تولید مثل چیست؟ — به زبان ساده – تعریف، اهداف و انواع

موجودات زنده قادر به بازتولید خود هستند. اگر ارگانیسم‌ها نتوانند تولید مثل را انجام دهند، جمعیت‌ها کاهش می‌یابد و از بین می‌روند زیرا اعضای آن‌ها در اثر پیری، بیماری، تصادف، شکار و غیره می‌میرند. هر موجود زنده‌ای وجود خود را مدیون فعالیت‌های تولید مثلی موجودات دیگر است. در این مقاله به بررسی و تعریف تولید مثل، انواع تولید مثل جنسی و غیر جنسی و مزایا و معایب آن‌ها، تولید مثل در انسان، جانوران و گیاهان می‌پردازیم. این مطلب می‌تواند به عنوان مکمل مناسبی برای فصول تولید مثل در کتاب‌های دبستان، دوره اول و دوم متوسطه مورد مطالعه قرار گیرد.

تولید مثل چیست؟

تولید مثل فرآیندی بیولوژیکی است که در آن والدین فرزندانی تولید کرده و اطلاعات ژنتیکی را از نسلی به نسل دیگر منتقل می‌کنند. این یک فرآیند اساسی بوده و برای تداوم گونه‌ها ضروری است. تولید مثل از ویژگی‌های خاص موجودات زنده است اما هر موجودی مکانیسم خاص خود را برای تکثیر و تولید فرزندان تکامل داده است. زیستگاه موجود زنده، فیزیولوژی داخلی آن و چندین عامل دیگر به طور کلی مسئول نحوه تولید مثل هستند.

تعریف تولید مثل در زیست شناسی

تولید مثل یکی از مهم‌ترین مفاهیم در زیست‌شناسی و به معنای ساختن یک نسخه جدید و در نتیجه فراهم کردن تداوم وجود گونه‌ها است. تولید مثل فرآیند تولید فرزندانی است که از نظر بیولوژیکی یا ژنتیکی مشابه ارگانیسم مادر هستند. دو شکل اصلی تولید مثل وجود دارد که شامل جنسی و غیرجنسی هستند. در ادامه در مورد آن بیشتر توضیح داده شده است.

انواع تولید مثل

تولید مثل فرآیندی است که توسط آن موجودات منفرد جدید یا فرزند از والد یا والدین خود تولید می‌شوند. تولید مثل به عنوان یکی از ویژگی‌های اساسی همه حیات شناخته شده است. هر ارگانیسم منفرد در نتیجه تولید مثل وجود دارد. دو نوع تولید مثل وجود دارد: غیرجنسی و جنسی.

• تولید مثل غیرجنسی: در تولید مثل غیرجنسی، موجود زنده می‌تواند بدون دخالت ارگانیسم دیگری تولید مثل کند. تولید مثل غیرجنسی به موجودات تک‌سلولی محدود نمی‌شود. شبیه‌سازی موجود زنده نوعی تولید مثل غیرجنسی است. با تولید مثل غیرجنسی، موجود زنده یک کپی ژنتیکی مشابه یا یکسان از خود ایجاد می‌کند.
• تولید مثل جنسی: تولید مثل جنسی به طور کلی در اثر تعامل جنسی دو بخش تخصصی، به نام گامت، که حاوی نیمی از تعداد کروموزوم‌های سلول‌های طبیعی هستند و در اثر میوز ایجاد می‌شوند، (معمولاً یک نر، ماده‌ای از همان گونه را بارور می‌کند) تا یک زیگوت بارور شده ایجاد شود. این امر ارگانیسم‌هایی را تولید می‌کند که ویژگی‌های ژنتیکی آن‌ها از دو ارگانیسم والدین گرفته شده است. در جدول زیر به صورت واضح تفاوت این دو روش تولید مثلی را بررسی کرده‌ایم.

جدول تفاوت های تولید مثل جنسی و غیر جنسی

تولید مثل جنسی چیست ؟

تولید مثل جنسی روشی از تولید مثل است که شامل ادغام گامت ماده هاپلوئید (سلول تخمک) و گامت نر هاپلوئید (سلول اسپرم) می‌شود. ادغام این گامت‌ها در زمان لقاح رخ می‌دهد و در نتیجه زیگوت دیپلوئید تشکیل می‌شود. زیگوت به یک ارگانیسم منفرد تبدیل می‌شود که از نظر ژنتیکی از موجودات والد متمایز است. این برخلاف تولید مثل غیرجنسی است که در آن ارگانیسم بدون دخالت گامت‌ها تولید مثل می‌کند و فرزندان حاصل از آن کلون والدین هستند. با این وجود، تولید مثل جنسی نسبت به تولید مثل غیرجنسی در افزایش تنوع ژنتیکی و گسترش مخزن ژنی دارای مزیت است. علاوه بر این، تضمین می‌کند که تعداد کروموزوم گونه‌ای خاص در طول نسل‌ها یکسان باقی می‌ماند.

تولید مثل جنسی رایج‌ترین چرخه زندگی در یوکاریوت‌های چندسلولی مانند حیوانات، قارچ‌ها و گیاهان است. تولید مثل جنسی در پروکاریوت‌ها (جانداران بدون هسته سلولی) اتفاق نمی‌افتد. اما آن‌ها فرآیندهایی با اثرات مشابه مانند کونژوگاسیون باکتریایی، ترانسفرماسیون و ترانسداکشن دارند، که ممکن است پیش‌ساز تولید مثل جنسی در یوکاریوت‌های اولیه باشد.

در تولید سلول‌های جنسی در یوکاریوت‌ها، سلول‌های مادر دیپلوئید تقسیم می‌شوند تا سلول‌های هاپلوئید معروف به گامت را در فرآیندی به نام میوز که شامل نوترکیبی ژنتیکی است، تولید کنند. کروموزوم‌های همولوگ جفت می‌شوند به طوری که توالی‌های DNA آن‌ها با یکدیگر همسو می‌شوند و به دنبال آن تبادل اطلاعات ژنتیکی بین آن‌ها انجام می‌شود. سپس دو دور تقسیم سلولی، چهار گامت هاپلوئید تولید می‌کند که هر کدام نصف تعداد کروموزوم‌های هر سلول والد را دارند، اما اطلاعات ژنتیکی در کروموزوم‌های والدین دوباره ترکیب شده‌اند. دو گامت هاپلوئید در یک سلول دیپلوئید به نام زیگوت در فرآیندی به نام لقاح ترکیب می‌شوند. زیگوت دارای مواد ژنتیکی از هر دو گامت است. تقسیم سلولی چندگانه، بدون تغییر در تعداد کروموزوم‌ها، سپس یک فاز یا نسل دیپلوئید چندسلولی را تشکیل می‌دهد.

تکامل تولید مثل جنسی

اولین شواهد فسیل شده از تولید مثل جنسی در یوکاریوت‌ها مربوط به دوره Stenian، حدود ۱ میلیارد سال پیش است. زیست‌شناسانی که تکامل را مطالعه می‌کنند، چندین توضیح برای توسعه تولید مثل جنسی و حفظ آن ارائه می‌کنند. این دلایل شامل کاهش احتمال تجمع جهش‌های مضر، افزایش نرخ سازگاری با محیط‌های متغیر، مقابله با رقابت، ترمیم DNA و پوشاندن جهش‌های مضر است. همه این ایده‌ها در مورد اینکه چرا تولید مثل جنسی حفظ شده است به طور کلی پشتیبانی می‌شود، اما در نهایت اندازه جمعیت تعیین می‌کند که آیا تولید مثل جنسی کاملاً مفید است یا خیر. به نظر می‌رسد که جمعیت‌های بزرگ‌تر نسبت به جمعیت‌های کوچک‌تر، سریع‌تر به برخی از مزایای حاصل از تولید مثل جنسی پاسخ می‌دهند.

حفظ تولید مثل جنسی توسط تئوری‌هایی توضیح داده شده است که در سطوح مختلف انتخاب، کار می‌کنند اگرچه برخی از این مدل‌ها بحث‌برانگیز هستند. با این حال، مدل‌های جدیدتری که در سال‌های اخیر ارائه شده‌اند، مزیتی اساسی برای تولید مثل جنسی در ارگانیسم‌های پیچیده که به آرامی تولید مثل می‌کنند، نشان می‌دهد. تولید مثل جنسی به این گونه‌ها اجازه می‌دهد تا ویژگی‌های جدیدی را کسب کنند و بتوانند در طول نسل‌ها استراتژی‌های بقای متفاوتی را از خود نشان دهند.

انتخاب جنسی چیست؟

برای تولید مثل جنسی، هم نر و هم ماده باید جفتی پیدا کنند. معمولاً در حیوانات انتخاب جفت توسط ماده‌ها انجام می‌شود در حالی که نرها برای انتخاب شدن با هم رقابت می‌کنند. این می‌تواند ارگانیسم‌ها را به تلاش‌های افراطی برای تولید مثل، مانند مبارزه و نمایش، یا تولید ویژگی‌های خاص ناشی از بازخورد مثبت سوق دهد. بنابراین تولید مثل جنسی، به عنوان شکلی از انتخاب طبیعی، بر تکامل تأثیر می‌گذارد. دوشکلی جنسی جایی است که صفات فنوتیپی اساسی بین نر و ماده یک گونه متفاوت است. دیمورفیسم در هر دو اندام جنسی و در خصوصیات جنسی ثانویه، اندازه بدن، قدرت بدنی و مورفولوژی، تزئینات بیولوژیکی، رفتار و سایر صفات بدنی دیده می‌شود. با این حال، انتخاب جنسی تنها در یک دوره زمانی طولانی که منجر به دوشکلی جنسی می‌شود، مورد استفاده قرار می‌گیرد.

انواع تولید مثل جنسی

همانطور که بیان شد تولید مثل جنسی شامل فرآیندهای اساسی مانند گامتوژنز و لقاح است. به طور خلاصه، گامتوژنز فرآیند بیولوژیکی است که تقسیمات سلولی، به ویژه میتوز و میوز برای تولید گامت (سلول‌های جنسی) را در خود جای می‌دهد. با تقسیم میتوزی سلول‌های اولیه آغاز می‌شود و سپس هر یک از آن‌ها دچار میوز می‌شوند. میوز شکلی از تقسیم سلولی است که در آن سلول از دو تقسیم سلولی متوالی عبور می‌کند. به این ترتیب، چهار سلول هاپلوئید ایجاد می‌کند.

بنابراین، هر سلول هاپلوئیدی برای تبدیل شدن به گامت کاملاً تمایز یافته (سلول جنسی) دچار بلوغ می‌شود. در ماده‌ها، گامت بالغ سلول تخم است (همچنین تخمک نامیده می‌شود). در نرها، گامت بالغ سلول اسپرم است (که اسپرماتوزون نیز نامیده می‌شود). گامت نر معمولاً باید راه خود را پیدا کرده و به سمت تخمک شنا کند. در گونه‌های بالاتر از حیوانات، نر و ماده معمولاً از یک گونه همدیگر را برای نزدیک‌تر کردن گامت‌ها، جهت لقاح و آمیزش جنسی انتخاب می‌کنند. سلول اسپرم پس از یافتن سلول تخمک به آن نفوذ می‌کند تا مواد ژنتیکی آن‌ها به صورت مجموعه‌ای کامل (دیپلوئید) ترکیب شود.

این پیوند لقاح را نشان می‌دهد و تخمک بارور شده تحت یک سری تقسیمات میتوزی قرار می‌گیرد تا جنینی متشکل از سلول‌های دیپلوئید ایجاد شود. تولید مثل غیرجنسی با تولید مثل جنسی متفاوت است. دو نوع عمده تولید مثل جنسی عبارتند از «سینگامی» (Syngamy) و «هم‌یوغی» (Conjugation). در ادامه هر کدام را توضیح داده‌ایم.

• سینگامی: سینگامی به ادغام سلول‌های جنسی هاپلوئید که منجر به تشکیل یک زیگوت دیپلوئید می‌شود اشاره دارد. بنابراین، در اصل، سینگامی به لقاح اشاره دارد. این پدیده شایع‌ترین نوع تولید مثل در جمعیت‌های جنسی چندسلولی از جمله انسان است.
• هم‌یوغی: کونژوگاسیون با سینگامی متفاوت است به این ترتیب که دو موجود زنده در یک همجوشی موقت (مثلاً توسط یک پل سیتوپلاسمی) برای تبادل مواد ریزهسته‌ای به هم می‌رسند. این را می‌توان در میان موجودات تک‌سلولی مانند باکتری‌ها، تک‌یاخته‌ها و قارچ‌های تک‌سلولی مشاهده کرد. در حالی که سینگامی ادغام دائمی دو سلول بیان شده است، کونژوگاسیون ادغام موقت دو سلول است.

تولید مثل جنسی در موجودات تک سلولی چگونه است؟

در موجودات تک‌سلولی مانند باکتری‌ها، فرایندی شبیه تولید مثل جنسی از طریق کونژوگاسیون انجام می‌شود. اما سایر موجودات تک‌سلولی (تک‌سلولی‌های یوکاریوتی) نیز از این روش برای تولید مثل جنسی استفاده می‌کنند که در ادامه آن‌ها را بررسی کرده‌ایم.

تولید مثل جنسی در باکتری ها

در باکتری‌ها کونژوگاسیون زمانی است که دو سلول باکتری به طور موقت به یکدیگر می‌پیوندند تا مواد ژنتیکی را از طریق پلاسمید سلول دهنده به سلول گیرنده منتقل کنند. پلاسمید ممکن است منفرد یا بخشی از یک کروموزوم باشد. کونژوگاسیون در باکتری‌ها برای آن‌ها ضروری است. از طریق این پدیده آن‌ها می‌توانند ژنی را بدست آورند که ممکن است برای بقای آن‌ها مفید باشد. به عنوان مثال، ژن اکتسابی ممکن است ویژگی جدیدی باشد که سلول گیرنده را قادر می‌سازد در شرایط نسبتاً مضر رشد کند. یا ممکن است ژنی باشد که گیرنده را قادر می‌سازد از یک متابولیت جدید استفاده کند. همچنین از طریق این فرآیند است که مقاومت به آنتی‌بیوتیک‌ها از یک سلول باکتری به سلول دیگر منتقل می‌شود.

