Questo è probabilmente uno dei pochi argomenti di biologia che non necessita di un'introduzione accattivante. Continua a leggere per scoprire di più sulla riproduzione, non soltanto quella umana, ma anche quella delle piante e di altri organismi. All'apparato riproduttivo umano nello specifico abbiamo inoltre dedicato un articolo a parte.
Introduzione alla riproduzione
La riproduzione, ovvero la produzione di prole, è essenziale per il proseguimento della vita, per un motivo molto logico: se gli organismi non potessero creare prole, la vita cesserebbe di esistere alla morte della prima generazione. Gli organismi hanno diversi modi di riprodursi e trasmettere alla prole i propri geni. Questa pluralità di modalità riflette la diversità della vita sul nostro pianeta.
Riproduzione sessuata
La riproduzione sessuata è un tipo di riproduzione in cui i nuclei dei gameti maschili (cellule sessuali maschili) e i nuclei dei gameti femminili (cellule sessuali femminili) si fondono per formare uno zigote (uovo fecondato).
Durante la riproduzione sessuata, il materiale genetico di entrambi i genitori si unisce per produrre una prole geneticamente diversa.
La riproduzione sessuata avviene attraverso il processo di meiosi che permette di produrre gameti aploidi (cellule sessuali con una serie completa di cromosomi). Durante la fecondazione, i gameti della madre e del padre si fondono per formare una cellula diploide (cellule sessuali con due serie complete di cromosomi, una da ciascun genitore).
In questo modo, la prole prodotta è geneticamente diversa, in quanto racchiude in sé caratteristiche di ciascun genitore. In questo modo, la riproduzione sessuale crea diversità genetica, il che significa avere una gamma di caratteristiche e tratti diversi all'interno di una specie.
Gameti
Cellule aploidi presentano la metà del numero di cromosomi normalmente presenti nell'organismo. Ciò significa che quando due gameti si fondono durante la fecondazione, il nuovo organismo risultante possiede il numero corretto di cromosomi. Una cellula aploide contiene un unico set di cromosomi definito n. Il numero di set di cromosomi che un organismo possiede in una cellula normale varia. Gli esseri umani hanno 2n in quanto sono organismi diploidi e hanno una coppia di ciascun cromosoma. Le banane, invece, sono triploidi (3n). Un numero di n diverso da quello normale può anche essere il risultato di un'errata divisione cellulare o della fecondazione di ovuli da parte di più di uno spermatozoo.
La meiosi inizia con la replicazione del DNA, come nella mitosi; la differenza è che il materiale genetico, invece di dividersi una volta, si divide due volte, formando così quattro cellule aploidi invece delle due cellule figlie che si formano normalmente con la divisione mitotica.
Mitosi e meiosi sono due forme molto importanti e distinte di divisione cellulare. La mitosi è fondamentale per la crescita e per la riproduzione asessuata, la meiosi per la riproduzione sessuata.
Non tutti gli organismi che utilizzano la riproduzione sessuata lo fanno allo stesso modo. Vediamo i vari tipi di riproduzione sessuata:
- Anisogamia. I due gameti utilizzati per creare un nuovo organismo sono strutturalmente diversi. In queste specie i due sessi sono chiamati maschio e femmina e producono rispettivamente spermatozoi e uova.
- Isogamia. I due gameti utilizzati per creare un nuovo organismo sono strutturalmente identici e differiscono solo per proprietà non morfologiche. A ciascuno di questi gameti vengono poi attribuiti altri nomi arbitrari per differenziarli, ma non sono indicati come spermatozoi e uova.
- Ermafroditi. Gli organismi ermafroditi producono gameti sia maschili che femminili perché possiedono entrambe le serie di organi riproduttivi. Questo fenomeno è più comune negli invertebrati e non può verificarsi negli esseri umani.
Fecondazione
La fecondazione è il processo in cui due gameti si fondono, creando una cellula con il numero corretto di gameti per la specie che si sta riproducendo.
Lo zigote è il primo stadio dello sviluppo della prole, formato dalla fusione di due gameti durante la fecondazione. Poiché ogni gamete contiene metà del materiale genetico richiesto, la loro fusione crea una cellula con l'intero corredo genetico.
La fecondazione può avvenire per allogamia o autogamia.
- L'allogamia si riferisce alla fecondazione di un gamete di un organismo da parte di un gamete di un altro organismo.
- L'autogamia è la fecondazione di un gamete con un altro gamete dello stesso organismo. È limitata agli organismi ermafroditi, in quanto entrambi gli organi riproduttivi devono essere presenti perché entrambi i gameti siano presenti nello stesso organismo.
Riproduzione sessuata umana
Gli esseri umani e gli altri mammiferi si riproducono per via sessuata e non possono riprodursi per via asessuata.
