Reproducerea

Reproducerea este funcția prin care organismele dau naștere unor indivizi noi, asigurând perpetuarea speciei. Ea poate fi asexuată, când noul individ provine de la un singur părinte, fără fecundație, sau sexuată, când se formează gameți care se unesc prin fecundație. Fiecare tip are avantaje și dezavantaje, iar multe organisme le folosesc pe amândouă, în funcție de condițiile de mediu. Programa de bacalaureat cere reproducerea la plante (asexuată și sexuată, la angiosperme) și reproducerea la om.

Reproducerea asexuată

Reproducerea asexuată pornește de la un singur organism părinte și produce descendenți identici genetic cu acesta (clone). Nu presupune formarea de gameți și nici fecundație. Este rapidă și consumă puțină energie, dar nu produce variabilitate genetică. La plante, programa cere două forme: reproducerea asexuată specializată, prin spori, și înmulțirea vegetativă. Fisiunea binară, înmugurirea și fragmentarea sunt prezentate ca noțiuni complementare.

Fisiunea binară

Fisiunea binară este cea mai simplă formă de reproducere asexuată și este întâlnită la organisme unicelulare (bacterii, unele protiste). Celula-mamă se împarte în două celule-fiice aproximativ egale.

Etapele procesului:

1. ADN-ul celulei se replică.
2. Celula crește.
3. Membrana celulară se invaginează în zona mediană.
4. Cele două celule-fiice se separă, fiecare cu o copie completă a materialului genetic.

Exemple:

• bacteriile: Escherichia coli se poate diviza la fiecare 20 de minute, în condiții optime;
• amiba;
• parameciul, care se divide transversal.

Înmugurirea

La înmugurire, pe corpul organismului părinte se formează o proeminență (mugure) care crește și se dezvoltă; mugurele poate rămâne legat de părinte, formând o colonie, sau se poate desprinde și deveni un individ independent.

Exemple:

• hidra, un celenterat de apă dulce, formează muguri pe peretele corpului; mugurii își formează tentacule și gură înainte de a se desprinde;
• drojdiile (Saccharomyces), la care celula-mamă formează un mugure mic, care crește și se separă;
• coralii, care formează colonii prin înmuguriri repetate, fără desprinderea mugurilor.

Fragmentarea

La fragmentare, corpul organismului se rupe în două sau mai multe părți, iar fiecare fragment regenerează un organism complet.

Exemple:

• planaria (vierme lat): dacă este tăiată în mai multe bucăți, fiecare bucată își reface părțile lipsă;
• steaua-de-mare: un braț desprins poate reface un animal întreg, dacă păstrează o parte din discul central;
• algele filamentoase, ale căror filamente se rup, iar fiecare fragment crește într-un organism nou.

Multiplicarea vegetativă

Înmulțirea (multiplicarea) vegetativă este o formă de reproducere asexuată a plantelor, în care indivizii noi se formează din organe vegetative (rădăcină, tulpină, frunză) ale plantei-mamă, fără semințe.

Înmulțirea vegetativă naturală:

• stolonii: tulpini târâtoare care formează plante noi la noduri; exemple: căpșunul, fragul;
• rizomii: tulpini subterane orizontale, din care cresc lăstari noi; exemple: pirul, stânjenelul;
• tuberculii: tulpini subterane îngroșate, cu muguri („ochi”); exemplu: cartoful;
• bulbii: tulpini scurte, subterane, acoperite de frunze cărnoase; exemple: ceapa, laleaua, narcisa;
• drajonii: lăstari care cresc din rădăcinile plantei-mamă; exemple: prunul, zmeurul;
• frunzele: unele plante formează plante mici pe marginea frunzelor; exemplu: Kalanchoe.

Înmulțirea vegetativă artificială (practicată de om):

• butășirea: o porțiune de tulpină, de frunză sau de rădăcină (butașul) este pusă în pământ sau în apă, unde formează rădăcini adventive; exemple: trandafirul, vița-de-vie, mușcata, salcia;
• marcotajul: o ramură este îndoită și acoperită cu pământ, rămânând legată de planta-mamă până formează rădăcini, după care este separată; exemple: vița-de-vie, coacăzul;
• altoirea: o porțiune dintr-o plantă (altoiul, o ramură sau un mugure) este unită cu o altă plantă înrădăcinată (portaltoiul), pentru a păstra însușirile valoroase ale soiului; exemple: pomii fructiferi, vița-de-vie.