تولید مثل جنسی در آغازیان تک سلولی

در آغازیان تک‌سلولی، کونژوگاسیون فرآیندی است که طی آن دو تک‌سلولی، به عنوان مثال مژک‌دارها در یک همجوشی موقت برای تبادل مواد ریزهسته‌ای با هم می‌آیند و سپس جدا می‌شوند و هر کدام یک سلول بارورشده هستند. این همان چیزی است که اساساً در سایر موجودات تک‌سلولی نیز رخ می‌دهد. در جلبک‌ها و قارچ‌های خاص، یک گامت نر به یک گامت ماده ملحق می‌شود که منجر به اتحاد هسته‌های آن‌ها و تشکیل زیگوت می‌شود.

تولید مثل جنسی در ویروس ها

در مورد ویروس‌ها، برخی از منابع نشان می‌دهد که آن‌ها قادر به تولید مثل جنسی هستند زیرا شواهدی از نوترکیبی ژنتیکی بین ویروس‌های مختلف وجود دارد. این تبادل ژن‌ها به تلاقی بین کروموزوم‌های همولوگ در طول میوز در اشکال زندگی بالاتر تشبیه شد. با این وجود، این فرضیه که ویروس‌ها از طریق جنسی تولید مثل می‌کنند هنوز مورد بحث است زیرا برخی حتی ویروس‌ها را به عنوان یک شکل زندگی در نظر نمی‌گیرند.

سینگامی در موجودات پرسلولی

در موجودات چندسلولی، نوع تولید مثل جنسی، سینگامی و به طور کلی فرآیندی دو مرحله‌ای است. اولین مرحله پلاسموگامی بوده که مربوط به اتحاد سیتوپلاسم‌های دو گامت است. مرحله دوم، کاریوگامی، مربوط به اتحاد هسته‌های دو گامت است. این اتحاد منجر به تشکیل یک سلول منفرد با دو مجموعه کروموزوم می‌شود. در این مرحله، سلول دیپلوئید حاصل، زیگوت نامیده می‌شود. سپس زیگوت به صورت میتوزی تقسیم می‌شود تا جنین تشکیل شود. این بدان معناست که هر جزء سلولی والدین دو سلول دختر ایجاد می‌کند که هر کدام دارای دو مجموعه کروموزوم هستند.

انواع تولید مثل سینگامی در موجودات پرسلولی

روش‌های مختلفی برای طبقه‌بندی سینگامی وجود دارد که می‌تواند بر اساس محل لقاح، منبع گامت و ساختار گامت‌ها متفاوت باشد. در ادامه انواع حالات طبقه‌بندی سینگامی در پرسلولی‌ها بررسی شده‌اند.

• سینگامی بر اساس محل لقاح: در این روش طبقه‌بندی سینگامی بر اساس محلی که لقاح در آن صورت می‌گیرد مشخص می‌شود.
  • لقاح داخلی: نوعی سینگامی که در آن سلول تخمک توسط یک سلول اسپرم داخل بدن یکی از والدین (معمولاً ماده) بارور می‌شود.
  • لقاح خارجی: نوعی سینگامی که خارج از بدن والدین اتفاق می‌افتد.
• سینگامی بر اساس منبع گامت: در این روش طبقه‌بندی سینگامی در موجودات پرسلولی بر اساس محلی که گامت منشا گرفته است به دو دسته اتوگامی و آلوگامی تقسیم می‌شود.
  • اتوگامی: خودباروری نیز نامیده می‌شود، یعنی دو گامت از یک والد آمده‌اند. این شکل همگامی تک والدینی است و والدین به دلیل داشتن دو اندام جنسی عملکردی به عنوان هرمافرودیت توصیف می‌شوند. «سینورابدیتیس الگانس» (C. Elegance) نمونه‌ای از ارگانیسم هرمافرودیت است.
  • آلوگامی: لقاح متقابل نیز نامیده می‌شود، یعنی دو گامت از دو والد آمده‌اند. این شکل سینگامی دو والدینی است.
• انواع سینگامی بر اساس ساختار گامت‌ها: در این روش بر اساس ساختار گامت‌های نر و ماده سینگامی به دو نوع ایزوگامی و آنیزوگامی تقسیم می‌شوند.
  • ایزوگامی: گامت‌های نر و ماده از نظر مورفولوژیکی و فیزیولوژیکی یکسان هستند (به عنوان مثال در Monocystis).
  • آنیزوگامی: گامت‌های نر و ماده از لحاظ موفولوژیکی و فیزیولوژکی متفاوت هستند. این حالت رایج‌تر از ایزوگامی است. گامت نر نسبتاً کوچک‌تر از گامت ماده است. بنابراین، آن‌ها به ترتیب به عنوان «میکروگامت» (Microgamete) و «ماکروگامت» (Macrogamete) نامیده می‌شوند.
  • هولوگامی: وقتی گامت‌ها از نظر اندازه و شکل شبیه سلول‌های سوماتیک هستند، به عنوان مثال. در مخمرها جلبک‌های سبز.

تولید مثل جنسی در جانوران

بیشتر حیوانات از طریق جنسی تولید مثل می‌کنند. از آنجا که یافتن جفت در تولید مثل جنسی ضروری است، اکثر حیوانات دارای دوشکلی جنسی، انتخاب جنسی و تشریفات خواستگاری هستند. دوشکلی جنسی به وقوع دو شکل جنسی متمایز اشاره دارد به طوری که نر از نظر مورفولوژیکی با ماده همان گونه متفاوت است. به عنوان مثال، پرندگان نر در مقایسه با پرندگان ماده دارای پرهای رنگارنگ هستند. پرندگان ماده بر اساس ویژگی‌های مطلوب جفتی همسر خود را انتخاب می‌کنند. انتخاب همسر و تشریفات خواستگاری در حیوانات دیگر نیز ظاهر می‌شود.

انسان‌ها، ماهی‌ها، قورباغه‌ها، گربه‌ها و سگ‌ها همگی با روش تولید مثل جنسی تولید مثل می‌کنند. دانستن معنای برخی اصطلاحات مهم مانند جنس نر، جنس ماده، گامت، اسپرم، تخمک یا تخم، لقاح، زیگوت و جنین که در تولید مثل جنسی نقش دارند، حائز اهمیت است. در ادامه این اصطلاحات را معرفی کرده‌ایم.

• جنس نر: حیوانی که سلول‌های جنسی نر به نام «اسپرم» در بدن خود دارد نر نامیده می‌شود.
• جنس ماده: حیوانی که سلول‌های جنسی ماده به نام «تخم» یا «تخمک» در بدن خود دارد ماده نامیده می‌شود.
• گامت: سلول‌های درگیر در تولید مثل جنسی یا می‌توان گفت که سلول‌های مشخصه تولید مثل جنسی هستند. آن‌ها دو نوع هستند: گامت نر و گامت ماده. گامت نر در حیوانات «اسپرم» و گامت ماده «تخمک» یا «تخم» نامیده می‌شود. سلول‌های اسپرم معمولا صدها یا هزاران بار کوچک‌تر از تخمک یا تخمک هستند و دم بلندی دارند. اسپرم‌ها متحرک هستند که می‌توانند به کمک دم خود به طور مستقل حرکت کنند.

لقاح چیست؟

ادغام گامت نر با گامت ماده برای تشکیل زیگوت در حین تولید مثل جنسی یعنی ادغام اسپرم با تخمک برای تشکیل زیگوت لقاح نامیده می‌شود. زیگوت به عنوان «تخمک بارور شده» یا «تخم بارور شده» نیز شناخته می شود. این زیگوت رشد می‌کند و تقسیم می‌شود تا نوزاد جدید تشکیل دهد. مرحله رشد بین زیگوت یا تخمک بارور شده و نوزاد تازه تشکیل شده، جنین نامیده می‌شود.

لقاح داخلی و خارجی

به لقاحی که در داخل بدن جنس ماده رخ می‌دهد، لقاح داخلی می‌گویند، یعنی در پستانداران از جمله انسان، پرندگان و خزندگان صورت می‌گیرد. لقاحی که در خارج از بدن ماده اتفاق می‌افتد، لقاح خارجی نامیده می‌شود، یعنی در دوزیستان مانند قورباغه، وزغ و ماهی صورت می‌گیرد.

روشی که در آن زیگوت رشد کرده و در یک ارگانیسم کامل رشد می‌کند نیز در حیوانات مختلف متفاوت است. همانطور که در انسان زیگوت در داخل بدن ماده رشد می‌کند و بچه به دنیا می‌آورد، در حیواناتی مانند گربه، سگ و غیره نیز نوزاد به دنیا می‌آید، اما در پرندگان کاملاً متفاوت است که تخم می‌گذارند. به عنوان مثال: مرغ روی تخم خود می‌نشیند تا گرما بدهد و زیگوت رشد کند و جوجه کامل را تشکیل دهد. این جوجه سپس با شکستن پوسته آن از تخم خارج می‌شود. بنابراین، همه موجودات مانند انسان، افراد را زنده از مادر به دنیا نمی‌آورند.

تولید مثل جنسی در حشرات

گونه‌های حشرات بیش از دو سوم گونه‌های جانوری موجود را تشکیل می‌دهند. بیشتر گونه‌های حشرات از طریق جنسی تولید مثل می‌کنند، اگرچه برخی از گونه‌ها به‌طور اختیاری بکرزایی می‌کنند. بسیاری از گونه‌های حشرات دارای دوشکلی جنسی هستند، در حالی که در برخی، جنس‌ها تقریباً یکسان به نظر می‌رسند. آن‌ها معمولاً دارای دو جنس هستند که نرها اسپرم‌ساز بوده و ماده‌ها تخمک تولید می‌کنند. تخمک‌ها به تخم‌هایی تبدیل می‌شوند که دارای پوششی به نام کوریون هستند که قبل از لقاح داخلی تشکیل می‌شود.

حشرات استراتژی‌های جفت‌گیری و تولید مثلی بسیار متنوعی دارند که اغلب منجر به رسوب اسپرماتوفور نر در داخل ماده می‌شود و تا زمانی که برای لقاح تخمک آماده شود آن را ذخیره می‌کند. پس از لقاح و تشکیل زیگوت و درجات مختلف رشد، در بسیاری از گونه‌های حشرات تخم‌ها در خارج از بدن ماده قرار می‌گیرند. در حالی که در بسیاری جانداران دیگر، تخم‌ها بیشتر در داخل ماده رشد می‌کنند و زنده متولد می‌شوند.

تولید مثل جنسی در ماهی ها

همانند سایر مهره‌داران، تولید مثل جنسی شکل غالب تولید مثل است. اکثریت قریب به اتفاق گونه‌های ماهی تخم می‌گذارند که سپس توسط ماهی نر بارور می‌شود. برخی از گونه‌ها تخم‌های خود را روی بستری مانند سنگ یا روی گیاهان می‌گذارند، در حالی که برخی دیگر تخم‌های خود را پراکنده می‌کنند و تخم‌ها در حین جابجایی یا فرو رفتن در ستون آب بارور می‌شوند. برخی از گونه‌های ماهی از لقاح داخلی استفاده می‌کنند و سپس تخم‌های در حال رشد را پراکنده می‌کنند یا فرزندان زنده به دنیا می‌آورند. ماهی‌هایی که دارای فرزندان زنده هستند شامل گوپی و مولی یا پوسیلیا هستند.

ماهی‌هایی که نوزاد زنده به دنیا می‌آورند می‌توانند تخم‌زا باشند، جایی که تخم‌ها در ماده بارور می‌شوند و به سادگی در بدن ماده یا در جنس نر اسب‌های دریایی بیرون می‌آیند، نر بچه‌های در حال رشد را درون یک کیسه حمل می‌کند و نوزاد زنده به دنیا می‌آورد. ماهی‌ها همچنین می‌توانند زنده‌زا باشند، جایی که ماده برای فرزندان در حال رشد داخلی تغذیه می‌کند. برخی از ماهی‌ها هرمافرودیت هستند، که در آن یک ماهی هم نر و هم ماده است و می‌تواند تخمک و اسپرم تولید کند.

در ماهی‌های هرمافرودیت، برخی به طور همزمان نر و ماده هستند در حالی که در ماهی‌های دیگر نر و ماده می‌توانند متفاوت باشند. حداقل در یکی از گونه‌های هرمافرودیت، زمانی که تخمک‌ها و اسپرم‌ها با هم آزاد می‌شوند، خودباروری اتفاق می‌افتد. خودباروری داخلی ممکن است در برخی گونه‌های دیگر رخ دهد. یک گونه ماهی از طریق تولید مثل جنسی تولید مثل نمی‌کند، بلکه از جنسیت برای تولید نسل استفاده می‌کند. Poecilia formosa گونه‌ای تک جنسیتی است که از نوعی بکرزایی به نام ژنوژنز استفاده می‌کند که در آن تخم‌های بارور نشده به جنین تبدیل می‌شوند و فرزندان ماده را تولید می‌کنند. Poecilia formosa با نرهای دیگر گونه‌های ماهی که از لقاح داخلی استفاده می‌کنند جفت می‌شود، در این گونه اسپرم تخم‌ها را بارور نمی‌کند بلکه رشد تخم‌ها را تحریک می‌کند که به جنین تبدیل می‌شوند.

تولید مثل در خزندگان

بیشتر خزندگان از طریق جنسی تولید مثل می‌کنند. با این حال، تولید مثل غیرجنسی در اسکوامات‌ها (فلس‌داران) در شش خانواده مارمولک و یک مار شناسایی شده است. در برخی از گونه‌های فلس‌داران، جمعیتی از ماده‌ها قادر به تولید یک کلون دیپلوئیدی تک‌جنسیتی از مادر هستند. این تولید مثل غیرجنسی بکرزایی (پارتوژنز) نامیده می‌شود که در بخش تولید مثل غیر جنسی بیشتر در مورد آن صحبت شده است.