La riproduzione sessuata nell'uomo (e in altri animali) prevede la fusione di una cellula spermatozoo (gamete maschile) e di una cellula uovo (gamete femminile) per produrre uno zigote diploide (cellula uovo fecondata). La produzione di gameti nell'uomo è resa possibile dai processi di oogenesi (produzione di ovuli o cellule uovo) e spermatogenesi (produzione di spermatozoi). La fecondazione umana si suddivide in varie fasi:
Gli spermatozoi si legano allo strato esterno della cellula uovo, la membrana pellucida, e vi scavano un tunnel usando enzimi digestivi: questa reazione è chiamata reazione acrosome.
La membrana dello spermatozoo e della cellula uovo si fondono prima che il nucleo dello spermatozoo entri nel citoplasma dell'uovo. Segue la reazione corticale, che consiste essenzialmente nell'indurimento della membrana pellucida per impedire ad altri spermatozoi di fecondare lo stesso ovulo.
Quando i nuclei dell'ovulo e dello spermatozoo si fondono, si forma lo zigote.
Lo zigote si divide più volte per formare una blastocisti e si impianta all'interno dell'utero.
Maggiori informazioni su questo argomento sono disponibili nel nostro articolo sull'apparato riproduttivo umano.
Riproduzione sessuata nelle piante
Le piante possono riprodursi sia in modo asessuato sia in modo sessuato. La riproduzione sessuata nelle piante segue principi simili a quelli della riproduzione sessuata nell'uomo: i nuclei dei gameti maschili e femminili si fondono per formare uno zigote. Tuttavia, ci sono alcune differenze significative. I gameti maschili sono prodotti nelle antere del fiore e si trovano nei granuli di polline, mentre i gameti femminili sono prodotti negli ovari del fiore e conservati negli ovuli. Nelle piante, gli ovuli sono strutture che, una volta fecondate, si sviluppano in semi.
Figura 2. Struttura di un fiore.
La fecondazione nelle piante è un doppio processo. Vediamone le tappe:
Un granulo di polline si deposita sullo stimma (o stigma) del carpello e forma un tubo pollinico che si sviluppa verso il basso nell'ovulo.
Quando il tubo pollinico entra nella parete del sacco embrionale dell'ovulo, la punta del tubo pollinico si rompe e un gamete maschile esce dal tubo e feconda l'ovulo, formando uno zigote.
Un altro gamete maschile, anch'esso nel tubo pollinico, si fonde con due nuclei polari (nuclei femminili che si trovano al centro del sacco embrionale), producendo un nucleo endospermatico.
Il nucleo endospermatico si divide e forma l'endosperma, che fornisce sostanze nutritive all'embrione in crescita.
Riproduzione sessuata nei funghi
Come le piante, anche i funghi possono riprodursi sia per via sessuata, sia per via asessuata. In entrambi i casi, i funghi producono spore, cellule particolarmente resistenti che possono derivare dalla fusione dei gameti nella riproduzione sessuata o formarsi attraverso la mitosi nella riproduzione asessuata. Una volta create, le spore vengono rilasciate nell'ambiente, dove crescono in cloni dell'organismo madre quando le condizioni ambientali sono adatte. La riproduzione sessuata nei funghi avviene in tre fasi: plasmogamia, cariogamia e meiosi.
Plasmogamia. I nuclei di due cellule aploidi si uniscono, ma non sono ancora fusi, quindi nella stessa cellula sono presenti due nuclei diversi.
Cariogamia. I due nuclei si fondono formando l'unico nucleo di uno zigote diploide.
Meiosi. Le cellule dei gametangi (organi di riproduzione sessuale nei funghi) tornano allo stato aploide a seguito della divisione meiotica. Queste cellule vengono incorporate in spore che si diffondono nuovamente nell'ambiente.
Riproduzione asessuata
La riproduzione asessuata è un tipo di riproduzione che non prevede la fusione dei gameti.
La riproduzione asessuata avviene esclusivamente tramite mitosi, un processo per cui una cellula si divide per produrre cellule figlie geneticamente identiche. La riproduzione asessuata è generalmente utilizzata dai procarioti e dagli eucarioti unicellulari, ma anche da alcuni organismi multicellulari.
Riproduzione asessuata nei funghi
I funghi possono riprodursi per via asessuata tramite la frammentazione, la gemmazione o la produzione di spore.
Nella frammentazione, il tallo (corpo del fungo) si "rompe" in vari pezzi, ciascuno dei quali darà vita a un nuovo fungo. Anche il micelio (apparato vegetativo dei funghi) può rompersi e dare vita ad altri miceli che si svilupperanno in funghi.
