Appunti di Biologia e genetica sulla riproduzione asessuata

GEMMAZIONE

↪ La gemmazione è il meccanismo di riproduzione tipico dei poriferi (spugne di

mare) e dell’Hydra (uno cnidario, come ad esempio anche le meduse). L’Hydra è un

organismo molto semplice: è formata da una struttura chiamata piede, che si ancora

al substrato (quindi al fondale dell'ambiente acquatico dove vive), nella parte apicale

invece è possibile riconoscere una struttura che presenta una serie di tentacoli che si

aprono su una bocca, su un orifizio orale, che sostanzialmente prosegue con un

intestino posizionato all'interno del corpo dell'animale a fondo chiuso, intestino che in

pratica occupa tutto l'interno del corpo dell'animale. All'interno del foglietto di cellule

che divide l’intestino dell'Hydra dall'esterno sono presenti delle cellule staminali,

cellule capaci di proliferare producendo una massa di cellule indifferenziate: lungo il

corpo dell’Hydra queste cellule proliferano per divisione mitotica e vanno quindi a

formare una protuberanza sulla superficie del corpo dell'Hydra, formata inizialmente

da cellule assolutamente indifferenziate, detta gemma; all'interno della gemma dopo

del tempo iniziano i processi di differenziamento cellulare e di morfogenesi tissutale, di

organogenesi, che portano alla formazione di una piccola Hydra che si trova ancora

connessa con l’Hydra madre. Nel momento in cui questa nuova piccola Hydra è

completamente differenziata, si stacca attraverso costrizione dall’Hydra madre e va a

depositarsi nel substrato vicino all’Hydra madre. Quindi la nuova Hydra che si è

formata ovviamente è un clone genetico dell’Hydra madre, perché prodotta

semplicemente dalla proliferazione per divisione mitotica di cellule staminali

dell’Hydra madre, cellule che poi sono andate incontro a un processo di

differenziamento.

FRAMMENTAZIONE

↪ La frammentazione è una modalità riproduttiva che va di pari passo e sfrutta

una straordinaria proprietà che hanno alcuni organismi, che è la cosiddetta capacità

rigenerativa, cioè la capacità di andare a ricostruire parti del corpo che sono state

amputate o che sono state danneggiate. Questa capacità rigenerativa permette a

questi organismi di essere molto resilienti ai danni che vengono prodotti al loro corpo

da predatori o da eventi accidentali. Ad esempio negli echinodermi, e in modo

specifico nella stella di mare, se si taglia un braccio, questa è in grado di riformare il

braccio mancante (e questo è l'evento tipicamente rigenerativo per cui la struttura

amputata viene costruita), ma molto importante, anche il braccio mancante è in grado

di riprodurre l'intera stella, quindi l'intera parte del corpo, e a questo punto si ha un

evento che non è più semplicemente rigenerativo, ma è un evento riproduttivo vero e

proprio in quanto partendo da una stella marina a cui stacchiamo un braccio, questa,

privata del braccio, ricostruirà il braccio mancante, ma al tempo stesso anche il

braccio staccato ricostruirà la stella mancante: per cui si è partiti da un solo organismo

e se ne sono prodotti due, che saranno due cloni genetici (la ricostruzione del braccio

mancante o dell'intera stella avverrà sempre grazie a cellule di tipo staminale che,

andando a proliferare, producono un nuovo organismo). Tra tutti gli organismi quello

che presenta le capacità rigenerative più spiccate è la planaria di acqua dolce,

appartenente ai vermi piatti, del phylum dei platelminti tricladi. Le planarie di acqua

dolce sono dei vermi piatti che possono essere tagliati in molti pezzi, ciascuno dei

quali è in grado di riformare un intero organismo. Quindi tagliando una planaria in tre

parti si otterrà una testa che sarà in grado di riformare la coda, una coda che sarà in

grado di riformare la testa, e anche un pezzo centrale che sarà in grado di riformare

contemporaneamente sia una coda che una testa nel posto giusto. Le potenzialità

rigenerative sono così spiccate in questi organismi che alcune specie di planaria

utilizzano questo meccanismo come meccanismo riproduttivo, per cui vanno incontro

ad auto-amputazione, cioè si tagliano spontaneamente la parte della coda,

generalmente proprio la parte terminale di essa, in modo che si generino due pezzi:

una testa che riformerà la coda e una coda che riformerà la testa.

PARTENOGENESI

↪ L'ultimo meccanismo di riproduzione asessuata è la partenogenesi che in realtà

si trova localizzato a metà strada tra la riproduzione sessuata e quella asessuata, in

quanto comunque non prevede mescolamento dei patrimoni genetici, quindi non ci

sarà un momento dove patrimoni genetici provenienti da genitori diversi andranno a

mescolarsi, non comporta fecondazione (e in questo assomiglia a una riproduzione di

tipo asessuato), ma allo stesso tempo è una riproduzione gamica poiché ha bisogno

della produzione dei gameti, quindi implica un processo meiotico e conseguente

sviluppo di unità riproduttive aploidi, nello specifico quasi sempre del gamete

femminile, e proprio per questo molti biologi la definiscono come “riproduzione

unisessuale”. La partenogenesi in pratica è una particolare strategia riproduttiva che