خزندگان نر و ماده دارای کلوآک هستند، دهانه‌ای که از طریق آن تخمک‌ها، اسپرم‌ها و مواد زائد عبور می‌کنند. آمیزش با فشار دادن لبه‌های کلواک به هم انجام می‌شود و در این مدت نر اسپرم خود را به ماده منتقل می‌کند. ماده تخم‌های آمنیوتیک می‌گذارد که در آن جنین وجود دارد. با این وجود، چند گونه، از جمله بیشتر پرندگان آب‌زی و شترمرغ، اندامی به شکل فالوس مشابه آلت تناسلی پستانداران دارند. بسیاری از مارهای نر برای یافتن ماده‌ها به عطر متکی هستند و لقاح درونی دارند.

تولید مثل در پرندگان

با استثنائات نادر، پرندگان عموماً تولید مثل جنسی را انجام می دهند. مواردی از بکرزایی در پرندگان وجود دارد که به موجب آن یک جنین بدون لقاح توسط یک نر رشد می‌کند. اگرچه اکثر پرندگان نر اندام جنسی خارجی ندارند، اما پرندگان نر دارای دو بیضه هستند که در طول فصل تولید مثل چندین برابر بزرگ‌تر می شوند تا اسپرم تولید کنند. تخمدان‌های ماده نیز بزرگ‌تر می‌شوند، اگرچه فقط تخمدان چپ عمل می‌کند.

در نرهای گونه‌های بدون فالوس (اندام تولید مثلی نر مانند پستانداران)، اسپرم قبل از جفت شدن در قسمت پروکتودئوم در کلوآک ذخیره می‌شود. در هنگام جفت‌گیری، ماده دم خود را به پهلو می‌برد و نر بر پشت ماده سوار شده یا بسیار نزدیک به او حرکت می‌کند. او دهانه کلوآک یا دریچه خود را به کلوآک ماده نزدیک می کند تا اسپرم بتواند وارد کلوآک ​​ماده شود که به آن بوسه کلوآک گفته می‌شود. این می‌تواند بسیار سریع و گاهی اوقات در کمتر از یک ثانیه اتفاق بیفتد. اسپرم بسته به گونه پرنده از یک هفته تا یک سال در کلواک ​​ماده نگه‌داری می‌شود. سپس تخم‌ها یکی یکی از تخمدان‌های ماده فرود می‌آیند و توسط اسپرم نر بارور می‌شوند و سپس توسط ماده گذاشته می‌شوند. سپس تخم‌ها به رشد خود داخل لانه و در معرض حرارت بدن ماده ادامه می‌دهند.

بسیاری از پرندگان آب‌زی و برخی دیگر از پرندگان مانند شترمرغ و بوقلمون دارای فالوس هستند. فالوس در این پرندگان به جز در هنگام جفت‌گیری، در محفظه پروکتودیوم در کلواک، درست در داخل دریچه پنهان می‌شود. فالوس پرندگان صرفاً یک اندام جفتی است و برای دفع ادرار استفاده نمی‌شود.

انواع جفت گیری در پرندگان

سه سیستم جفت گیری که در بین پرندگان غالب است عبارتند از: «چند همسری در نرها» ( Polygyny)، «چندهمسری در ماده‌ها» (Polyandry) و «تک همسری» (Monogamy). تک‌همسری (داشتن یک شریک برای تولید مثل و پرورش بچه) که تقریباً در 91 درصد از همه گونه‌های پرندگان دیده می‌شود. چندجنسی (یک نر با بیش از یک ماده) 2 درصد از کل پرندگان را تشکیل می‌دهد و پلی‌اندری (یک ماده با بیش از یک نر) در کمتر از 1 درصد دیده می‌شود.

گونه‌های تک‌همسری نر و ماده برای فصل تولید مثل جفت می‌شوند. در برخی موارد، افراد ممکن است برای کل زندگی خود جفت شوند. به عنوان مثال، آلباتروس، عقاب کچل و غاز کانادایی و همچنین گونه‌های ماکائو، جغد و کلاغ، در تمام عمر با هم جفت می‌شوند. هنگامی که جفت می‌میرد، اغلب جفت‌گیری مجدد پرنده زنده صورت می‌گیرد. در والدینی که سیستم تک‌همسری دارند اغلب جوجه‌کشی (خوابیدن بر روی تخم‌ها) توسط والد نر صورت می‌گیرد.

تولید مثل جنسی در پستانداران

وقایع تولید مثل غیرجنسی در پستانداران ناشناخته است، اگرچه برخی شبیه‌سازی مصنوعی و همچنین تولید طبیعی چندین کلون از یک تخمک بارور شده و همچنین تولید طبیعی کلون‌های متعدد از یک تخمک بارور شده، مانند برخی از آرمادیلوها که با چند جنینی چهارقلو تولید می‌کنند. سیستم‌های جفت‌گیری پستانداران شامل تک‌همسری است که به موجب آن یک نر و یک ماده رابطه جفت‌گیری انحصاری دارند و همچنین تعدد زوجات، که به موجب آن یک یا چند نر با یک یا چند ماده رابطه جنسی دارند و حالت دیگر در برخی پستانداران «بی‌قاعدگی» (Vertebrates) بوده، که به موجب آن هر مرد و زن در گروه اجتماعی جفت می‌شوند و قاعده خاصی برای جفت‌گیری وجود ندارد. در حالی که بیشتر پرندگان در روابط تک‌همسری شرکت می‌کنند، تعداد کمی از پستانداران این کار را انجام می‌دهند.

سه نوع پستاندار وجود دارند: مونوترم، جفت‌داران و کیسه‌داران که همگی دارای لقاح داخلی هستند. در پستانداران جفت‌دار (که انسان هم جزو آن‌ها است)، فرزندان به صورت نوزاد متولد می‌شوند: حیوانات کامل با اندام‌های جنسی وجود دارد، اگرچه عملکرد تولید مثلی ندارند. در ادامه انواع حالات تولید مثلی در پستانداران را بررسی می‌کنیم.

تولید مثل در پستانداران جفت دار

در پستانداران جفت‌دار، فرزندان به صورت جوان متولد می‌شوند: حیوانات کامل با اندام‌های جنسی اما این اندام‌های جنسی در ابتدا غیرعملکردی هستند. پس از چند ماه یا سال، اندام‌های جنسی تا بلوغ بیشتر رشد می‌کنند و حیوان از نظر جنسی بالغ می‌شود. بیشتر پستانداران ماده فقط در دوره‌های خاصی بارور هستند و در آن زمان‌ها آماده جفت‌گیری هستند. تک تک پستانداران نر و ماده با هم ملاقات می‌کنند و جفت‌گیری را انجام می‌دهند.

تخمک و اسپرم در پستانداران

تخمک‌ها بزرگ‌تر از اسپرم هستند و عموماً همه از طریق تولد ایجاد می‌شوند. این تخمک‌ها در اکثر موارد غیر از انتقال به رحم ساکن بوده و حاوی مواد مغذی برای زیگوت و جنین بعدی هستند. در فواصل معینی، تخمدان‌ها یک تخمک آزاد می‌کنند که از طریق لوله فالوپ به داخل رحم می‌رود.

اندام تولید مثلی نر

در پستانداران دستگاه تناسلی مردان شامل دو بخش اصلی است: آلت تناسلی که اسپرم را درون خود حمل می‌کند و بیضه‌ها که اسپرم را تولید می‌کنند. در انسان، هر دوی این اندام‌ها خارج از حفره شکمی هستند، اما در حیوانات دیگر می‌توانند عمدتاً در داخل شکم قرار گیرند. اسپرم‌ها کوچک‌تر از گامت ماده هستند و معمولاً بسیار طول عمر کوتاهی داشته و نرها از زمان بلوغ جنسی تا زمان مرگ به طور مداوم آن‌ها را تولید می‌کنند. اسپرم در پستانداران متحرک هستند و با کموتاکسی شنا می‌کنند.

اندام تولید مثل ماده

دستگاه تناسلی ماده‌ها در پستانداران نیز شامل دو بخش اصلی است: واژن و رحم که به عنوان مخزن نگه‌داری اسپرم بعد از لقاح عمل می‌کنند و تخمدان‌ها که تخمک ماده را تولید می‌کنند. همه این قسمت‌ها همیشه داخلی هستند. واژن از طریق دهانه رحم به رحم متصل می‌شود، در حالی که رحم از طریق لوله‌های فالوپ به تخمدان‌ها متصل است.

لقاح در پستانداران جفت دار

اگر در این انتقال تخمک با اسپرم برخورد کرد، اسپرم به تخمک نفوذ کرده و با آن ترکیب می‌شود و آن را بارور می‌کند. سپس زیگوت خود را در دیواره رحم کاشت می‌کند، جایی که فرآیندهای جنین‌زایی و ریخت‌زایی را آغاز می‌کند. هنگامی که جنین به اندازه کافی رشد می‌کند تا در خارج از رحم زنده بماند، دهانه رحم گشاد می‌شود و انقباضات رحم جنین را از طریق کانال زایمان که واژن است به حرکت در می‌آورد.

در یک بازه زمانی منظم، فرآیند تخم‌زایی بالغ می‌شود تا تخمک به لوله فالوپ متصل به تخمدان در انتظار لقاح فرستاده شود. اگر تخمک بارور نشود، از طریق قاعدگی در انسان و میمون‌های بزرگ از سیستم تولید مثلی خارج می‌شود و در سایر پستانداران در چرخه فحلی دوباره جذب می‌شود. چرخه فحلی در موجودات به عنوان دوره‌ای از یک تخمک‌گذاری تا تخمک‌گذاری بعدی تعریف می‌شود که هر تخمک‌گذاری با علائم فحلی و غلظت پروژسترون پلاسما کمتر از 1 نانوگرم در میلی‌لیتر همراه است. انسان‌ها به جای چرخه فحلی، دوره‌های قاعدگی دارند. آن‌ها، بر خلاف بسیاری از گونه‌های دیگر، تخمک‌گذاری پنهان دارند.

بارداری در پستانداران جفت دار

بارداری در پستانداران (که در انسان حاملگی نامیده می‌شود)، دوره زمانی است که در طی آن جنین رشد می‌کند و سلول تخم از طریق میتوز در داخل ماده تقسیم می‌شود. در این مدت، جنین تمام مواد مغذی و خون اکسیژن‌دار خود را از ماده دریافت می‌کند که از طریق جفت فیلتر شده و از طریق بند ناف به شکم جنین متصل می‌شود. این تخلیه مواد مغذی می‌تواند برای ماده بسیار سخت باشد، که لازم است سطوح بالاتری از کالری را دریافت کند. علاوه بر این، برخی ویتامین‌ها و سایر مواد مغذی به مقادیر بیشتر از حد معمول مورد نیاز هستند که اغلب باعث ایجاد عادات غذایی غیرعادی می‌شوند. طول دوره بارداری که دوره حاملگی نامیده می‌شود، از گونه‌ای به گونه دیگر بسیار متفاوت است. در انسان 38 هفته، در زرافه 56 تا 60 هفته و در همستر تنها 16 روز است.

رشد جنین در پستانداران جفت دار

هنگامی که جنین به اندازه کافی رشد کرد، سیگنال‌های شیمیایی فرآیند تولد را آغاز می‌‌کند که با انقباضات رحم و گشاد شدن دهانه رحم شروع می‌شود. سپس جنین به سمت دهانه رحم پایین می‌آید، جایی که به داخل واژن کشیده شده و در نهایت از بدن ماده خارج می‌شود. نوزاد معمولاً باید اندکی پس از تولد، تنفس خود را آغاز کند. مدتی بعد جفت نیز دفع می‌شود. بیشتر پستانداران جفت جداشده را را می‌خورند، زیرا منبع خوبی از پروتئین و سایر مواد مغذی حیاتی مورد نیاز برای مراقبت از نوزاد است. انتهای بند ناف متصل به شکم نوزاد در نهایت خود به خود می‌افتد.

تولید مثل در پستانداران کیسه دار

«کیسه‌داران» (Marsupials) از نظر ویژگی‌های تولید مثلی با پستانداران جفت‌دار متفاوت هستند. در این گروه ماده دارای دو واژن (مسیری لوله‌ای است که از رحم به بیرون بدن منتهی می‌شود) است. هر دو واژن از بیرون و از طریق یک روزنه باز شده، اما به بخش‌های مختلف در داخل رحم منتهی می‌شوند. نرها در پستانداران کیسه‌دار معمولاً آلت تناسلی دوشاخه دارند که مطابق با دو واژن زنان است. آلت تناسلی فقط اسپرم را عبور می‌دهد.

کیسه‌داران دارای یک کلوآک (روزنه خلفی است که به عنوان تنها دهانه برای روده و مجاری ادراری عمل می‌کند) که به یک کیسه ادراری تناسلی در هر دو جنس متصل است. زباله‌ها و مواد دفعی از بدن قبل از اخراج در آنجا ذخیره می‌شوند. ماده باردار نوعی کیسه زرده در رحم خود ایجاد می‌کند که مواد مغذی را به جنین می‌رساند. جنین در مراحل اولیه رشد (حدود چهار تا پنج هفتگی) به دنیا می‌آید، در این مرحله از شکم مادرش می‌خزد و خود را به نوک پستان (که در داخل کیسه قرار دارد) می‌چسباند.

به نوزاد نارس کیسه‌داران «جویی» (Joey) گفته می‌شود. همان‌طور که گفته شد پس از تولد، جویی‌های کیسه‌داران به داخل کیسه مادرشان می‌خزند و به یک پستانک می‌چسبند، جایی که تغذیه می‌شوند و برای چند هفته به نوک پستان چسبیده باقی می‌ماند. فرزندان بعداً از مرحله‌ای عبور می‌کنند که به طور موقت کیسه را ترک می‌کند و تنها برای گرما و تغذیه به داخل آن برمی‌گردد. این فرزندان نارس کم کم به حیواناتی مستقل از مادر تبدیل می‌شوند.

