Riproduzione nel mondo animale

Riproduzione

Omne vivum ex ovo - William Harvey 1651

Omne vivum ex ovo: "Tutta la vita si sviluppa dall’uovo". Il seme influenza lo sviluppo dell’uovo. William Harvey stava descrivendo le caratteristiche della riproduzione sessuale, in base alle quali due genitori, maschio e femmina, producono gameti che, unendosi, diventano un nuovo individuo. Nonostante l’importanza dell’aforisma di Harvey, tale deduzione non era del tutto corretta. "La vita nasce dalla riproduzione di vite preesistenti e questa può non essere limitata a uova e spermi".

Infatti, riproduzione asessuale, gemmazione, frammentazione o scissione di un singolo genitore, sono metodi di riproduzione molto comuni. La maggior parte degli animali ha individuato la sessualità come strategia vincente, forse perché la riproduzione sessuale promuove la diversità, aumentando la sopravvivenza a lungo termine delle linee filetiche in un mondo in continuo cambiamento. L’evoluzione dipende dalla riproduzione perché il continuo succedersi delle generazioni permette alle forme viventi di evolversi e di adattarsi ai cambiamenti ambientali.

Natura del processo riproduttivo

1. Riproduzione sessuale

Produzione di individui da gameti (uova e spermatozoi). Due genitori, ciascuno dei quali produce cellule sessuali specializzate (gameti) dalla cui fusione (fecondazione) si sviluppa un nuovo individuo (zigote). Lo zigote riceve materiale genetico da ambedue i genitori, risultando geneticamente diverso da entrambi e producendo un individuo geneticamente unico. La ricombinazione dei caratteri parentali (crossing over) permette di aumentare la variabilità.

• Organismi diploidi (doppio corredo di geni)
• Vantaggi:
  • Incremento della variabilità delle linee genetiche grazie al crossing over
  • Notevole capacità di adattamento delle popolazioni per la selezione naturale
  • Possibilità di mantenere le mutazioni genetiche favorevoli
  • Fitness aumentata
• Svantaggi:
  • Indispensabile l’incontro con un partner di sesso opposto
  • Grande dispendio energetico e perdita in geni trasferiti alle generazioni successive (50%)
  • Necessita di strutture per la produzione di gameti, per l’accoppiamento e lo sviluppo embrionale

2. Riproduzione asessuale

Produzione di individui senza la formazione di gameti. Batteri, protisti, invertebrati: cnidari, briozoi, anellidi, echinodermi, emicordati. Un solo genitore, nessuna cellula sessuale specifica. Ogni organismo adulto è in grado di generare individui geneticamente identici a se stesso. La riproduzione asessuale è semplice, diretta e rapida.

• Organismi aploidi (unico corredo di geni)
• Vantaggi:
  • Consente di aumentare rapidamente il numero di individui quando le condizioni sono favorevoli
  • Non necessita l’incontro di partner di sesso diverso
• Svantaggi:
  • Essendo tutti identici, scarsissima biodiversità genetica (nessuna selezione che premia i più adatti)
  • Popolazione a rischio estinzione nel caso di perturbazioni ambientali (siccità, patologie)
  • Le specie evolvono lentamente per l’assenza di nuove combinazioni geniche dovute alla mancanza di meiosi e anfogonia

Riproduzione sessuale

RIPRODUZIONE BISESSUALE (o biparentale): Unione di gameti che provengono da due individui geneticamente diversi. La progenie possiede un nuovo genotipo, diverso da quello dei genitori. I genitori sono di sesso opposto (dioici). Eccezioni: Batteri e Protozoi sessi non distinti. Distinzione tra maschio e femmina: dimensione e mobilità dei gameti che producono. Cellula uovo: grande, non mobile, quantità limitata. Compito: riserve nutritizie. Spermatozoo: piccolo, mobile, quantità innumerevole. Compito: trovare e fecondare l’uovo.

Caratteristica 1: Meiosi - Divisione nucleare che porta alla formazione dei gameti: i cromosomi si separano una volta ma la cellula si separa due volte, formando quattro cellule, ognuna con la metà dei cromosomi originali (n° aploide di cromosomi). Fecondazione: i due gameti aploidi (1n = 23 c.) si fondono e viene ripristinato il n° caratteristico di cromosomi. Zigote: possiede metà cromosomi da un genitore e metà dall’altro.

