. vošky) a rýb. Partenogenéza umožňuje živočíchom rýchlo vytvárať potomstvo bez potreby oplodnenia, čo môže byť výhodné v stabilnom prostredí s dostatkom zdrojov.
Podľa toho, aké pohlavie sa z vajíčka liahne, rozlišujeme tri typy: telytokia (liahnu sa len samice), arrhenotokia (liahnu sa len haploidné samce) a amfitokia (liahnu sa obe pohlavia).
Neoténia
Neoténia je jav, pri ktorom živočích dosiahne pohlavnú zrelosť už v larválnom štádiu, teda ešte pred tým, než sa úplne vyvinie do dospelého jedinca. To znamená, že larva sa môže rozmnožovať, aj keď ešte neprešla všetkými štádiami vývinu. Tento fenomén sa vyskytuje u niektorých druhov mnohoštetinavcov a obojživelníkov (napr. axolotl).
Gynogenéza (pseudogamia)
Gynogenéza je špecifický typ rozmnožovania, pri ktorom spermia (často iného, príbuzného druhu) vajíčko len stimuluje k vývinu, avšak genetický materiál oboch buniek nesplynie. Potomkovia sú tak vlastne dokonalými klonmi matky (u nás sa takto rozmnožuje ryba karas striebristý).
Polyembryónia
Polyembryónia je jav, pri ktorom sa z jednej oplodnenej zygoty (vajíčka) nepohlavným rozdelením vytvorí viacero zárodkov. Vznikajú tak geneticky identickí súrodenci - jednovaječné dvojčatá (pravidelne sa to vyskytuje u pásavcov alebo niektorých blanokrídlovcov, nepravidelne aj u človeka).
Pohlavné znaky a dimorfizmus
Pohlavné znaky u živočíchov zohrávajú kľúčovú úlohu v ich reprodukčnom správaní a vo výraznom odlišovaní samcov od samíc, čím prispievajú k vzniku pohlavnej dvojtvárnosti (sexuálny dimorfizmus). Tieto znaky sa štandardne delia na dve skupiny:
Primárne pohlavné znaky
Primárne pohlavné znaky sú priamo spojené s rozmnožovacím systémom. Patria sem:
- Pohlavné žľazy (vaječníky u samíc, semenníky u samcov), ktoré produkujú gaméty.
- Vývody týchto žliaz a prídavné žľazy (napríklad prostata).
Sekundárne pohlavné znaky
Sekundárne pohlavné znaky zahŕňajú rôzne morfologické, anatomické a behaviorálne charakteristiky, ktoré prispievajú k rozmnožovaciemu úspechu, ale nie sú priamo spojené s oplodnením. Patria sem:
- Adaptácie na prichytenie samičky pri kopulácii (napr. predný pár nôh potápnika).
- Pomocné orgány na prechovávanie vajíčok a mláďat (napr. vak u vačkovcov).
- Špeciálne orgány na prenos spermií (napr. gonopódia u žralokov).
- Sfarbenie peria alebo srsti, ktoré slúži na prilákanie partnerov alebo zastrašenie konkurentov.
- Okrídlenosť a bezkrídlosť (u niektorých druhov hmyzu).
- Signálne charakteristiky, ako sú pachové žľazy, ozdobné perie samcov vtákov, parohy u samcov cicavcov či sfarbenie samcov rýb v období neresu.
Tieto znaky môžu byť trvalé alebo dočasné, objavujúce sa len počas obdobia rozmnožovania (napr. svadobné tance, sezónne zmeny sfarbenia).
Výživa a štruktúra vajíčka
Vajíčko má zvyčajne guľovitý tvar a patrí medzi najväčšie bunky v tele organizmu. Vo vnútri sa nachádza cytoplazma (ooplazma), ktorá obsahuje mitochondrie a kvapôčky žĺtka. Žĺtok slúži ako zdroj výživy a stavebný materiál pre vyvíjajúci sa zárodok.