به عنوان مثال، نوزاد کانگوروها پس از یک بارداری کوتاه متولد می‌شوند و همان‌طور که در تصویر بالا دیده می‌شود ممکن است تنها حدود ۳ سانتی‌متر طول داشته باشند. در این مرحله، فقط اندام‌های جلویی تا حدودی رشد می‌کنند تا به نوزاد اجازه دهد از کیسه بالا برود و به پستانک بچسبد. جویی معمولاً حدود 9 ماه در کیسه می‌ماند و سپس شروع به ترک کیسه برای مدت زمان کوتاهی می‌کند. معمولاً تا 18 ماهگی توسط مادر تغذیه می‌شود. تولد زودهنگام، کیسه‌داران کوچک تازه متولد شده را در معرض خطر بیشتری قرار می‌دهد، اما خطرات مرتبط با بارداری را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد، زیرا در فصول بد نیازی به حمل جنین بزرگ به صورت تمام‌وقت نیست.

تولید مثل در پستانداران تخم گذار

تولید مثل در پستانداران تخم‌گذار یا مونوترم‌ها نیز در بین پستانداران منحصر به فرد است. مونوترم‌ها تخم می‌گذارند. آن‌ها تنها پستانداران موجودی هستند که به جای اینکه بچه زنده به دنیا بیاورند، تخم می‌گذارند. با این حال، تخم برای مدتی در درون مادر باقی می‌ماند که به طور فعال مواد مغذی را برای تخم تامین می‌کند. مونوترم‌ها نیز شیر می‌دهند، اما نوک سینه مشخصی ندارند و شیر را از غدد پستانی از طریق سوراخ‌هایی در پوست خود دفع می‌کنند. همه گونه‌های پستانداران تخم‌گذار عمر طولانی دارند و نرخ تولید مثل در آن‌ها پایین بوده و مراقبت والدین از نوزادان نسبتاً طولانی است.

مونوترم‌ها که تنها پنج گونه از آن‌ها وجود دارد که همگی از استرالیا و گینه نو هستند، تخم می‌گذارند. آن‌ها یک دهانه برای دفع و تولید مثل دارند که کلوآک نامیده می‌شود. این جانوران تخم‌ها را به مدت چند هفته در داخل بدن خود نگه می‌دارند و مواد مغذی را فراهم می‌کنند و سپس آن‌ها را می‌گذارند و مانند پرندگان روی آن‌ها را می‌پوشانند. پس از کمتر از دو هفته، این نوزاد از تخم بیرون می‌آید و به داخل کیسه مادرش می‌خزد، دقیقاً مانند کیسه‌داران، جایی که برای چندین هفته در حین رشد، شیر می‌خورد.

تولید مثل جنسی در گیاهان

در تولید مثل جنسی گیاهان دارای چرخه زندگی متشکل از دو نسل هستند که شامل گامتوفیت و اسپوروفیت است. نسل گامتوفیت مرحله جنسی چرخه زندگی گیاه است. این فرایند از یک اسپور هاپلوئید شروع می‌شود که تحت میتوز قرار می‌گیرد و گامتوفیت هاپلوئیدی ایجاد کرده که اندام‌های جنسی را حمل می‌کند. اندام‌های جنسی به نوبه خود گامت‌هایی تولید می‌کنند که بعداً در لقاح شرکت خواهند کرد. اتحاد گامت‌های نر و ماده باعث ایجاد زیگوت دیپلوئیدی می‌شود که بعداً به اسپوروفیت تبدیل می‌شود.

تولید اسپوروفیت فازی در چرخه زندگی گیاه است که با زیگوت شروع می‌شود تا زمانی که هاگ تولید می‌شود. اسپوروفیت از طریق میوز در داخل اسپورانژیوم هاگ تولید می‌کند. در گیاهان آوندی، اسپوروفیت شکل غالب گیاه است و به شکل چندسلولی است. در مقابل، شکل غالب در بریوفیت‌ها، مانند خزه و جگرواش، گامتوفیت است. اندام جنسی گیاه گل است. گیاهی که دارای اندام‌های تناسلی نر و ماده است، تک‌پایه نامیده می‌شود. برعکس، گیاهی که فقط یک نوع اندام تولید مثلی دارد دوپایه نامیده می‌شود.

تولید مثل جنسی در گیاهان گل دار

گیاهان گلدار شکل گیاهی غالب در خشکی هستند  و تولید مثل جنسی یا غیرجنسی دارند. غالباً متمایزترین ویژگی آن‌ها اندام‌های تولید مثلی آن‌ها است که معمولاً گل نامیده می‌شود. در گیاهان گل‌دار، اندام تناسلی ماده مادگی است در حالی که اندام تولید مثل نر بساک است. مادگی حاوی تخمدان بوده که به نوبه خود حاوی تخمک است. در داخل تخمک‌ها سلول‌های تخمک قرار دارند. بساک حامل دانه‌های گرده است. در داخل دانه‌های گرده سلول‌های اسپرم قرار دارند. برای اینکه گرده‌افشانی اتفاق بیفتد، دانه‌های گرده باید به کلاله ساختار تولید مثل ماده (برچه)، جایی که گامتوفیت‌های ماده در داخل تخمک‌های محصور در تخمدان قرار دارند، بچسبند.

پس از رشد لوله گرده از طریق برچه، هسته‌های سلول جنسی از دانه گرده به تخمک مهاجرت می‌کنند تا سلول تخم و هسته‌های آندوسپرم را در گامتوفیت ماده در فرآیندی به نام لقاح مضاعف بارور کنند. زیگوت حاصل به یک جنین تبدیل می‌شود، در حالی که آندوسپرم تریپلوئید (یک سلول اسپرم به اضافه دو سلول ماده) و بافت‌های ماده تخمک باعث ایجاد بافت‌های اطراف در دانه در حال رشد می‌شوند. تخمدانی که گامتوفیت(های) ماده را تولید می‌کند، سپس به میوه‌ای تبدیل می‌شود که اطراف دانه(ها) را احاطه کرده است. گیاهان ممکن است خود گرده‌افشانی یا گرده افشانی متقابل داشته باشند.

در سال ۲۰۱۳، گل‌هایی مربوط به دوره کرتاسه (۱۰۰ میلیون سال قبل) در کهربا محصور شده بودند یافت شدند که قدیمی‌ترین شواهد تولید مثل جنسی در یک گیاه گلدار را نشان می‌دادند. تصاویر میکروسکوپی از این گل نشان داد که لوله‌هایی از گرده رشد کرده و به کلاله گل نفوذ می‌کنند. گرده چسبناک بود، که نشان می‌دهد توسط حشرات حمل شده است.

تولید مثل جنسی در سرخس ها

سرخس‌ها اسپوروفیت‌های دیپلوئیدی بزرگ با ریزوم، ریشه و برگ تولید می‌کنند. برگ‌های بارور اسپورانژی تولید می‌کنند که حاوی هاگ‌های هاپلوئید است. هاگ‌ها آزاد می‌شوند و جوانه می‌زنند تا گامتوفیت‌های کوچک و نازکی تولید کنند که معمولا قلبی‌شکل و سبزرنگ هستند. گامتوفیت پروتالی، اسپرم متحرک را در آنتریدیا و سلول‌های تخم در آرکگونیا روی گیاهان مشابه یا متفاوت تولید می‌کند.

پس از باران یا زمانی که شبنم لایه‌ای از آب را ایجاد می‌کند، اسپرم‌های متحرک از آنتریدیا که معمولاً در قسمت بالایی تالوس تولید می‌شوند، پاشیده می‌شوند و در لایه‌ای از آب به سمت آرکگونیا شنا می‌کنند، جایی که تخمک را بارور می‌کنند. برای ترویج لقاح متقاطع، اسپرم‌ها قبل از اینکه تخمک اسپرم را دریافت کنند آزاد می‌شوند و این احتمال را بیشتر می‌کند که اسپرم تخمک‌های تالوس‌های مختلف را بارور کند. پس از لقاح، یک زیگوت تشکیل می‌شود که به گیاه اسپوروفیت جدید تبدیل می‌شود. شرایط داشتن گیاهان اسپوروفیت و گامتوفیت مجزا را تناوب نسل می‌گویند.

تولید مثل جنسی در خزه ها

بریوفیت‌ها که شامل جگرواش‌ها، شاخ‌واش‌ها و خزه‌ها هستند، هم از نظر جنسی و هم از نظر رویشی تولید مثل می‌کنند. آن‌ها گیاهان کوچکی هستند که در مکان‌های مرطوب رشد می‌کنند و مانند سرخس‌ها دارای اسپرم متحرک با تاژک هستند و برای تسهیل تولید مثل جنسی به آب نیاز دارند. این گیاهان به عنوان یک اسپور هاپلوئید شروع می‌شوند که به شکل گامتوفیت غالب رشد می‌کنند، گامتوفیت بدن هاپلوئید چند سلولی با ساختارهای برگ‌مانند است که فتوسنتز می‌کند. گامت‌های هاپلوئید در آنتریدیا (نر) و آرکگونیا (ماده) توسط میتوز تولید می‌شوند.

اسپرم آزاد شده از آنتریدیا به مواد شیمیایی آزاد شده توسط آرکگونیای رسیده پاسخ می‌دهد و به سمت آن‌ها در لایه‌ای آب شنا می‌کند و سلول‌های تخمک را بارور می‌کند و در نتیجه زیگوت تولید می‌کند. زیگوت با تقسیم میتوزی تقسیم می‌شود و به یک اسپوروفیت دیپلوئیدی چند سلولی تبدیل می‌شود. اسپوروفیت کپسول‌های اسپور (اسپورانژیا) تولید می‌کند که توسط ساقه‌ها (Setae) به آرکگونیا متصل می‌شوند.

کپسول‌های اسپور با میوز اسپور تولید می‌کنند و زمانی که رسیده می‌شوند، کپسول‌ها باز می‌شوند تا هاگ‌ها آزاد شوند. بریوفیت‌ها تنوع قابل توجهی در ساختار تولید مثلی خود نشان می‌دهند و موارد فوق یک طرح کلی است. همچنین در برخی گونه‌ها هر گیاه یک جنس است (دویی) در حالی که گونه‌های دیگر هر دو جنس را روی یک گیاه تولید می‌کنند (تک‌جنس هستند).

تولید مثل جنسی در قارچ ها

قارچ‌ها بر اساس روش‌های تولید مثل جنسی که استفاده می‌کنند طبقه‌بندی می‌شوند. نتیجه تولید مثل جنسی اغلب تولید هاگ‌های در حال استراحت است که برای زنده ماندن در زمان‌های نامناسب و پراکنده شدن استفاده می‌شود. معمولاً سه مرحله در تولید مثل جنسی قارچ‌ها وجود دارد: پلاسموگامی، کاریوگامی و میوز.

سیتوپلاسم دو سلول والد در طی پلاسموگامی و هسته‌ها در طی کاریوگامی با هم ترکیب می‌شوند. گامت‌های هاپلوئید جدید در طول میوز تشکیل شده و به هاگ تبدیل می‌شوند. مبنای تطبیقی ​​برای حفظ تولید مثل جنسی در قارچ‌های آسکومیست‌ها و بازیدیومیست‌ها توسط Wallen و Perlin بررسی شد. آن‌ها به این نتیجه رسیدند که محتمل‌ترین دلیل برای حفظ این قابلیت، مزیت ترمیم آسیب DNA است که در اثر انواع تنش‌ها، از طریق نوترکیبی که در طول میوز رخ می‌دهد، ایجاد می‌شود.

تولید مثل در مخمر چگونه است؟

مخمر شکافت هاپلوئید Schizosaccharomyces pombe یک میکروارگانیسم جنسی اختیاری است که می‌تواند در زمانی که مواد مغذی محدود می‌شود جفت‌گیری کند. قرار گرفتن S.pombe در معرض پراکسید هیدروژن (عاملی که باعث استرس اکسیداتیو و منجر به آسیب اکسیداتیو DNA می‌شود)، به شدت جفت‌گیری و تشکیل هاگ‌های میوزی را القا می‌کند. مخمر جوانه‌دار ساکارومایسس سرویزیه با میتوز به‌صورت سلول‌های دیپلوئیدی زمانی که مواد مغذی فراوان هستند، تکثیر می‌شوند، اما وقتی در گرسنگی می‌مانند، این مخمر دچار میوز می‌شود و هاگ‌های هاپلوئید تشکیل می‌دهد.

سلول‌های هاپلوئید ممکن است پس از آن به صورت غیرجنسی توسط میتوز تکثیر شوند. در جمعیت‌های طبیعی S. cerevisiae تولید مثل کلونال و خودسازی (به شکل جفت‌گیری داخل تتراد) غالب است. در طبیعت، جفت‌گیری سلول‌های هاپلوئید برای تشکیل سلول‌های دیپلوئید اغلب بین اعضای یک جمعیت کلونال انجام می‌شود و تلاقی خارج از آن غیر معمول است. تجزیه و تحلیل اصل و نسب سویه‌های طبیعی S. cerevisiae به این نتیجه منجر شد که تقاطع بیرونی تنها یک بار در هر ۵۰۰۰۰ تقسیم سلولی رخ می‌دهد. مزیتی مانند ترمیم نوترکیبی در طول میوز، ممکن است کلید حفظ جنسیت در S. cerevisiae باشد.