Sporulația

Sporulația (reproducerea asexuată specializată) se realizează prin spori, celule specializate, adesea rezistente, care germinează în condiții favorabile și dau naștere unui organism nou.

Exemple:

• ciupercile formează spori în structuri specializate (sporangi, bazidii, asce); sporii sunt răspândiți de vânt, de apă sau de animale;
• ferigile formează spori în sporangi, grupați în sori pe fața inferioară a frunzelor;
• mușchii formează spori în capsula sporogonului, care crește pe planta verde;
• unele alge formează spori, uneori mobili, cu flageli (zoospori).

La bacterii, endosporii sunt forme de rezistență, nu de reproducere.

Reproducerea sexuată la plante

Reproducerea sexuată la plante presupune formarea de gameți, celule sexuale haploide, unirea lor prin fecundație și dezvoltarea unui organism nou. La plantele cu flori (angiosperme), organul reproducerii sexuate este floarea.

Structura florii

Floarea este un lăstar scurt, cu frunze modificate, prins de tulpină prin peduncul. Pe receptacul (partea lățită a pedunculului) se află verticilele florale:

• caliciul, format din sepale (de obicei verzi), care protejează floarea în boboc;
• corola, formată din petale colorate, care atrag insectele polenizatoare; caliciul și corola formează împreună periantul;
• androceul, partea masculă, format din stamine; fiecare stamină are un filament și o anteră, în ai cărei saci polenici se formează grăunciorii de polen;
• gineceul (pistilul), partea femelă, format din una sau mai multe carpele; are ovar (care conține ovulele), stil și stigmat. În fiecare ovul se află sacul embrionar, cu oosfera (gametul femel) și nucleul secundar (diploid).

Polenizarea

Polenizarea este transportul grăuncioarelor de polen de pe antere pe stigmat. Există două tipuri:

Autopolenizarea: polenul ajunge pe stigmatul aceleiași flori sau al altei flori de pe aceeași plantă. Avantaj: nu depinde de agenți externi. Dezavantaj: variabilitatea genetică a descendenților este redusă.

Polenizarea încrucișată: polenul ajunge pe stigmatul unei flori de pe altă plantă din aceeași specie. Descendenții au o variabilitate genetică mai mare. Polenul este transportat de:

• insecte (polenizare entomofilă): flori colorate, parfumate, cu nectar; exemple: trandafirul, mărul;
• vânt (polenizare anemofilă): flori mici, fără corolă viu colorată, cu stamine lungi și polen abundent și ușor; exemple: grâul, porumbul, mesteacănul;
• apă (polenizare hidrofilă), la unele plante acvatice;
• păsări (polenizare ornitofilă): flori tubulare, de obicei roșii, la plante tropicale;
• lilieci (polenizare chiropterofilă): flori care se deschid noaptea, la plante tropicale.

Fecundația

După polenizare, grăunciorul de polen germinează pe stigmat și formează un tub polinic, care crește prin stil până la ovul și transportă doi gameți masculi (celule spermatice). La angiosperme are loc fecundația dublă:

1. o celulă spermatică se unește cu oosfera și formează zigotul principal (2n), din care se dezvoltă embrionul;
2. cealaltă celulă spermatică se unește cu nucleul secundar (2n) al sacului embrionar și formează zigotul accesoriu (3n), din care se dezvoltă endospermul, țesutul nutritiv al seminței.

Fecundația dublă este caracteristică angiospermelor.

Formarea seminței și a fructului

După fecundație:

• ovulul se transformă în sămânță, alcătuită din tegument (învelișul protector), embrion (rădăciniță, tulpiniță, muguraș și unul sau două cotiledoane) și, adesea, țesut nutritiv (endosperm);
• ovarul se transformă în fruct, al cărui perete (pericarpul) este format din epicarp, mezocarp și endocarp; fructul protejează semințele și ajută la răspândirea lor.

Tipuri de fructe:

• fructe uscate: care se deschid la maturitate (păstaia de fasole și de mazăre, capsula de mac) și care nu se deschid (achena de floarea-soarelui, cariopsa de grâu și de porumb);
• fructe cărnoase: baca (strugurele, roșia, coacăza), drupa, cu sâmbure (cireașa, pruna, piersica), și poama (mărul, para).