Caratteristica 2: Ricombinazione e variabilità genetica: La composizione genetica dello zigote è unica perché deriva da una casuale ricombinazione delle caratteristiche di entrambi i genitori. Molti organismi unicellulari si riproducono sia sessualmente che asessualmente: La riproduzione sessuale, se si verifica, può coinvolgere o meno i gameti maschili e femminili. A volte due genitori sessualmente maturi si uniscono e scambiano materiale nucleare oppure congiungono i citoplasmi (coniugazione).

Gonadi: Organi sessuali primari che producono le cellule germinali. Gonade maschile: testicolo. Gonade femminile: ovario. Organi sessuali accessori: trasferiscono o ricevono le cellule sessuali (pene, vagine, ovidotti e utero).

Geni

Il gene è l'unità ereditaria fondamentale degli organismi viventi. Corrisponde ad una sequenza di acidi nucleici (DNA e RNA). I geni dirigono lo sviluppo fisico e comportamentale di un essere vivente. Il fenotipo di un organismo può dunque essere considerato come il prodotto di alcuni suoi geni, e dell'interazione di tale prodotto con l'ambiente, in opposizione al suo genotipo le cui istruzioni ereditate che porta, possono essere o non essere espresse.

Cromosomi omologhi

Cromosomi morfologicamente identici che appaiano durante la meiosi. Cromosomi che in loci corrispondenti presentano gli stessi geni sintetizzanti informazioni identiche, ossia: codificando per lo stesso allele (omozigosi) o codificando per un diverso allele (eterozigosi). Negli organismi diploidi uno dei cromosomi omologhi è di origine materna, l'altro di origine paterna. I cromosomi omologhi dettano in ogni punto per lo stesso carattere (uno dal padre e uno dalla madre).

I cromosomi umani sono 46 accoppiati due a due, quindi vi sono 23 coppie di cromosomi omologhi, di cui 22 paia non sessuali (autosomi) ed un paio sessuali (eterosomi): XY nell'uomo, XX nella donna. Due cromosomi omologhi possiedono gli stessi geni, ma possono avere diverse forme alleliche: eterozigosi. Ad esempio, ognuno dei due possiede il gene che controlla il colore degli occhi, ma non necessariamente gli alleli determineranno lo stesso colore. Gli alleli possono essere:

• Completamente dominanti
• Completamente recessivi (si manifestano in condizioni di omozigosi)
• Dominanza incompleta

Duplicazione del DNA

Meccanismo molecolare attraverso cui viene prodotta una copia del DNA cellulare. Ogni volta che una cellula si divide l'intero genoma deve essere duplicato per poter essere trasmesso alla progenie (tramite mitosi o meiosi). Nel processo di replicazione del DNA il doppio filamento di DNA parentale funge da stampo per la sintesi di due filamenti figli complementari.

Mitosi

Divisione cellulare che porta alla formazione di nuove cellule con lo stesso assetto cromosomico:

• Aploide
• Diploide
• Poliploide

Aploidia e diploidia: Il passaggio della riproduzione asessuale a quella sessuale. Gli organismi aploidi sono pesantemente soggetti all’azione delle mutazioni, poiché sono de facto omozigoti (non avendo un cromosoma alternativo). Condizione estremamente svantaggiosa nelle prime fasi dell’evoluzione della vita, in un mondo privo di uno strato di ozono e con molte radiazioni UV.

Diploidia: Un efficiente sistema di riparazione del DNA potrebbe essere in certe circostanze d’aiuto: Nasce così la gamia (una sorta unione simbiontica) dall’unione di due cellule con corredo cromosomico aploide [n], che danno origine ad una cellula diploide [2n], una sorta di corredo cromosomico “di scorta”. Con essa vi è la possibilità di far sopravvivere gli individui anche in caso di mutazioni letali di un allele, superare eventuali errori di copiatura durante la duplicazione del DNA, oltre ad aumentare la variabilità genetica della popolazione sulla quale opererà la selezione naturale.