تولید مثل جنسی در باکتری ها و آرکئاها

سه فرآیند متمایز در پروکاریوت‌ها مشابه تولید مثل جنسی یوکاریوتی در نظر گرفته می‌شوند: ترانسفورماسیون باکتریایی، که شامل ادغام DNA خارجی در کروموزوم باکتری است. کونژوگاسیون (هم‌یوغی) باکتریایی، که انتقال DNA پلاسمید بین باکتری است، اما پلاسمیدها به ندرت در کروموزوم باکتری گنجانده می‌شوند و سومین حالت انتقال ژن و تبادل ژنتیکی در آرکئاها است. ترانسفورماسیون باکتری شامل نوترکیبی مواد ژنتیکی است و عملکرد آن عمدتاً با ترمیم DNA مرتبط است.

ترانسفورماسیون باکتری فرآیندی پیچیده است که توسط ژن‌های باکتریایی متعدد کدگذاری می‌شود و یک سازگاری باکتریایی برای انتقال DNA است. این فرآیند به طور طبیعی در حداقل ۴۰ گونه باکتری رخ می‌دهد. برای اینکه یک باکتری بتواند DNA اگزوژن (خارجی) را در کروموزوم خود ببندد، جذب کند و دوباره ترکیب کند، باید وارد یک حالت فیزیولوژیکی خاص شود که به آن «شایستگی/مستعد بودن» (Natural competence) می‌گویند. تولید مثل جنسی در یوکاریوت‌های تک‌سلولی اولیه ممکن است از ترانسفورماسیون باکتریایی یا از یک فرآیند مشابه در آرکئاها تکامل یافته باشد.

از طرف دیگر، کونژوگاسیون باکتریایی نوعی انتقال مستقیم DNA بین دو باکتری است که توسط یک زائده خارجی به نام پیلوس انجام می‌شود. کنژوگاسیون باکتریایی توسط ژن‌های پلاسمید کنترل می‌شود که برای پخش نسخه‌هایی از پلاسمید بین باکتری‌ها سازگار شده‌اند. ادغام نادر یک پلاسمید در کروموزوم باکتری میزبان و متعاقب آن انتقال بخشی از کروموزوم میزبان به سلول دیگر به نظر نمی‌رسد سازگاری باکتریایی باشد.

تولید مثل در انسان

همانطور که بیان شد تولید مثل فرآیندی است که در آن موجودات زنده، افرادی شبیه خود می‌سازند. اما حتی اگر سیستم تولید مثل برای زنده نگه داشتن یک گونه ضروری است، برخلاف سایر سیستم‌های بدن، برای زنده نگه داشتن یک فرد ضروری نیست. در فرآیند تولید مثل انسان، دو نوع سلول جنسی یا گامت درگیر هستند. گامت نر (اسپرم) و گامت ماده، (تخمک یا اووم)، در دستگاه تناسلی زن به هم می‌رسند. هنگامی که اسپرم یک تخمک را بارور می‌کند، این تخمک بارور شده زیگوت نامیده می‌شود. زیگوت فرآیند تبدیل شدن به جنین و سپس نوزاد را طی می‌کند. دستگاه تناسلی مرد و دستگاه تناسلی زن هر دو برای تولید مثل مورد نیاز هستند.

انسان‌ها نیز مانند سایر موجودات، برخی از ویژگی‌های خود را به نسل بعدی منتقل می‌کنند. ما این کار را از طریق ژن‌های خود، حامل‌های ویژه صفات انسانی انجام می‌دهیم. ژن‌هایی که والدین از خود عبور می‌دهند همان چیزی است که فرزندانشان را شبیه به سایرین در خانواده می‌کند، اما همچنین باعث می‌شود هر کودکی منحصربه‌فرد باشد. این ژن‌ها از اسپرم مرد و تخمک ماده می‌آیند.

دستگاه تناسلی مرد

دستگاه تناسلی مردان شامل دو بخش اصلی است: بیضه‌ها که در آن اسپرم تولید می‌شود و آلت تناسلی که اسپرم را به‌عنوان منی خارج می‌کند (این پدیده به عنوان انزال شناخته می‌شود). در انسان، هر دوی این اندام‌ها خارج از حفره شکمی هستند. وجود بیضه‌ها در خارج از شکم تنظیم دمای اسپرم را تسهیل می‌کند، که برای زنده ماندن به دمای خاصی نیاز دارد که حدود 2 تا 3 درجه سانتی‌گراد کمتر از دمای طبیعی بدن (یعنی 37 درجه سانتی‌گراد) است. به طور خاص، محل خارج صفاقی بیضه‌ها ممکن است منجر به کاهش 2 برابری سهم ناشی از گرما در میزان جهش خود به خودی در بافت‌های زایایی نر در مقایسه با بافت‌های 37 درجه سانتی‌گراد شود.

اگر بیضه‌ها خیلی نزدیک به بدن باقی بمانند، این احتمال وجود دارد که افزایش دما به تشکیل اسپرم آسیب برساند و لقاح را دشوارتر کند. به همین دلیل است که بیضه‌ها به جای داخل شکم در کیسه بیضه خارجی حمل می‌شوند. آن‌ها معمولاً کمی خنک‌تر از دمای بدن می‌مانند و تولید اسپرم را تسهیل می‌کنند.

دستگاه تناسلی زن چیست؟

قسمت خارجی اندام‌های تناسلی زن را «فرج» (The vulva) می‌نامند که به معنای پوشش است. فرج که بین پاها قرار دارد، دهانه واژن و سایر اندام‌های تولید مثلی داخل بدن را می‌پوشاند. ناحیه گوشتی واقع در بالای دهانه واژن، «مونس پوبیس» (The mons pubis) نامیده می‌شود. دو جفت فلپ پوستی به نام لابیا (به معنی لب) دهانه واژن را احاطه کرده‌اند. کلیتوریس، یک اندام حسی کوچک، در جلوی فرج، جایی که چین‌های لابیا به هم می‌پیوندند، قرار دارد. بین لابیاها منافذی به مجرای ادرار (کانالی که ادرار را از مثانه به خارج بدن می‌رساند) و واژن وجود دارد. هنگامی که دختران از نظر جنسی بالغ می‌شوند، لابیای بیرونی و مونس پوبیس توسط موهای ناحیه تناسلی پوشیده می‌شود.

اندام‌های تناسلی داخلی زن عبارتند از واژن، رحم، لوله‌های فالوپ و تخمدان‌ها. واژن لوله عضلانی و توخالی است که از دهانه واژن تا رحم امتداد دارد. از آنجا که واژن دارای دیواره‌های عضلانی است، می‌تواند منبسط و منقبض شود. این توانایی پهن یا باریک شدن به واژن اجازه می‌دهد تا چیزی به باریکی تامپون و به وسعت یک نوزاد را در خود جای دهد. دیواره‌های عضلانی واژن با غشاهای مخاطی پوشانده شده است که از آن محافظت کرده و آن را مرطوب نگه می‌دارد. واژن سه هدف را دنبال می‌کند، جایی است که آلت تناسلی در طول رابطه جنسی وارد می‌شود. مسیری (کانال زایمان) که از طریق آن نوزاد از بدن زن در هنگام زایمان خارج می‌شود. مسیری که از طریق آن خون قاعدگی از بدن خارج می‌شود.

پرده بکارت چیست؟

یک قطعه بسیار نازک از بافت پوست‌مانند به نام پرده بکارت تا حدودی دهانه واژن را می‌پوشاند. پرده بکارت اغلب از فردی به فرد دیگر متفاوت است. اکثر زنان پس از اولین تجربه جنسی خود متوجه می‌شوند که پرده بکارت کشیده یا پاره شده است و ممکن است پرده بکارت کمی خون‌ریزی کند (این معمولاً باعث درد اندکی می‌شود). با این حال، برخی از زنانی که رابطه جنسی داشته‌اند، تغییر چندانی در پرده بکارت ندارند و پرده بکارت برخی از زنان حتی قبل از رابطه جنسی کشیده شده است.

نحوه ارتباط اندام های جنسی داخلی

واژن با رحم در دهانه رحم (به معنای گردن) متصل می‌شود. دهانه رحم دیواره‌های محکم و ضخیمی دارد و بسیار کوچک است. در طول زایمان، دهانه رحم می‌تواند منبسط شود تا به نوزاد اجازه عبور دهد. شکل رحم شبیه گلابی وارونه است، با پوششی ضخیم و دیواره‌های عضلانی در واقع، رحم حاوی برخی از قوی‌ترین ماهیچه‌های بدن زن است. این ماهیچه‌ها می‌توانند منبسط و منقبض شوند تا جنین در حال رشد را در خود جای دهند و سپس به بیرون راندن نوزاد در طول زایمان کمک کنند. زمانی که زنی باردار نیست، رحم تنها حدود 7/5 سانتی‌متر طول و 5 سانتی‌متر عرض دارد.

در گوشه‌های بالایی رحم، لوله‌های فالوپ رحم را به تخمدان‌ها متصل می‌کند. تخمدان‌ها دو اندام بیضی شکل هستند که در سمت راست و چپ بالای رحم قرار دارند. آن‌ها در فرآیندی به نام تخمک‌گذاری تخمک‌ها را تولید، ذخیره و به لوله‌های فالوپ رها می‌کنند. دو لوله فالوپ وجود دارد که هر کدام به یک طرف رحم متصل هستند. در داخل هر لوله یک راهرو کوچک وجود دارد که عرض آن بیشتر از یک سوزن خیاطی نیست. در انتهای دیگر هر لوله فالوپ یک ناحیه حاشیه‌دار وجود دارد که شبیه یک قیف است. این ناحیه حاشیه‌دار دور تخمدان می‌پیچد اما کاملاً به آن نمی‌چسبد.

زمانی که تخمک از تخمدان بیرون می‌زند، وارد لوله فالوپ می‌شود. هنگامی که تخمک در لوله فالوپ قرار گرفت، موهای ریز در پوشش لوله به فشار دادن آن به سمت پایین گذرگاه باریک به سمت رحم کمک می‌کند. تخمدان‌ها بخشی از سیستم غدد درون‌ریز نیز هستند زیرا هورمون‌های جنسی زنانه مانند استروژن و پروژسترون را تولید می‌کنند.

سیستم تولید مثل زنان چگونه کار می کند؟

دستگاه تناسلی زن به او این امکان را می‌دهد که سلول تخمک تولید کند، مقاربت جنسی انجام دهد، از تخم بارور شده محافظت و تغذیه کند تا زمانی که جنین به طور کامل رشد می‌کند و در نهایت زایمان را انجام دهد. تولید مثل جنسی بدون اندام‌های جنسی به نام غدد جنسی نمی‌تواند اتفاق بیفتد. بیشتر مردم غدد جنسی را بیضه‌های مردانه می‌دانند. اما هر دو جنس دارای غدد جنسی هستند: در زنان غدد جنسی تخمدان‌ها هستند که گامت‌های ماده (تخمک) را می‌سازند. غدد جنسی مردانه (بیضه‌ها) گامت‌های نر (اسپرم) را می‌سازند.

هنگامی که یک نوزاد دختر متولد می‌شود، تخمدان‌های او حاوی صدها هزار تخمک است که تا شروع بلوغ غیرفعال می‌مانند. در دوران بلوغ، غده هیپوفیز (در قسمت مرکزی مغز) شروع به ساخت هورمون‌هایی می‌کند که تخمدان‌ها را برای تولید هورمون‌های جنسی زنانه از جمله استروژن تحریک می‌کند. ترشح این هورمون‌ها باعث می‌شود که دختر به یک زن بالغ تبدیل شود. در اواخر بلوغ، دختران به عنوان بخشی از یک دوره ماهانه به نام چرخه قاعدگی شروع به رهاسازی تخمک می‌کنند. حدود یک بار در ماه، در طول تخمک‌گذاری، تخمدان یک تخمک کوچک را به یکی از لوله‌های فالوپ می‌فرستد.

قاعدگی چیست؟

اگر تخمک در حالی که در لوله فالوپ است توسط اسپرم بارور شود، سلول زیگوت تشکیل شده و بارداری صورت می‌گیرد. در غیر این صورت تخمک حدود 2 هفته بعد از طریق رحم از بدن خارج می‌شود که به آن قاعدگی گفته می‌شود. خون و بافت‌های پوشش داخلی رحم با هم ترکیب می‌شوند و جریان قاعدگی را تشکیل می‌دهند که در بیشتر دختران از 3 تا 5 روز طول می‌کشد. اولین دوره قاعدگی یک دختر «منارک» (Menarche) نامیده می‌شود. معمولاً زنان و دختران در روزهای منتهی به پریود خود کمی ناراحتی دارند. سندرم پیش از قاعدگی (PMS) شامل علائم جسمی و عاطفی است که بسیاری از دختران و زنان درست قبل از پریود خود دچار آن می‌شوند و علائمی مانند موارد زیر را دارد:

• آکنه
• نفخ
• خستگی
• کمردرد
• دردناک شدن سینه‌ها
• سردرد
• یبوست
• اسهال
• هوس‌های غذایی
• افسردگی
• زود رنجی
• مشکل در تمرکز یا کنترل استرس

سندرم پیش از قاعدگی معمولاً در طی 7 روز قبل از شروع قاعدگی زنان در بدترین حالت خود قرار دارد و پس از شروع آن ناپدید می‌شود. بسیاری از دختران نیز در چند روز اول پریود دچار گرفتگی شکم می‌شوند که ناشی از پروستاگلاندین‌ها است، مواد شیمیایی موجود در بدن که باعث انقباض ماهیچه صاف رحم می‌شود. این انقباضات غیر ارادی می‌توانند مبهم یا شدید باشند. ممکن است تا 2 سال از قاعدگی طول بکشد تا بدن یک دختر یک چرخه قاعدگی منظم داشته باشد. در این مدت، بدن او با هورمون‌هایی که بلوغ به ارمغان می‌آورد تطبیق می‌یابد. به طور متوسط، چرخه ماهانه برای یک زن بالغ 28 روز است، اما محدوده بین 23 تا 35 روز است.