Dispersia semințelor

Semințele și fructele sunt răspândite de:

• vânt (anemocorie): semințe sau fructe ușoare, cu aripioare sau cu puf; exemple: păpădia, arțarul;
• animale (zoocorie): fructe cărnoase consumate de animale sau fructe cu cârlige care se prind de blana lor; exemplu: brusturele;
• apă (hidrocorie): fructe care plutesc; exemplu: nuca de cocos;
• planta însăși (autocorie): fructe care se deschid brusc și aruncă semințele; exemplu: slăbănogul (Impatiens).

Reproducerea sexuată la animale

Sistemul reproducător la om

Sistemul reproducător feminin este alcătuit din:

• ovare, gonadele feminine, organe pereche situate în cavitatea pelviană, de o parte și de alta a uterului; produc ovulele și secretă hormonii estrogeni și progesteron;
• trompele uterine, două conducte care captează ovulul eliberat de ovar și îl conduc spre uter; în treimea lor externă are loc, de obicei, fecundația;
• uterul, un organ muscular cavitar, nepereche, situat între vezica urinară și rect; în mucoasa lui (endometrul) se fixează și se dezvoltă embrionul;
• vaginul, organul copulator feminin, care leagă colul uterin de exterior și este și canalul nașterii;
• organele genitale externe (vulva).

Sistemul reproducător masculin este alcătuit din:

• testicule, gonadele masculine, situate în scrot, la o temperatură puțin mai mică decât a corpului; în tubii seminiferi se formează spermatozoizii, iar celulele interstițiale secretă testosteron;
• căile spermatice: epididimul, în care spermatozoizii se maturează și se depozitează, canalele deferente, canalele ejaculatoare și uretra;
• glandele anexe: veziculele seminale (secretă un lichid bogat în fructoză, sursa de energie a spermatozoizilor), prostata și glandele bulbouretrale, ale căror secreții formează, împreună cu spermatozoizii, sperma;
• penisul, organul copulator masculin, străbătut de uretră.

Boli cu transmitere sexuală

Tipuri de fecundație

Fecundația externă: gameții sunt eliberați în mediul exterior (de obicei în apă), unde se unesc. Este caracteristică animalelor acvatice.

• Se formează cantități foarte mari de gameți, care compensează pierderile.
• Exemple: majoritatea peștilor osoși, amfibienii (broaștele), multe nevertebrate marine.

Fecundația internă: spermatozoizii sunt introduși în căile genitale ale femelei, unde are loc fecundația. Este caracteristică animalelor terestre.

• Sunt necesari mai puțini gameți, dar este nevoie de împerechere.
• Exemple: reptilele, păsările, mamiferele, insectele.

Dezvoltarea embrionară

După fecundație, zigotul se dezvoltă în mai multe etape:

1. Segmentarea: zigotul se divide mitotic de mai multe ori, rapid, fără ca celulele să crească; se formează o grămadă de celule numită morulă, apoi o sferă cu o cavitate în interior (blastocel), numită blastulă.
2. Gastrularea: celulele blastulei se deplasează și se reorganizează, formând gastrula, cu două sau trei foițe embrionare:
   • ectodermul, foița externă, din care se formează epidermul, sistemul nervos și organele de simț;
   • endodermul, foița internă, din care se formează mucoasa tubului digestiv, ficatul, pancreasul și epiteliul plămânilor;
   • mezodermul, foița mijlocie (la animalele triblastice), din care se formează mușchii, oasele, sistemul circulator, rinichii și organele reproducătoare.
3. Organogeneza: foițele embrionare se diferențiază și formează organele și sistemele de organe. La cordate, printre primele se formează tubul neural (din ectoderm) și coarda dorsală (din mezoderm).

Tipuri de dezvoltare post-embrionară

• Dezvoltarea directă: puiul seamănă cu adultul de la naștere sau de la ieșirea din ou; exemple: mamiferele, reptilele, păsările.
• Dezvoltarea indirectă (cu metamorfoză): puiul trece prin stadii larvare diferite de adult:
  • metamorfoza completă: ou, larvă, pupă, adult; exemple: fluturele, albina, gândacul;
  • metamorfoza incompletă: ou, larvă asemănătoare adultului (nimfă), adult; exemple: lăcusta, greierele;
  • la amfibieni: ou, mormoloc (larvă acvatică, cu branhii), adult cu plămâni.

Comparație între reproducerea asexuată și sexuată

Pentru bacalaureat, la acest capitol trebuie cunoscute înmulțirea vegetativă și sporulația, structura florii, fecundația, sămânța și tipurile de fructe, precum și alcătuirea sistemelor reproducătoare la om și bolile cu transmitere sexuală.