presentano molte specie animali (anche vertebrati) e vegetali, che consiste nello

sviluppo di un nuovo organismo a partire da una cellula uovo non fecondata, quindi

una cellula uovo che contiene esclusivamente il patrimonio genetico femminile che va

incontro a un processo di divisioni cellulari (si comporta come se fosse uno zigote,

produce un nuovo organismo senza avere bisogno del patrimonio genetico maschile);

in realtà gli spermatozoi non sono completamente inutili perché in alcuni casi di

partenogenesi lo spermatozoo è comunque necessario per attivare il processo come

se stimolasse la cellula uovo ad andare incontro a un processo di differenziamento e

quindi di produzione di un nuovo organismo, non partecipando in ogni caso con il

proprio patrimonio genetico. Quindi l’organismo che si verrà a formare sarà un

organismo che presenterà solamente il patrimonio genetico femminile derivante dalla

madre, tuttavia, non necessariamente sarà un clone della madre: durante il processo

di gametogenesi (la produzione di gameti) osserveremo dei meccanismi che vanno a

produrre una variabilità genetica, in quanto il gamete prodotto non contiene tutte le

informazioni genetiche della cellula germinale dell'individuo che sta producendo il

gamete, ma conterrà solamente parte di questo patrimonio genetico. Non solo, ma

durante questo processo attraverso il quale si andrà a produrre un gamete esistono

anche dei meccanismi di ricombinazione per cui il patrimonio genetico che si viene a

creare nel gamete è diverso sicuramente dal patrimonio genetico del genitore. Ecco

che quindi il clone non sarà un clone totale ma sarà generalmente un clone parziale,

per cui si tratta di un organismo che conterrà parte delle informazioni e comunque

ricombinate in modo tale da essere diverse da quelle della cellula che le ha prodotte.

Esistono vari tipi di partenogenesi, infatti nelle diverse specie che vanno incontro a

questo meccanismo è possibile riscontrare processi diversi: ad esempio esiste una

partenogenesi che consente di avere un clone completo poiché la cellula uovo si

origina dalla cellula germinale attraverso mitosi, quindi un processo di divisione

cellulare completamente conservativo, anche se nella maggior parte dei casi si ha una

semplice meiosi che comporta ricombinazione o riduzione del patrimonio genetico.

Esistono anche diversi organismi che si riproducono attraverso partenogenesi, ad

esempio il maschio della formica, oppure lo squalo, il maschio dell'ape (fuco). Quindi,

in alcuni casi, per varie ragioni evolutive, si è ottenuto questo particolare meccanismo

riproduttivo e in ogni caso in realtà la strategia non è sempre uguale, ci sono

combinazioni diverse per cui a volte si forma un individuo aploide, a volte l'individuo

diventa diploide, perché in natura c'è una grande diversificazione nel modo in cui

questa partenogenesi viene operata. *

I meccanismi di riproduzione asessuata quindi possono essere:

- una riproduzione puramente asessuata di tipo agamico

- una riproduzione “speciale” rappresentata dalla partenogenesi, dove sarà la cellula

uovo a generare un nuovo organismo, nuovo organismo che può essere un clone

completo della madre oppure un clone parziale, a seconda della modalità attraverso la

quale viene prodotta questa cellula uovo.

1.1.3. Vantaggi e svantaggi tra le modalità di riproduzione

La riproduzione asessuata presenta dei grossi vantaggi: il primo è un vantaggio sotto il

punto di vista energetico, infatti la riproduzione asessuata è energicamente più

vantaggiosa perché durante lo sviluppo embrionale di un organismo che si riproduce

in maniera asessuata non vi è la necessità di sviluppare delle gonadi e

nemmeno un apparato riproduttore, quindi cellule specifiche deputate alla

trasmissione del materiale ereditario (i gameti). Questo significa che tutte quelle

energie che sarebbero utilizzate per sviluppare e per mantenere un apparato

riproduttore possono invece essere utilizzate da questi organismi per ottimizzare altri

tipi di processi. Non solo c'è un grande risparmio energetico durante lo sviluppo

embrionale, perché anche l'individuo adulto presenterà un apparato in meno, avendo

così la possibilità di utilizzare meglio le proprie energie per tutti gli altri apparati e

sistemi. Un altro vantaggio sempre sotto il punto di vista energetico è la ricerca del

partner (si potrebbe pensare a specie che vivono nell'oceano con una densità di

popolazione di 1 animale ogni 10 km² di oceano, per cui questi organismi per

riprodursi in modalità sessuata dovrebbero incontrarsi fisicamente per operare la

riproduzione). Un organismo che si riproduce in maniera asessuata è quindi un

organismo che, nel caso in cui le condizioni ambientali siano favorevoli e si

mantengano stabili, e la densità di popolazione sia bassa, riesce a colonizzare con

grande facilità e rapidità un ecosistema, una nicchia ecologica nella quale si trova

localizzato (consuma poca energia, non ha bisogno di trovare il partner, l’organismo

quindi andrà a riprodursi popolando l’ambiente in maniera molto rapida). E’ anche

vero però che se per una qualsiasi ragione le condizioni ambientali cambiano (un

aumento o un abbassamento della temperatura, un cambiamento nella catena

alimentare per cui si ha l'estinzione o la riduzione di una preda o l