Množstvo žĺtka vo vajíčku sa líši u rôznych živočíchov. Podľa toho, koľko žĺtka vajíčko obsahuje a ako je v ňom rozložené, delíme vajíčka na:
- Oligolecitálne a izolecitálne: Obsahujú málo žĺtka, ktoré je rovnomerne rozložené po celej cytoplazme (napr. ježovky).
- Mezolecitálne a heterolecitálne: Žĺtok je koncentrovaný na jednom konci - vegetatívnom póle (napr. ryby, obojživelníky).
- Polylecitálne: Obsahujú veľké množstvo žĺtka. Funkčne sa delia na:
- Telolecitálne: Žĺtok zaberá takmer celý objem vajíčka, pričom cytoplazma s jadrom tvorí len malý zárodočný terčík na povrchu (napr. vtáky, plazy, niektoré ryby).
- Centrolecitálne: Cytoplazma tvorí tenkú vrstvu na povrchu vajíčka, pričom jadro s malým množstvom cytoplazmy sa nachádza v strede a medzi týmito dvoma vrstvami je husto uložený žĺtok (napr. hmyz).
- Alecitálne (druhotne oligolecitálne): Sú vajíčka takmer úplne bez zásobného žĺtka.
Z evolučného hľadiska platí, že množstvo žĺtka priamo súvisí s dĺžkou embryonálneho a larválneho vývinu.
Oplodnenie
Oplodnenie (fertilizácia) je proces, pri ktorom dochádza k splynutiu gamét opačného pohlavného typu, konkrétne vajíčka a spermie. Tento proces vedie k vytvoreniu zygoty, čo je oplodnené vajíčko a prvá bunka nového jedinca s kompletnou genetickou výbavou oboch rodičov.
Typy oplodnenia
U živočíchov rozlišujeme dva hlavné spôsoby oplodnenia:
- Vonkajšie oplodnenie: K splynutiu gamét dochádza mimo tela matky (takmer výlučne vo vode) (vodné bezstavovce, ryby a obojživelníky).
- Vnútorné oplodnenie: Gaméty splývajú vo vnútorných pohlavných orgánoch matky (väčšina suchozemských bezstavovcov, drsnokožce, plazy, vtáky, cicavce).
U väčšiny živočíchov, ktoré sa rozmnožujú vnútorným oplodnením, majú samce špecializované kopulačné orgány (napr. hemipenis u niektorých plazov, penis u cicavcov), ktorými počas pohlavného aktu (kopulácia, coitus) prenášajú spermie do tela samice.
Niektoré živočíchy, ktoré tiež využívajú vnútorné oplodnenie, nemajú kopulačné orgány. Namiesto toho samce vytvárajú spermatofory, čo sú akési nosiče spermií, ktoré umiestňujú buď na telo samice, alebo na miesto, kde ich samica neskôr vyzdvihne (napr. niektoré druhy hmyzu, pavúkov alebo mlokov). Z evolučného hľadiska sa odkladanie spermatofórov do prostredia považuje za dôležitý prechodový stupeň medzi mimotelovým a vnútrotelovým oplodnením.
Špecifickým prípadom sú vtáky, ktoré zväčša nemajú penis a spermie si partneri odovzdávajú len priložením a pritlačením svojich kloák.
Vývin mláďat
Pri rozmnožovaní živočíchov existujú rôzne stratégie, ako sa mláďatá vyvíjajú a prichádzajú na svet:
- Oviparia (vajcorodosť): Samice kladú vajíčka, ktoré sa vyvíjajú mimo tela matky. Mláďatá sa liahnu z vajec (väčšina vtákov, plazov, rýb a hmyzu).
- Viviparia (živorodosť): Mláďatá sa vyvíjajú priamo v tele matky a sú narodené živé. Matka poskytuje mláďatám živiny počas ich vývinu (väčšina cicavcov, niektoré druhy hadov a jašteríc, žraloky).
- Ovoviviparia (vajícoživorodosť): Vajíčka sa vyvíjajú a liahnu vo vnútri tela matky, ale mláďatá dostávajú výživu iba z vajíčka, nie priamo od matky (napr. niektoré druhy žralokov, hadov).
