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Riproduzione sessuata

Che cosa è la riproduzione sessuata?

La riproduzione sessuata è un processo caratteristico delle cellule eucariotiche attraverso cui si ha la  generazione di una cellula a corredo cromosomico diploide mediante fusione di due gameti, nei quali è contenuto metà del patrimonio genetico del singolo genitore, e la formazione di uno zigote il cui genoma è ereditato per metà da ciascuno dei due individui parentali.

Il possesso di un corredo cromosomico diploide, cioè composto da numerose coppie di cromosomi omologhi recanti i loci specifici per i medesimi geni è condizione indispensabile per la riproduzione sessuata propriamente detta.

La riproduzione sessuata prevede la realizzazione di un processo noto come meiosi in cui le cellule germinali vanno incontro una particolare forma di divisione nucleare che porta alla formazione di quattro nuclei aploidi che verranno incorporati nei gameti.

Il gamete maschile è detto spermatozoo o spermazio (in base alla capacità o meno di muoversi liberamente nell’ambiente) mentre il gamete femminile è detto ovulo.

Nelle forme più primitive di riproduzione sessuale i due gameti possono essere indistinguibili, pertanto non ha senso parlare di gamete maschile e femminile, e si parla invece di isogameti.

La riproduzione sessuata è in contrapposizione alla riproduzione asessuata in cui la progenie ha lo stesso identico genoma dell’organismo che l’ha generata ed è tipica dei procarioti.

I questi ultimi, un meccanismo in qualche modo simile alla riproduzione sessuata è quello della coniugazione, che garantisce un certo scambio genico tra cellule differenti, ma non essendo presente meiosi ed essendo il genoma di questi organismi di tipo aploide non si può parlare di vera e propria riproduzione sessuata.

Riproduzione sessuata

Figura 1: Riproduzione sessuata: attraverso il processo di meiosi si generano gameti aploidi. La fecondazione porta alla fusione dei gameti e la formazione di uno zigote in cui è ripristinato il corredo cromosomico diploide.

Significato biologico della riproduzione sessuata

La riproduzione sessuata è il meccanismo attraverso cui gli eucarioti sono riusciti a garantire un sufficiente tasso di variabilità genetica nelle proprie popolazioni.

La presenza di un pool genico ampio e diversificato è garanzia di una maggiore fitness e una maggiore capacità di adattamento delle popolazioni a possibili variazioni delle condizioni ambientali.

Al contrario una popolazione in cui si riscontra un pool genico con poca variabilità può non essere in grado di far fronte a tali cambiamenti con conseguenze negative sulla sua capacità di sopravvivenza.

La presenza di una alta percentuale di eterozigosi nel genoma di un singolo individuo è generalmente associata ad una maggiore forza e vitalità per un fenomeno noto con il nome di “vigore da eterozigosi” o “eterosi”.

Il fenomeno del crossing over permette, durante la riproduzione sessuata, un rimescolamento dei geni sui cromosomi i quali presenteranno quindi piccole differenze gli uni rispetto agli altri e rispetto ai cromosomi parentali.

Alternanza di generazioni

In alcune specie, sia animali che vegetali, può esistere una alternanza di generazioni con fasi a riproduzione sessuata e fasi a riproduzione asessuata.

Nei vegetali questa alternanza di generazioni si riflette anche sul genoma dell’individuo che presenta in una fase un corredo cromosomico diploide e nell’altra un corredo cromosomico aploide: in questi organismi si definisce gametofito l’individuo aploide che produce i gameti e quindi partecipa alla riproduzione sessuata; dalla fecondazione dei gameti si genera uno zigote che da origine allo sporofito diploide che produrrà spore, le quali origineranno un nuovo gametofito senza passare per la fecondazione.

Negli animali l’alternanza di generazioni tra individui che si riproducono per via sessuata e individui che si riproducono per via asessuata non determina il cambiamento dell’assortimento cromosomico: è il caso, ad esempio, di molti cnidari in cui la fase polipoide rappresenta la fase di riproduzione asessuata in cui attraverso il processo di gemmazione o strobilazione avviene la produzione di altri polipi o della medusa, che in genere rappresenta l’individuo sessualmente maturo in grado di produrre gameti. In ciascuna fase l’organismo ha sempre un corredo cromosomico diploide.