Nell’uomo:

• Uovo: Cellula sessuale (gamete) aploide (unico set cromosomico: 1 cromosoma per ogni tipo) 23 cromosomi
• Spermatozoo: Cellula sessuale (gamete) aploide (unico set cromosomico: 1 cromosoma per ogni tipo) 23 cromosomi
• Zigote: Cellula diploide (2 copie per ogni cromosoma: cromosomi omologhi) 46 cromosomi (uovo + spermatozoo = zigote mitosi e crescita)

Meiosi

La diploidia innesca anche l’evoluzione del processo riproduttivo: Vi è la necessità di evitare l’incremento esponenziale del corredo cromosomico. Per questo diviene necessario disporre di cellule “specializzate” (germinali) con corredo aploide, destinate a fondersi nel processo anfigonico (riproduzione sessuale). La loro produzione avrà luogo con il processo meiotico. La produzione di tali cellule sarà anche l’occasione per produrre ulteriore variabilità genetica con il “rimescolamento” (crossing-over) del DNA durante l’appaiamento e dei cromosomi omologhi nel corso della meiosi proposta alla formazione delle cellule germinali. Processo di divisione cellulare mediante il quale una cellula eucariota con corredo cromosomico diploide (2n) dà origine a 4 cellule con corredo cromosomico aploide (n). Nel processo, dopo l’appaiamento dei cromosomi omologhi, avviene anche una ricombinazione genica.

Riproduzione asessuale

Scissione

Divisione di una cellula o parte del corpo in due o più individui circa della stessa taglia. Citodieresi: Separazione delle 2 cellule figlie attraverso la strozzatura della membrana plasmatica.

• Scissione binaria: Quando la divisione avviene in parti uguali. La prole contiene una quantità approssimativamente uguale di protoplasma e le strutture associate. Es: Protozoi (Ameba)
• Scissione longitudinale: Quando, nella divisione, il piano di separazione è longitudinale. Es: Vermi piatti a vita libera (Platelminta: Planaria)
• Scissione multipla o schizogonia: Quando si riproducono formando numerose restrizioni per tutta la lunghezza del corpo e originando una catena di individui figli. Es: Altri vermi piatti e Anellidi

Strobilazione

Segmentazione spontanea e trasversale del corpo. Processo di scissione trasversale che interviene su alcuni polipi di cnidari per la generazione di meduse.

Metagenesi

Alternanza di riproduzione asessuale e sessuale. Protozoi (Foraminiferi e Sporozoi) e Metazoi (Tunicati e Cnidari: Idrozoi e Scifozoi). Es: Forme asessuate fisse al substrato (polipi) – Forme sessuate mobili (meduse). Dalle meduse si formano larve (planule) che si fissano sul fondo formando i polipi, i quali riprendono successivamente il ciclo.

Gemmazione (o paratomia)

Produzione di piccoli gruppi di cellule, dette gemme, in diverse regioni del corpo del genitore (o esternamente rimanendo quiescenti) da cui si sviluppano nuovi individui, che possono restare attaccati al corpo del genitore formando colonie o separarsi e condurre vita libera. Es: Alcuni Protozoi. Molto diffusa tra i Celenterati (Cnidari) e i Poriferi (spugne d’acqua dolce).

Negli unicellulari: Si forma lateralmente una piccola protuberanza alla cellula, detta gemma, che si stacca in un secondo momento. La cellula genitrice si conserva e la gemma figlia è più piccola di essa.

Nei pluricellulari: La gemma è composta da più cellule e dà origine ad individui figli, del tutto identici all'individuo genitrice, ma in miniatura. Vi è una zona specifica in cui avviene la scissione e non vi è la riorganizzazione del corpo. Es: Hydra cnidari: può formare, se la gemma rimane attaccata al genitore, intere colonie di cloni.

Frammentazione (o architomia)

L’individuo si rompe in più parti da ciascuna delle quali cresce un nuovo organismo. È legata alla capacità di rigenerazione. Es: Spugne, Cnidari, Policheti, Tunicati.

Autotomia e rigenerazione per Linckia: Genere tra le stelle marine. Epimorfosi o morfallassi non sono da considerarsi fenomeni di riproduzione. Cnidari: Anemone di mare.

Sporulazione

Unico meccanismo di differenziamento procariotico in cui un identico genotipo tra cellula madre e cellula figlia corrisponde a un diverso fenotipo. Le figlie sono spore, molto resistenti a fattori ambientali sfavorevoli.

Poliembrionia

Lo zigote si divide per formare cloni. Solo la prole è formata da individui identici, mentre è diversa.