اتفاقات بعد از بارور شدن تخمک در انسان

اگر زن و مرد در چند روز پس از تخمک‌گذاری زن رابطه جنسی داشته باشند، لقاح ممکن است اتفاق بیفتد. هنگامی که مرد انزال می‌کند (زمانی که منی از آلت تناسلی خارج می‌شود)، مقدار کمی مایع منی در واژن رسوب می‌کند. میلیون‌ها اسپرم در این مقدار کمی منی وجود دارند و از واژن از طریق دهانه رحم و رحم به سمت بالا شنا می‌کنند تا به تخمک در لوله فالوپ برسند. برای بارور کردن تخمک فقط یک اسپرم لازم است. حدود 5 تا 6 روز پس از بارور شدن تخمک توسط اسپرم، تخمک بارور شده به بلاستوسیست چندسلولی تبدیل شده است.

یک بلاستوسیست به اندازه سر سوزن است و گلوله‌ای توخالی از سلول‌ها با مایع درون آن است. بلاستوسیست در لایه داخلی رحم که «اِندومتر» (The endometrium) نامیده می‌شود لانه می‌کند. هورمون استروژن باعث می‌شود اندومتر غلیظ و غنی از خون شود. پروژسترون، هورمون دیگری که توسط تخمدان‌ها ترشح می‌شود، اندومتر را غلیظ از خون نگه می‌دارد تا بلاستوسیست بتواند به رحم بچسبد و مواد مغذی را از آن جذب کند. این فرآیند «کاشت» (Implantation) نامیده می‌شود.

مرحله جنینی در انسان

هنگامی که سلول‌های بلاستوسیست تغذیه می‌شوند، مرحله دیگری از رشد آغاز می‌شود. در مرحله جنینی، سلول‌های داخلی یک شکل دایره‌ای مسطح به نام دیسک جنینی تشکیل می‌دهند که به نوزاد تبدیل می‌شود. سلول‌های بیرونی به غشاهای نازکی تبدیل می‌شوند که در اطراف کودک تشکیل خواهد شد. سلول‌ها هزاران بار تکثیر می‌شوند و به موقعیت‌های جدید حرکت می‌کنند تا در نهایت به جنین تبدیل شوند. بعد از حدود 8 هفته، جنین تقریباً به اندازه یک تمشک است، اما تقریباً تمام قسمت‌های آن مانند مغز و اعصاب، قلب و خون، معده و روده، و ماهیچه‌ها و پوست تشکیل شده‌اند.

در مرحله جنینی که از 9 هفته پس از لقاح تا تولد طول می‌کشد، رشد سلول‌ها با تکثیر، حرکت و تغییر ادامه می‌یابد. جنین در مایع آمنیوتیک داخل کیسه آمنیوتیک شناور است. جنین از طریق جفت از خون مادر اکسیژن و مواد غذایی دریافت می‌کند. این ساختار دیسک مانند به پوشش داخلی رحم می‌چسبد و از طریق بند ناف به جنین متصل می‌شود. مایع آمنیوتیک و غشاء جنین را در برابر ضربه‌ها و تکان‌های بدن مادر محافظت می‌کند. بارداری به طور متوسط ​​280 روز (حدود 9 ماه) طول می‌کشد. هنگامی که نوزاد آماده تولد است، سرش روی دهانه رحم فشار می‌آورد که این دهانه شروع به شل شدن و گشاد شدن می‌کند تا برای ورود نوزاد به داخل واژن آماده شود. مخاط یک پلاگ در دهانه رحم ایجاد کرده است که در این مرحله شل می‌شود. هنگامی که کیسه آب مادر پاره شود، این کیسه همراه با مایع آمنیوتیک از طریق واژن خارج می‌شود.

هنگامی که انقباضات زایمان شروع می‌شود، دیواره‌های رحم با تحریک هورمون اکسی‌توسین ترشح شده از هیپوفیز منقبض می‌شوند. انقباضات باعث گشاد شدن دهانه رحم شده و شروع به باز شدن می‌کند. پس از گذشت چندین ساعت از این گشاد شدن، دهانه رحم به اندازه کافی باز می‌شود تا نوزاد از آن خارج شود. نوزاد از رحم، از طریق دهانه رحم و در امتداد کانال زایمان به بیرون رانده می‌شود. معمولاً سر نوزاد اول است. بند ناف با نوزاد بیرون می‌آید و پس از زایمان بریده شده و با گیره بسته می‌شود. آخرین مرحله از فرآیند تولد شامل زایمان جفت است که در آن نقطه پس از تولد نامیده می‌شود. پس از جدا شدن از پوشش داخلی رحم، انقباضات رحم آن را همراه با غشاها و مایعاتش به بیرون می‌راند.

مزایا و معایب تولید مثل جنسی

تولید مثل در حیوانات به دو روش اصلی از طریق تولید مثل جنسی و از طریق تولید مثل غیرجنسی انجام می‌شود. در حالی که بیشتر موجودات از طریق جنسی تولید مثل می‌کنند، برخی قادر به تولید مثل غیرجنسی نیز هستند. در تولید مثل جنسی، دو نفر فرزندانی تولید می‌کنند که ویژگی‌های ژنتیکی را از هر دو والدین به ارث می‌برند. تولید مثل جنسی از طریق نوترکیبی ژنتیکی ترکیبات ژنی جدیدی را در یک جمعیت معرفی می‌کند. هجوم ترکیب‌های ژنی جدید به اعضای گونه اجازه می‌دهد تا از تغییرات و شرایط محیطی نامطلوب یا کشنده جان سالم به در ببرند. این مزیت عمده‌ای است که ارگانیسم‌های تولید مثل جنسی نسبت به ارگانیسم‌هایی که به صورت غیرجنسی تولید مثل می‌کنند دارند. تولید مثل جنسی همچنین به این دلیل سودمند است که راهی برای حذف جهش‌های ژنی مضر از جمعیت از طریق نوترکیبی است.

تولید مثل جنسی دارای معایبی است. از آنجایی که نر و ماده یک گونه را برای تولید مثل نیاز دارند، زمان و انرژی قابل توجهی برای یافتن جفت مناسب صرف می‌شود. این امر مخصوصاً برای حیواناتی که بچه زیادی ندارند مهم است زیرا جفت مناسب می‌تواند شانس بقای فرزندان را افزایش دهد. یکی دیگر از مضرات این است که رشد و نمو فرزندان در ارگانیسم‌های در حال تولید مثل بیشتر طول می‌کشد. برای مثال در پستانداران ممکن است چندین ماه طول بکشد تا فرزندان متولد شوند و ماه‌ها یا سال‌های بیشتری طول بکشد تا آن‌ها مستقل شوند.

تولید مثل غیرجنسی چیست؟ مثال ها

تولید مثل غیرجنسی نوعی تولید مثل است که شامل پیوند گامت‌های ماده و نر یا سلول‌های جنسی نمی‌شود. تولید مثل به عنوان ویژگی اصلی موجودات زنده شامل فرآیندی است که در آن موجودات زنده فرزندان تولید می‌کنند و این فرآیند می‌تواند به صورت جنسی یا غیرجنسی انجام شود. تولید مثل غیرجنسی با تولید مثل جنسی رایج در میان حیوانات که شامل پیوند گامت‌های نر و ماده بوده، متفاوت است.

همه موجودات زنده توسط دو والد تکثیر نمی‌شوند. برخی از آن‌ها مانند اژدهای کومودو تنها توسط یکی از والدین تولید می‌شوند که مادر است و با نوعی تولید مثل غیرجنسی به نام پارتنوژنز یا بکرزایی، نسل جدید ایجاد می‌کند. تا به حال به این فکر کرده‌اید که چگونه باکتری‌ها تکثیر می‌شوند؟ زیرا نمی‌توان تشخیص داد که باکتری ماده یا نر وجود دارد. واقعیت این است که باکتری‌ها فقط یک کروموزوم دارند و کروموزوم X یا Y ندارند. از این رو، آن‌ها با استفاده از نوعی تولید مثل غیرجنسی به نام شکافت دوتایی، با تولید نسلی که از نظر ژنتیکی با آن یکسان هستند، تکثیر می‌شوند.

انواع تولید مثل غیر جنسی

ارگانیسم‌های مختلفی از طریق غیرجنسی تولید مثل می‌کنند، از جمله این موجودات می‌توان به گیاهان خاص، برخی حیوانات، باکتری‌ها، قارچ‌ها و آرکئاها اشاره کرد. انواع زیادی از تولید مثل غیرجنسی در موجودات وجود دارد که عبارتند از پارتنوژنز، آپومیکسیس، اسپورزایی، شکافت دوتایی، تکثیر رویشی، تکه‌تکه شدن و جوانه زدن. تمام مواد ژنتیکی در تولید مثل غیرجنسی توسط والدین به نسل بعدی منتقل می‌شود. تقریباً همه پروکاریوت‌ها و یوکاریوت‌های خاص از انواع مختلفی از تولید مثل غیرجنسی برای به دنیا آوردن فرزندان استفاده می‌کنند.

تولید مثل غیرجنسی می تواند بسیار سریع باشد و برای چندین موجود زنده بسیار سودمند است. این مسئله به این دلیل است که موجودات غیرجنسی آن‌هایی را که آهسته‌تر تولید مثل می‌کنند از بین می‌برند. به عنوان مثال، باکتری‌ها را در نظر بگیرید، آن‌ها پرجمعیت هستند، زیرا می‌توانند چندین بار در یک ساعت تقسیم شوند. تقریباً ۱۰۰ باکتری می‌توانند در چند ساعت تکثیر شوند و در شرایط مناسب میلیون‌ها سلول باکتری تولید کنند. با این حال، تولید مثل باکتری‌ها توسط شرایط نامطلوب، شکارچیان و منابع محدود کنترل می‌شود. در ادامه انواع تولید مثل غیر جنسی را به صورت کامل معرفی می‌کنیم.

شکافت دوتایی چیست؟

یکی از انواع تولید مثل غیرجنسی شکافت دوتایی است که به تقسیم دوتایی نیز معروف است. این شامل تقسیم والدین به یک یا چند سلول مجزای یکسان با اندازه‌های مساوی است. والد تک‌سلولی برای تولید‌مثل به سلول‌های دختر تقسیم می‌شود و هر یک از این سلول‌های دختر این توانایی را دارند که به اندازه اصلی سلول والد رشد کنند. این نوع تولید مثل غیرجنسی وسیله اولیه تولیدنسل برای موجودات پروکاریوتی است. بنابراین، شکافت در میان موجوداتی که تک‌سلولی هستند، مانند آرکئاها، باکتری‌ها و تک‌یاخته‌ها مانند آمیب، پارامسیوم و اوگلنا رایج است.

همچنین، شکافت را می‌توان در موجودات یوکاریوتی تک‌سلولی مانند برخی از قارچ‌ها و آغازیان مشاهده کرد. مراحل اساسی شکافت دوتایی همان‌طور که در تصویر بالا نیز دیده می‌شود در موجودات پروکاریوتی وجود دارد و شامل موارد زیر است:

• تکثیر شدن کروموزوم
• جداسازی کروموزوم‌ها
• تشکیل سپتوم در وسط سلول
• تولید دو سلول جدا

در طی فرآیند شکافت دوتایی، ارگانیسم‌های والد، ماده ژنتیکی خود را تکثیر می‌کنند و در فرآیند سیتوکینز به دو قسمت تقسیم می‌شوند. پس از سیتوکینز، موجودات جدید هر کدام یک کپی از DNA یا ماده ژنتیکی دریافت می‌کنند. با این حال، انواع مختلفی از شکافت دوتایی در تک‌یاخته‌های خاص بر اساس نحوه تقسیم سلول (محور جداسازی سلول) وجود دارد. برای مثال، سلول‌ها در امتداد هر صفحه‌ای تقسیم می‌شوند که در شکافت دوتایی در آمیب‌های خاص دیده می‌شود و آن را به نوع نامنظمی تبدیل می‌کند. در حالی که، در اوگلنا، تقسیم سلولی همچنین می‌تواند طولی بوده و از نوع عرضی باشد، همانطور که در پارامسی دیده شده است.

شباهت تولید مثل در کرم های نواری و کیسه تنان

در موجوداتی مانند کرم‌های نواری و چتر دریایی سیفوزیا (از کیسه‌تنان معروف)، شکافت عرضی منظم به نام استروبیلاسیون شناخته می‌شود. این امر به طور معمول باعث ایجاد زنجیره‌ای از محصولات شکافت به نام استروبیلوس می‌شود. در کرم‌های نواری، محصولات شکافت پروگلوتیدها هستند در حالی که در چتر دریایی اسکایفوز، افیرا هستند. افیراها و همچنین پروگلوتیدها همگی بالغ شده و از انتهای استروبیلوس جدا می‌شوند.

استروبیلاسیون همچنین به عنوان شکافت عرضی نامیده می‌شود که شکلی از تولید مثل غیرجنسی (شکافت دوتایی در تک‌یاخته) است و شامل تقسیم‌بندی عرضی ارادی بدن است. در اینجا سیتوکینز در امتداد محور عرضی انجام می‌شود. بخش جدید در حین استروبیلاسیون در انتهای قدامی و بدن والدین در انتهای خلفی قرار دارد. در تک‌سلولی‌ها، کروموزوم‌های تکثیر شده توسط میتوز درون هسته‌ای (بسته) از هم جدا می‌شوند و هسته با شیار تقسیم می‌شود. سپس سیتوپلاسم به آرامی بین دو هسته جداکننده فشرده می‌شود و در نهایت دو فرد هم اندازه را تشکیل می‌دهد که هر کدام یک هسته دارند. افراد دختر جدید قبل از تقسیم مجدد به اندازه والدین رشد می‌کنند.