Riproduzioni sessuate e asessuate negli cnidari

Alternanza di riproduzioni sessuate e asessuate negli cnidari: le meduse attuano la riproduzione sessuata dando origine ad una larva. Lo sviluppo della larva produce un polipo per gemmazione (riproduzione asessuata) che può dare origine ad una colonia di polipi, i quali attraverso una nuova riproduzione asessuata (gemmazione o strobilazione) danno origine a nuove meduse sessualmente mature.

Tipologie di fecondazione

Negli organismi che attuano la riproduzione sessuata la fecondazione può avvenire in vari modi: alcuni organismi procedono ad una fecondazione interna, mediante l’inserimento dei gameti maschili nel corpo della femmina; altri organismi attuano una fecondazione esterna, in cui i gameti si incontrano nell’ambiente esterno.

Questo tipo di fecondazione è particolarmente sviluppata negli organismi acquatici, dove la dispersione dei gameti nel mezzo acquatico ne rende possibile l’incontro.

Tra le femmine di questi organismi, alcune producono uova bentoniche, cioè adese ad un un substrato, che vengono fecondate dal maschio mediante rilascio dei propri gameti nelle immediate vicinanze delle uova stesse; altri organismi invece rilasciano i gameti direttamente in acqua facendo si che sia la corrente a determinarne l’incontro e la fecondazione degli ovuli.

Negli organismi vegetali in genere la fecondazione avviene mediante vettori che trasportano il polline da un fiore maschile ad un fiore femminile.

Riproduzione sessuata nei protisti

Negli eucarioti unicellulari vi sono varie modalità di riproduzione sessuata. Nei ciliati questa si realizza mediante coniugazione: le cellule di questi organismi possiedono una corredo genetico formato da due nuclei distinti, uno più grande e di natura poliploide, detto macronucleo, l’altro più piccolo, aploide o diploide, detto micronucleo.

Nella fase precedente alla coniugazione il macronucleo degenera e il micronucleo va incontro a meiosi, formando 4 nuclei aploidi di cui 3 degenerano e uno va incontro a una nuova divisione.

Le cellule si fondono in corrispondenza del citostoma e uno dei due nuclei, detto migrante, viene trasferito nell’altra cellula, mentre quello stazionario rimane nella cellula che lo ha prodotto. Non vi è divisione cellulare pertanto il processo non influenza il numero di individui della popolazione.

Riproduzione sessuale mediante coniugazione nei protisti ciliati

Figura 3: Riproduzione sessuale mediante coniugazione nei protisti ciliati.

Nelle diatomee il processo di riproduzione sessuale avviene in relazione alla progressiva riduzione della dimensione delle cellule durante i molteplici cicli di riproduzione asessuata.

Per ripristinare le dimensioni originarie la cellula va incontro a un tipo di riproduzione sessuale noto come auxosporulazione, la cui modalità differisce tra diatomee centriche e diatomee pennate:

1) nelle diatomee pennate le due cellule si circondano di mucillagine, aprono le valve e vanno incontro a meiosi, formando ognuna due gameti disuguali, il più piccolo dei quali va incontro al più grande originatosi dall’altra cellula e viceversa. Dalla fusione delle quattro coppie di gameti si formano due zigoti, detti auxospore che si dividono formando due cellule mature ciascuno, ognuna delle quali delle dimensioni massime della specie.

2) Nelle diatomee centriche la meiosi dà origine, nelle cellule della linea femminile, a quattro oosfere, mentre le cellule della linea maschile danno origine a molti gameti maschili, più piccoli e flagellati, che vanno incontro alle oosfere fecondandole e originando le auxospore il cui destino è il medesimo delle auxospore pennate.

Ermafroditismo

In natura sono numerose le specie i cui individui presentano caratteri sessuali sia maschili che femminili.

In botanica questa caratteristica è definita monoicismo e si realizza in genere con la presenza simultanea di strutture recanti gli apparati riproduttori maschili e strutture recanti apparati riproduttori femminili.

Tra gli animali si parla più propriamente di ermafroditismo, che può essere di tipo sincrono, quando i caratteri di entrambi i sessi sono contemporaneamente presenti nel medesimo individuo, o sequenziale, quando cioè gli individui vanno incontro a inversione sessuale a un certo punto del proprio sviluppo.

L’inversione sessuale può essere dovuta a fattori legati all’età e alla dimensione oppure a ragioni di tipo sociale (mancanza o scarsità di individui del sesso opposto nella popolazione).

Quando la prima fase della vita è caratterizzata dalla presenza dei caratteri sessuali maschili, la specie è detta ermafrodita proterandrica, al contrario si parla di organismi ermafroditi proteroginici.

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