Ontogenetický vývin človeka
Ontogenéza (individuálny vývin) je komplexný proces, ktorý zahŕňa všetky fázy života organizmu od jeho začiatku až po koniec. U pohlavne sa rozmnožujúcich organizmov, vrátane človeka, sa tento vývin začína tvorbou pohlavných buniek, pokračuje oplodnením a vývojom nového jedinca, a končí smrťou. Ontogenéza zahŕňa obdobia rastu, dozrievania, reprodukcie a nakoniec aj starnutia.
Proontogenéza (vývin pohlavných buniek a oplodnenie vajíčka spermiou)
Princípom vývinu pohlavných buniek je redukcia počtu chromozómov na polovicu v procese meiózy. Gaméty sa tvoria v pohlavných orgánoch a ich vývoj vedie k vytvoreniu nového jedinca. Mužské spermie a ženské vajíčka majú polovičný (haploidný) počet chromozómov (u človeka 23 chromozómov). Splynutím spermie a vajíčka sa obnovuje diploidný stav (46 chromozómov).
V závislosti od toho, či sa vyvíjajú mužské alebo ženské pohlavné bunky, hovoríme o:
- Spermatogenéza (spermiogenéza): Vznik mužských pohlavných buniek - spermií.
- Oogenéza (ovogenéza): Vznik ženských pohlavných buniek - vajíčok.
Spermatogenéza
Spermie vznikajú v mužských pohlavných orgánoch - semenníkoch. Optimálna teplota pre spermatogenézu je asi o 2 °C nižšia ako je telesná teplota, preto sú semenníky umiestnené v miešku mimo tela. Spermatogenéza prebieha neustále od puberty až po starobu.
Spermie vznikajú z diploidných prvopohlavných buniek, nazývaných spermatogónie. Aktivované spermatogónie sa mitoticky delia a následne sa vyvíjajú na primárne spermatocyty, ktoré vstupujú do meiózy. Po I. meiotickom delení vznikajú dva sekundárne spermatocyty, a po II. meiotickom delení vznikajú spermatidy s 23 jednochromatidovými chromozómami. Z každého primárneho spermatocytu tak vzniknú 4 spermatidy.
Spermatidy ďalej dozrievajú, ich cytoplazma sa predlžuje do žubrienkovitého tvaru a na jej konci vznikne bičík. Spermia je najmenšia bunka ľudského tela a skladá sa z hlavičky (s jadrom), krčka (s mitochondriami) a bičíka.
Oogenéza
Vajíčka vznikajú v ženských pohlavných orgánoch - vaječníkoch. Na rozdiel od spermií, ktoré vznikajú až v puberte a tvoria sa neustále, je najviac vajíčok v tele dievčaťa prítomných už pri narodení (asi 700 000). Odvtedy sa ich počet neustále znižuje a nové už nevznikajú.
Z prvopohlavných buniek vznikajú diploidné oogónie, ktoré sa mitoticky množia. Následne vstupujú do meiózy. I. meiotické delenie oogónií však zastane v štádiu profázy I. a pokračuje až s nástupom pohlavnej zrelosti. Takéto štádium bunky sa nazýva primárny oocyt (oocyt I. rádu).
Zároveň s uvoľnením vajíčka z Graafovho folikulu (ovulácia) dochádza k ukončeniu I. meiotického delenia a vzniku dvoch nerovnocenných buniek - veľkého sekundárneho oocytu (oocytu II. rádu) a malého pólového telieska. Druhé meiotické delenie nastane až v čase oplodnenia vajíčka spermiou, po ktorom vzniká už zrelé vajíčko - ootida (ovum), a ďalšie pólové teliesko.
Oplodnenie u človeka
Spermie sa po pohlavnom akte (koitus) dostávajú cez pošvu a maternicu do vajíčkovodov. Tu zostávajú živé 1-2 dni. Ak v tomto čase nastane ovulácia, je oplodnenie vysoko pravdepodobné. K vajíčku sa dostáva iba 300-500 spermií z počiatočného počtu 200-300 miliónov, a len 1 spermia oplodňuje vajíčko.