پلاناریاها نیز بر اساس شکافت عرضی تقسیم می‌شوند. کرم قسمت خلفی بدن را محکم به زیر لایه ثابت می‌کند و قسمت قدامی را به سمت جلو حرکت می‌دهد. بنابراین، قسمت قدامی کشش را بر روی قسمت خلفی اعمال می‌کند، که آن را نگه می‌دارد. در اثر کشش، قسمت میانی کشیده و منقبض شده و در نهایت می‌شکند. قسمت قدامی قسمت خلفی را بازسازی می‌کند و قسمت خلفی قسمت قدامی را دوباره رشد می‌دهد. بنابراین از یک کرم دو کرم کامل تشکیل می‌شود. استروبیلاسیون بیشتر در فصل بهار اتفاق می‌افتد. انواع شکافت دوتایی در آغازیان تک‌سلولی دیگر شامل موارد زیر است:

• شکافت دوتایی نامنظم: در آمیب‌ها اتفاق می‌افتد. صفحه تقسیم سیتوپلاسم متغیر است اما همیشه در زوایای قائمه با هسته تقسیم‌کننده کشیده شده است.
• شکافت دوتایی طولی: در تاژک‌دارانی مانند اوگلنا رخ می‌دهد. سیتوپلاسم به صورت طولی تقسیم می‌شود و دو دختر مشابه را تشکیل می‌دهد.

در شکافت دوتایی، بدن والد واحد تولید مثلی را تشکیل می‌دهد و زمانی که تقسیم آن به افراد دختر کامل شد ناپدید می‌شود. با این حال، نمی‌توان گفت که والد فوت کرده است، زیرا هیچ جسدی بر جای نمانده است. در واقع، پس از شکافت دوتایی، والد به عنوان دو فرد جدید به زندگی خود ادامه می‌دهد. بنابراین، موجوداتی که تحت شکافت دوتایی قرار می‌گیرند، به نوعی جاودانه هستند.

تکه تکه شدن

در قطعه قطعه شدن، ارگانیسم والد به چند قطعه تقسیم می‌شود و این توانایی را دارد که بعداً به یک موجود جدید تبدیل شود. این نوع تولید مثل غیرجنسی را می‌توان در ستاره‌های دریایی، اسفنج‌ها، کرم‌های حلقوی، قارچ‌هایی مانند گلسنگ و مخمرها، برخی کرم‌ها، گیاهان آوندی و غیر آوندی و همچنین پلاناریاها مشاهده کرد. یک نمونه معمولی از تکه‌تکه شدن را می‌توان در ستاره دریایی جدید مشاهده کرد که از پرتو یا بازویی منفرد رشد می‌کند.

علاوه بر ستاره دریایی، بیشتر گلسنگ‌ها از تکه‌تکه شدن تولید مثل می‌کنند. گلسنگ از ارتباط همزیستی بین قارچ و باکتری یا جلبک به وجود می‌آید. این موجودات از طریق تکه‌تکه شدن تولید مثل می‌کنند، بنابراین اطمینان حاصل می‌شود که افراد جدید تشکیل‌شده حاوی خاصیت همزیستی هستند. با این وجود، تکه‌تکه شدن در حیواناتی مانند اسفنج‌ها، ستاره‌های دریایی، کرم‌های حلقوی و پلاناریا عمدی نیست زیرا عواملی مانند فعالیت‌های انسانی، شکار و عوامل محیطی ممکن است باعث شود این حیوانات به قطعاتی تقسیم شوند. از یک قطعه بدون سر، آن‌ها به موجودات کاملاً جدیدی تبدیل می‌شوند.

جوانه زدن

در جوانه زدن، ارگانیسم‌ها از یک رویش (یا جوانه) که از یک موجود زنده ایجاد شده، تکثیر می‌شوند. رشد جوانه به ایجاد فرد جدید منجر می‌شود. این جوانه‌ها حتی اگر نسبتاً کوچک‌تر از ارگانیسم والد باشند، از نظر ژنتیکی با آن یکسان هستند. جوانه یا رویش ممکن است متصل به ارگانیسم والد رشد کند یا ممکن است در نهایت از ارگانیسم والد جدا شود. نمونه‌هایی از ارگانیسم‌هایی که در معرض جوانه‌زنی قرار می‌گیرند عبارتند از: مخمر آبجو، مرجان، هیدر، باکتری‌های خاص (Caulobacter، Hyphomicrobium و Stella)، برخی کرم‌های مسطح و لارو خارپوستان. در سلول مخمر، برآمدگی پیازمانند کوچکی که از آن بیرون می‌زند، جوانه نامیده می‌شود.

تولید مثل هیدر با جوانه زدن

هیدر در فرآیند جوانه‌زدن از سلول‌های احیاکننده برای تولید مثل استفاده می‌کند. در نتیجه تقسیم سلولی مکرر در مکانی خاص در هیدر، جوانه‌ای در حال رشد به یک فرد کوچک تبدیل می‌شود. سپس، هنگامی که این جوانه‌ها به طور کامل بالغ شوند، از بدن والدین جدا می‌شوند و به عنوان افراد مستقل جدید زندگی می‌کنند. در انگل‌هایی مانند توکسوپلاسما گوندی، پدیده‌ای به نام جوانه زدن داخلی وجود دارد که به نفع آن‌ها است.

تولید مثل رویشی چیست؟

تولید مثل رویشی که تکثیر رویشی نیز نامیده می‌شود نوعی از تولید مثل غیرجنسی است که افراد جدید را بدون تولید بذر یا هاگ تولید می‌کند. بنابراین این روش تولید مثلی در گیاهان رایج است و بسیاری از گیاهان از این طریق تکثیر می‌شوند. برخی از گیاهان مانند توت‌فرنگی از استولون‌ها تشکیل می‌شوند، برخی از طریق غده‌ها یا پیازها تکثیر می‌شوند و برخی نیز از طریق شاخه‌ها و مکنده‌هایی که در امتداد ریشه‌های جانبی رشد می‌کنند. هر روشی که گیاه بدون دانه یا هاگ تولید مثل کند، به معنای واقعی کلمه نوعی تولید مثل رویشی است.

در این نوع تولید مثل غیرجنسی، گرده‌افشانی صورت نمی‌گیرد و از قسمت‌های رویشی گیاه مانند ریشه، ساقه و برگ گیاه جدیدی تولید می‌شود. سپس، این قسمت‌های رویشی سیستم ریشه خود را تشکیل می‌دهند و به گیاهان بالغ تبدیل می‌شوند. باغبانان از تکثیر رویشی برای پرورش گیاهانی که از نظر اقتصادی مهم هستند استفاده می‌کنند. علاوه بر این، تولید مثل رویشی را می‌توان به دو نوع طبقه‌بندی کرد:

• تکثیر رویشی طبیعی
• تکثیر مصنوعی

تولید مثل رویشی طبیعی

این نوع تولید مثل رویشی به طور طبیعی در گیاهان بدون دخالت انسان در تولید و رشد گیاه جدید اتفاق می‌افتد. در تکثیر رویشی طبیعی، گیاهان جدید ممکن است از ساقه، ریشه و برگ گیاه مادر تکثیر شوند. ساختارهای رویشی گیاهی مانند ریزوم‌ها، استولون‌ها، غده‌ها و پیازها از این گیاه به وجود می‌آیند. به عنوان مثال، استولون‌ها به صورت افقی در بالای زمین رشد می‌کنند و جوانه‌هایی را در گره‌ها تشکیل می‌دهند.

غده‌های گیاهان دارای ریشه‌های متورم شده و اصلاح شده هستند و باعث رشد گیاهان جدید می‌شوند. همچنین، تعداد کمی از گیاهان دارای برگ‌هایی هستند که از گیاه مادر جدا شده و گیاهان جدیدی ایجاد می‌کنند. پیازها دارای برگ‌هایی هستند که غذا را ذخیره می‌کنند و این برگ‌ها به ساقه زیرزمینی متصل می‌شوند. یک جوانه آپیکال در مرکز پیاز وجود دارد که گل و برگ تولید می‌کند. سپس، پیاز از جوانه‌های جانبی شاخه‌ها ایجاد می‌کند.

تکثیر رویشی مصنوعی

این نوع تولید مثل رویشی طبیعی نیست و در نتیجه توسط انسان در آزمایشگاه یا مزرعه انجام می‌شود. در اینجا چند نوع رایج از تکثیر رویشی مصنوعی آورده شده است:

• قلمه‌زدن: این روش تکثیر رویشی مصنوعی شامل بریدن و کاشت بخشی از گیاه، به ویژه یک برگ یا ساقه است. گاهی حتی برای القای رشد ریشه، این قلمه‌ها با هورمون‌ها درمان می‌شوند و گیاه جدید از ریشه‌های ناخواسته که از قلمه ایجاد شده‌اند بیرون می‌آید.
• پیوند زدن: در این تکثیر مصنوعی، ساقه یا برگ گیاه دیگری به ساقه گیاهی که ریشه در زمین دارد متصل می‌شود. سپس به مرور زمان بافت‌های گیاه ریشه‌دار با بافت پیوندی ادغام شده و پیوند به صورت یک گیاه منفرد ایجاد می‌شود.
• لایه‌بندی: در روش لایه‌بندی، ساقه گیاه به سمت زمین خم شده و با خاک پوشانده می‌شود. سپس از قسمت‌های پوشیده از خاک گیاه، ریشه‌های فرعی بیرون می‌آید و ساقه متصل با این ریشه‌های در حال رشد را لایه می‌نامند.
• کشت بافت: در کشت بافت، به منظور رشد گیاه جدید، سلول‌های گیاهی در آزمایشگاه کشت می‌شوند. این روش مفید است زیرا جمعیت گونه‌های کمیاب و در معرض خطر انقراض گیاهان را افزایش می‌دهد که ممکن است در شرایط طبیعی نتوانند رشد کنند.

آگاموژنز

هر نوع تولید مثل غیرجنسی که گامت نر را درگیر نکند، آگاموژنز نامیده می‌شود. آپومیکسیس و پارتنوژنز از این نوع تولید مثل هستند. پارتنوژنز یا بکرزایی نوعی تولید مثل غیرجنسی است که در آن جنین‌ها بدون لقاح رشد و نمو می‌کنند. به طور طبیعی در موجوداتی مانند نماتدها، مارمولک‌های خاص مانند اژدهای کومودو، شته‌ها، روتیفرها، بسیاری از گیاهان و برخی بی‌مهرگان دیگر وجود دارد.

آپومیکسیس نیز تکثیر غیرجنسی در گیاهان است که بدون لقاح رخ می‌دهد. در این حالت در گیاهان گل‌دار دانه به صورت غیرجنسی از بافت‌های مادری تخمک تشکیل شده و منجر به رشد جنین بدون میوز و لقاح می‌شود. در ادامه این دو نوع آگاموژنز را بیشتر مورد بررسی قرار می‌دهیم.

پارتنوژنز یا بکرزایی چیست؟

«بکرزایی» (Parthenogenesis) نوعی تولید مثل غیرجنسی است که شامل رشد و نمو فرزندان از گامت ماده (بدون لقاح توسط گامت نر) است. بسیاری از حیوانات از مهره‌داران گرفته تا بی‌مهرگان از فرآیند پارتنوژنز برای تولید مثل استفاده می‌کنند. شته‌ها، نماتدها، روتیفرها و غیره همگی نمونه‌هایی از بی‌مهرگان هستند که از پارتنوژنز برای به دنیا آوردن فرزندان جدید استفاده می‌کنند.

برخی از مهره‌داران مانند پرندگان خاص، مارمولک‌ها، خزندگان، کوسه‌ها و دوزیستان نیز می‌توانند از طریق پارتنوژنز تولید مثل کنند. برخی از آن‌ها از طریق بکرزایی اختیاری یا پارتنوژنز اجباری تولید مثل می‌کنند. ارگانیسم‌هایی که به صورت اختیاری از طریق پارتنوژنز تولید مثل می‌کنند، ابزارهای دیگری برای تولید مثل دارند و همچنین می‌توانند به غیر از پارتنوژنز، تولید مثل جنسی کنند. در حالی که ارگانیسم پارتنوژنتیک اجباری فقط می‌تواند از طریق پارتنوژنز تولید مثل کند.

انواع بکرزایی

بکرزایی معمولاً به عنوان «اتومیکسیس» (Automixis Parthenogenesis) یا «آپومیکسیس» (Apomixis Parthenogenesis) مشخص می‌شود. در ادامه هر کدام را بیشتر توضیح داده‌ایم.

• در بکرزایی اتومیکتیک، سلول تخمک با جسم قطبی ترکیب می‌شود و جنین تولید می‌کند. این ادغام می‌تواند ژن‌های مادر را برای تولید آلل‌های جدید تغییر دهد، بنابراین فرزندان شبیه مادر هستند اما کلون کامل نیستند. ارگانیسم تولید شده دو کروموزوم X از مادر دریافت می‌کند. بنابراین، بکرزایی اتومیکسیس فقط فرزندان ماده تولید می‌کند. به ندرت، مردان بارور می‌توانند تنها با یک کروموزوم X تولید شوند. این نرهای تولید شده بارور نیستند زیرا سلول‌های اسپرم آن‌ها فقط حاوی کروموزوم X هستند.
• در پارتنوژنز آپومیکتیک، سلول‌های تخمک تحت تقسیم میوز قرار نمی‌گیرند، بنابراین وقتی سلول تخمک تقسیم می‌شود، از نظر ژن‌های موجود، همانند سلول اصلی است. بنابراین، فرزندان، یک کلون کامل از مادر خواهند بود. این شکل بیشتر در گیاهان یافت می‌شود. این نوع پارتنوژنز فرزندانی یکسان تولید می‌کند که از نظر ژنتیکی شبیه به والدین هستند.

پارتنوژنز ممکن است اختیاری یا اجباری باشد. پارتنوژنز اختیاری نوعی است که در آن ماده می‌تواند به صورت جنسی یا غیرجنسی تولید مثل کند. مگس‌های بهاری می‌توان پارتنوژنز اختیاری را انجام دهند. زمانی که نرهای زنده در زیستگاه غایب باشند، تحت پارتنوژنز قرار می‌گیرند. پارتنوژنز اجباری نوعی است که در آن ارگانیسم تنها به روش غیرجنسی تولید مثل می‌کند. گونه‌های خاصی از خزندگان (بیشتر آن‌ها مارمولک هستند) قادر به پارتنوژنز اجباری هستند.