Nella gemmazione si forma un rigonfiamento sul bordo della cellula madre che poi si stacca per formare un nuovo organismo (citocinesi). In altre parole, invece di dividere interamente la cellula madre in due cellule figlie, una cellula più piccola inizia a crescere dalla membrana cellulare, per poi espandersi e alla fine staccarsi formando una nuova cellula figlia e lasciando indietro la cellula madre.
Figura 4. Saccharomyces cerevisiae (lievito di birra), un esempio di organismo eucariotico che può utilizzare la riproduzione asessuata attraverso la gemmazione. Sono visibili le gemme che si estendono dalle cellule più grandi.
Riproduzione asessuata nelle piante
Le piante possono servirsi di due tipi principali di riproduzione asessuata: la riproduzione vegetativa e l'apomissia.
La riproduzione o propagazione vegetativa coinvolge la struttura vegetativa della pianta per formare nuovi individui geneticamente identici. Le nuove piante crescono da sezioni di cellule totipotenti all'interno del tessuto vegetale, il che significa che sezioni di piante possono potenzialmente crescere in intere nuove piante che sono cloni dell'organismo madre.
L'apomissia è una forma di riproduzione asessuata che produce semi senza fecondazione. In sostanza, l'ovulo da solo dà origine a un nuovo seme. In alcune piante, l'impollinazione è necessaria per avviare la crescita dell'embrione, ma non viene trasferito materiale genetico dal granulo di polline alla prole.
Riproduzione asessuata nei procarioti
I procarioti, come i batteri, sono organismi unicellulari che non contengono un nucleo distinto o altri organelli legati alla membrana. Si riproducono per via asessuata, attraverso un processo noto come fissione binaria. Il processo di fissione binaria si sostanzia in varie tappe:
Il DNA della cellula procariotica si replica, raddoppiando il numero di cromosomi. Ricorda che, dato che il materiale genetico dei procarioti non è contenuto in un nucleo, il DNA si trova sciolto nel citoplasma, anche se localizzato in una regione specializzata chiamata nucleoide.
I due DNA si separano andando a collocarsi alle estremità opposte della cellula. La cellula si allunga formando un setto di separazione al centro.
Dal setto si forma una nuova parete cellulare che si divide al centro. Il risultato sono due cellule procariotiche geneticamente identiche.
È importante notare che la fissione binaria non riguarda solamente gli organismi procariotici. Infatti, anche alcuni organismi eucarioti unicellulari possono riprodursi in questo modo; un esempio sono le amebe.
Figura 6. Fissione binaria.
Riproduzione asessuata VS riproduzione sessuata: vantaggi e svantaggi
Facciamo ora un confronto tra i due metodi di riproduzione.
Riproduzione sessuata
Vantaggi:
La prole presenta una maggiore diversità e variazione genetica.
La specie può adattarsi a nuovi ambienti in continuo cambiamento grazie alla sua diversità genetica.
La specie è ampiamente protetta da un'epidemia: grazie alla variazione genetica degli individui della specie, è improbabile che le malattie colpiscano tutti gli individui.
Svantaggi:
La ricerca di un compagno richiede tempo ed energia.
Se un individuo è isolato dal resto della popolazione, non è in grado di riprodursi.
Riproduzione asessuata
Vantaggi:
Quando le condizioni ambientali sono adatte, può innescare un rapido aumento della popolazione degli organismi.
Non c'è bisogno di una coppia, basta un solo genitore.
È più veloce della riproduzione sessuata.
Svantaggi:
Non c'è aumento della diversità genetica né variazione in una popolazione.
La specie potrebbe non essere in grado di adattarsi ai cambiamenti ambientali.
È probabile che un'epidemia colpisca tutti gli individui.
Riproduzione - Punti chiave
- La riproduzione è la produzione di prole ed è essenziale per il proseguimento della vita.
- La riproduzione sessuata può avvenire solo tra cellule aploidi, i gameti, create tramite il processo di meiosi. I gameti si uniscono durante la fecondazione e formano lo zigote, una cellula con l'assetto genetico completo (diploide nel caso degli esseri umani).
- La riproduzione asessuata avviene attraverso il processo di mitosi.
- Gli esseri umani e gli altri mammiferi possono riprodursi soltanto per via sessuata.
- Le piante e i funghi possono riprodursi sia sessualmente che asessualmente.
- I procarioti e i batteri si riproducono solo per via asessuata.
- La riproduzione sessuata produce diversità genetica e permette alla popolazione di differenziarsi e sopravvivere ai cambiamenti ambientali e alle malattie.
- La riproduzione sessuata è più rapida e può innescare un rapido aumento della popolazione anche a partire da un solo organismo.
References
- Fig. 6 - Schema della scissione binaria batterica (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Binary_fission_it.svg), Author: Drawn by w:User:JWSchmidt (w:Image:Binary fission.png); vectorized by w:User:JTojnar; Derivative work (translation to Italian) Ciao57 is licensed by CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/deed.en)
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