Prienik spermie je impulzom k dokončeniu druhého meiotického delenia vajíčka. Krátko na to dochádza k splynutiu oboch haploidných jadier, čím je oplodnenie dovŕšené a nastupujú procesy pripravujúce vajíčko na prvé brázdenie.
Ak dôjde k súčasnému oplodneniu dvoch dozretých vajíčok (dvomi rôznymi spermiami), narodia sa dvojvaječné (dizygotné) dvojčatá. Jednovaječné (monozygotné) dvojčatá majú rovnakú genetickú informáciu, pretože vznikajú oddelením a samostatným vývinom blastomér. Ak však nedôjde k úplnému oddeleniu zárodkového prúžku, vznikajú siamské dvojčatá.
Prenatálne obdobie (od oplodnenia do pôrodu)
Prenatálny vývin je obdobie života dieťaťa pred jeho narodením, počnúc oplodnením vajíčka - čiže vznikom zygoty. Prenatálne obdobie vývinu človeka prebieha v maternici, preto ho nazývame vnútromaternicový (intrauterinný) vývin. Prenatálnym vývinom človeka sa zaoberá embryológia.
Prenatálny vývin trvá v priemere 38 týždňov (266 dní). Rozdeľuje sa na 2 fázy:
- Embryonálny vývin (od oplodnenia prvých 8 týždňov): Vyvíja sa zárodok (embryo). Obdobie je charakteristické kvalitatívnymi a relatívne rýchlymi zmenami, ktoré sú veľmi citlivé na pôsobenie škodlivých činiteľov.
- Fetálny vývin (od 9. týždňa do pôrodu): Vyvíja sa plod (fetus).
Embryonálny vývin
Embryonálny vývin začína charakteristickým mitotickým delením oplodneného vajíčka - brázdenie (ryhovanie) zygoty. Jednotlivé bunky sa nazývajú blastoméry. Celkový objem vajíčka sa počas ryhovania nezväčšuje.
- Vznik moruly (1.-4. deň): Guľovitý útvar, zhluk buniek.
- Vznik blastocysty (5.-7. deň): Dutý útvar, v ktorom sa diferencujú povrchové bunky (trofoblast) a vlastné bunky embrya (embryoblast). Blastocysta sa následne zbavuje obalu zona pellucida, čím je umožnená jej nidácia (implantácia) v maternici. Implantácia spúšťa syntézu choriongonadotropínu (hCG), ktorý zastavuje dozrievanie ďalších folikulov a dáva signál žltému teliesku, aby produkovalo progesterón.
- Vznik zárodočného štítu a dutín (2. týždeň): Z embryoblastu sa diferencuje zárodkový štít (epiblast a hypoblast), vzniká amnionová dutina (s plodovou vodou) a žĺtkový vak. Vzniká lakulárny systém, ktorý tvorí základ budúceho placentárneho krvného obehu.
- Gastrulácia a organogenéza (3.-8. týždeň): Vzniká tretia zárodočná vrstva - mezoderma (z pôvodného epiblastu, ktorý sa stane ektodermou a nahradí hypoblast, ktorý sa stane endodermou). Po gastrulácii dochádza k vývinu základnej embryonálnej osi - notochorda, ktorá indukuje vývin neurálnej rúry a somitov. V tomto období dochádza k ohybu embrya a vytvoreniu primitívneho čreva a zakladajú sa všetky orgánové sústavy.
Vývin u človeka
U človeka prebieha vývin v maternici:
- Zárodok (embryo): Prvé mesiace vývinu.
- Plod (foetus): Od začiatku tretieho mesiaca tehotenstva, keď už funguje placenta aj niektoré orgány.
Z trofoblastu sa vytvára vonkajší plodový obal chorion, z ktorého sa vyvíja orgán placenta (plodový koláč). V placente sú cievy matky aj plodu, ale krv matky sa s krvou dieťaťa nemieša.
tags: #integrita #organizmu #rozmnozovanie #a #individualny #vyvin