آپومیکسیس

این حالت، نوعی تولید مثل غیرجنسی در گیاهان است که بدون لقاح رخ می‌دهد. در گیاهان گلدار که در آن دانه به صورت غیرجنسی از بافت‌های مادری تخمک تشکیل می‌شود و منجر به رشد جنین بدون میوز و لقاح می‌شود، رخ می‌دهد. این نوع تولید مثل غیرجنسی شامل آپوگامی و آپوسپوری در گیاهان غیرگلدار و آپوسپرمی در گیاهان گلدار هستند که هر کدام را بیشتر توضیح می‌دهیم.

آپوگامی و آپوسپوری در گیاهان غیر گلدار

• آپوگامی زمانی است که گامتوفیت گیاهان خاصی ممکن است گروهی از سلول‌ها را که شبیه اسپوروفیت هستند، اما با سطح پلوئیدی (تعداد کروموزوم‌های موجود در هسته سلول) از یک گامتوفیت تولید کنند. این پدیده در بریوفیت‌ها، سرخس‌های خاص و لیکوپودها دیده می‌شود.
• اسپوروفیت‌های گیاهانی مانند بریوفیت‌ها، سرخس‌های خاص و لیکوپودها می‌توانند در پدیده‌ای به نام آپوسپوری، فرزندانی با سطح پلوئیدی اسپوروفیت اما با ظاهر گامتوفیت ایجاد کنند.

آگاموسپرمی در گیاهان گلدار

در گیاهان گلدار، آگاموسپرمی که تولید بذر از تخمک‌های بارور نشده است، از طریق مکانیسم‌های مختلفی انجام می‌شود. در نتیجه، کاربردهای مختلفی از اصطلاحات برای آپومیکسیس در نهان‌دانگان وجود دارد. پدیده آگاموسپرمی عمدتاً در دو نوع رخ می‌دهد:

• آپومیکسیس گامتوفیتی: در این نوع آپومیکسیس، جنین از یک سلول تخم بارور نشده در گامتوفیت که از سلولی که میوز کامل نشده است، رشد می‌کند. دو نوع آپومیکس گامتوفیتی وجود دارد: آپوسپوری و دیپلوسپوری. در آپوسپوری، مگاگامتوفیت از سلول دیگر هسته تشکیل می‌شود در حالی که، در دیپلوسپوری، مگاگامتوفیت از یک سلول آرکئوسپوریوم تشکیل می‌شود.
• آپومیکسیس اسپوروفیتی: به این نوع آپومیکسیس، جنین هسته‌ای یا جنین اتفاقی نیز گفته می‌شود که در آن جنین از گامتوفیت تشکیل نمی‌شود، بلکه مستقیماً از سلول‌های هسته با یک پوشش تشکیل می‌شود.

اسپوروژنز یا اسپورزایی

این نوع تولید مثل غیرجنسی همچنین به عنوان تشکیل اسپور که شامل هاگ است نیز شناخته می‌شود. هاگ‌ها شبیه به دانه‌ها هستند اما دانه نیستند، آن‌ها سلول‌های تولید مثلی خفته هستند که به عنوان واحدهای قابل پراکنده شدن عمل می‌کنند. آن‌ها با دانه‌ها تفاوت دارند زیرا فاقد جنینی هستند که از همجوشی گامت ماده و نر تولید می‌شود. اسپورهایی که دیواره ضخیم دارند در برابر شرایط مختلفی مانند رطوبت کم و دمای بالا که شرایط نامساعدی بوده بسیار مقاوم هستند. اما در شرایط مناسب جوانه زده و فرزندان جدیدی تولید می‌کنند. نمونه‌های معمولی از موجودات غیرجنسی که از طریق اسپورزایی تولید مثل می‌کنند، گیاهان آوندی و قارچ‌ها هستند. قارچ خوراکی نمونه‌ای از قارچ‌ها است که از طریق هاگ تکثیر می‌شود.

مثال های تولید مثل غیرجنسی

باکتری‌ها تحت شکافت دوتایی قرار می‌گیرند. کپک‌های لجنی از طریق اسپورزایی تکثیر می‌شوند و کرم‌های گل یا کرم سیاه از طریق تکه‌تکه شدن تولید مثل می‌کنند. مارمولک‌های دم‌شلاقی نیومکزیکو از طریق بکرزایی تولید مثل می‌کنند هیدرها از جوانه زدن به عنوان وسیله‌ای برای تولید مثل استفاده می‌کنند نیشکر از طریق تولید مثل رویشی رشد می‌کند. در ادامه هر کدام از این مثال‌ها را برای فهم بیشتر توضیح داده‌ایم.

باکتری ها تحت شکافت دوتایی قرار می گیرند

یکی از نمونه‌های تولید مثل غیرجنسی را می‌توان در باکتری‌هایی دید که از طریق شکافت دوتایی تکثیر می‌شوند. در شکافت، سلول باکتریایی والد ابتدا یک کپی از مولکول DNA ایجاد می‌کند تا دو سلول کلون یکسان تولید کند. تکثیر DNA با جداسازی کروموزوم دنبال می‌شود که در آن DNA به سمت قطب‌های مخالف تقسیم سلولی جدا می‌شود. سپس، سیتوکینز در جایی اتفاق می‌افتد که سلول در خط استوایی منقبض می‌شود و محتویات سلولی را به ۲ سلول جدید جدا می‌کند. فرآیند شکافت دوتایی در باکتری‌ها مشابه میتوز در موجودات یوکاریوتی است، فقط به این دلیل که هیچ دستگاه دوکی در آن‌ها وجود ندارد. علاوه بر این، مدت زمان شکافت دوتایی در باکتری‌ها بین گونه‌های باکتری متفاوت است. به عنوان مثال، باکتری «اشرشیاکولای» (E.coli) می‌تواند تقریباً هر ۲۰ دقیقه در دمای ۳۷ درجه سانتی‌گراد تولید مثل کند.

کپک های لجنی از طریق اسپورزایی تکثیر می شوند

یکی از نمونه‌های تولید مثل غیرجنسی، اسپورزایی در کپک‌های لجنی است. کپک لجنی پلاسمودیوم در کمبود مواد غذایی و در شرایط نامساعد می‌تواند اسپورانژیا تولید کند که حاوی هاگ است. اسپورانژیاها اجسام باردهی ساقه زایشی هستند و سلول‌ها در قسمت آپیکال اسپورانژیا دچار میوز می‌شوند. میوز منجر به تولید هاگ‌های هاپلوئید شده که با نیروی باد پراکنده می‌شوند. با این حال، هاگ در شرایط مساعد (مانند درجه حرارت و رطوبت مناسب) جوانه می‌زند و یک سلول هاپلوئید آزاد می‌کند. سپس هاپلوئید در مرحله جنسی چرخه حیات کپک پلاسمودیوم لجنی شرکت می‌کند.

همچنین کپک‌های لجنی سلولی در چرخه زندگی خود مراحل جنسی و غیرجنسی را طی می‌کنند. در شرایط مساعد، آن‌ها به هم می‌رسند و شبه پلاسمودیوم تشکیل می‌دهند زیرا سلول‌ها متمایز می‌مانند. هر یک از سلول‌ها برای خود هسته جداگانه دارد. از طرف دیگر پلاسمودیوم واقعی در کپک‌های لجنی، توده‌ای منفرد از سیتوپلاسم است که توسط غشاها تقسیم نمی‌شود و حاوی هسته‌های زیادی است. کپک‌های لجنی سلولی و همچنین کپک‌های لجنی پلاسمودیومی، هر دو، اسپورانژیا (جسم‌های میوه‌دهنده) تولید می‌کنند.

در کلنی، برخی از کپک‌های لجنی، سلولی ساقه‌مانند را تشکیل داده در حالی که برخی دیگر اسپورانژیوم را تشکیل می‌دهند که هاگ‌های هاپلوئید را تولید کرده و آن‌ها را آزاد می‌کند. هر یک از این هاگ‌ها در نهایت به سلول‌های فردی شبیه آمیب جوانه می‌زنند.

کرم های لجن از طریق تکه تکه شدن تولید مثل می کنند

نمونه دیگری از تولید مثل غیرجنسی تکه‌تکه شدن در کرم سیاه است. کرم‌های سیاه مانند کرم خاکی دارای اندام‌های جنسی نر و ماده هستند. با این حال، تولید مثل جنسی در بین آن‌ها رایج نیست زیرا آن‌ها بیشتر از طریق تکه‌تکه شدن تولید مثل می‌کنند. آن‌ها به سادگی تکه‌تکه می‌شوند و هر قطعه با رشد سر و دم جدید به کرم جدیدی تبدیل می‌شود. رشد مجدد از این قطعات به عنوان بازسازی شدن شناخته می‌شود و در برخی از حیوانات مانند ستاره دریایی دیده می‌شود.

مارمولک های دم‌شلاقی نیومکزیکو از طریق بکرزایی تولید مثل می کنند

مارمولک دم‌شلاقی نیومکزیکو (Aspidoscelis neomexicanus) حیواناتی غیرجنسی هستند که از طریق پارتنوژنز تولید مثل می‌کنند. این مارمولک‌ها همگی ماده هستند و با دو برابر کردن عدد کروموزومی برای داشتن دو دسته کروموزوم (دیپلوئیدی) تولید مثل می‌کنند. در ابتدا، آن‌ها ۸ نسخه از هر کروموزوم تولید می‌کنند و پس از دو دور تقسیم سلولی، ۴ سلول دختر ایجاد می‌کنند. بنابراین، هر سلول دختر به جای تنها یک مجموعه، دو مجموعه کروموزوم دریافت می‌کند.

این مارمولک‌ها با وجود اینکه نیازی به جفت نر ندارند، رفتار جفت‌گیری از خود نشان می‌دهند. آن‌ها رفتار خاصی را نشان می‌دهند که در آن ماده دم‌شلاقی ماده دیگری را سوار می‌کند که به نظر می‌رسد باعث افزایش تخمک‌گذاری در این موجودات می‌شود. برخلاف سایر حیوانات غیرجنسی که کلون‌های ژنتیکی را تولید می‌کنند، این مارمولک‌ها هنوز هم توانایی تولید فرزندان با تنوع ژنتیکی را دارند. به این دلیل که آن‌ها بکرزایی اختیاری را نشان می‌دهند، بنابراین می‌توانند با وسیله دیگری برای تولید مثل به غیر از پارتنوژنز تولید مثل کنند. دم‌شلاقی نیومکزیکو حتی یک رویداد هیبریداسیونی دارد که شامل جفت‌گیری ماده با نرهای یک گونه دیگر می‌شود.

تولید مثل در هیدر از طریق جوانه زدن

جوانه‌زدن مورد استفاده هیدر یکی از نمونه‌های تولید مثل غیرجنسی است. هیدر، نوعی ارگانیسم کوچک و آب شیرین بومی مناطق معتدل و گرمسیری، به دلیل جوانه زدن غیرجنسی خود شناخته شده‌اند. هیدر به صورت غیرجنسی با جوانه‌زدن زمانی که غذای فراوان وجود دارد، تولید مثل می‌کند. هیدر در بدن استوانه‌ای خود جوانه‌هایی ایجاد می‌کند که در نهایت دراز می‌شوند، شاخک‌ها رشد می‌کنند و برای تبدیل شدن به افراد جدید بیرون می‌زنند.

جوانه‌ها از دیواره بدن هیدر بیرون می‌آیند و به بزرگسالان مینیاتوری تبدیل می‌شوند. سپس، هنگام بلوغ، از هیدر والد جدا می‌شوند. تا جایی که هیدر به خوبی تغذیه شود، می‌تواند هر دو روز یک جوانه جدید تشکیل شود. آن‌ها بسته به محیط اطراف خود هر چند روز یکبار جوانه تولید می‌کنند و تا آنجا که دانشمندان می‌توانند بگویند پیر نمی‌شوند. جانورشناسان بر این باورند که هیدرها برای اولین بار حدود 200 میلیون سال پیش در زمان پانگه‌آ پدید آمدند، بنابراین آن‌ها تقریباً هم‌زمان با دایناسورها بودند.

نیشکر از طریق تولید مثل رویشی رشد می کند

نیشکر از طریق تولید مثل غیرجنسی و با استفاده از بخشی از ساقه (قلمه) تکثیر می‌شود. قلمه باید حداقل یک گره داشته باشد تا تولید گیاه جدید اتفاق بیفتد زیرا این گره‌ها هستند که با قرار دادن و پوشاندن مجموعه‌ها در زمین، ریشه‌های اولیه را تشکیل می‌دهند. همچنین، جوانه پریموردیوم روی قلمه، ساقه جدید را ایجاد می‌کند. «راتون» (Ratoon) نامی است که به اولین ساقه نیشکر که هر سال بیرون می‌آید داده می‌شود. در برخی از انواع نیشکر می‌توان از دانه‌ها برای تولید مثل استفاده کرد. با این حال، استفاده از قلمه‌های گیاه نیشکر روش بسیار رایج‌تری است.

جانوران دیگری که به روش غیرجنسی تولید مثل می کنند

همانطور که پیش‌تر بیان شد، تولید مثل غیرجنسی منجر به فرزندانی یکسان از نظر ژنتیکی می‌شود و تنها به یک حیوان والد نیاز دارد. ارگانیسم والد نیازی به یافتن جفت ندارد و بنابراین ترکیبی از اطلاعات ژنتیکی موجودات دیگر نیست. تولید مثل غیرجنسی در حیوانات می‌تواند جمعیت را به سرعت افزایش دهد. از معایب تولید مثل غیرجنسی این است که جمعیت ارگانیسم فقط برای یک زیستگاه خاص به بهترین وجه سازگار است. بنابراین همه اعضای جمعیت، مستعد قرارگیری در معرض شکارچیان و بیماری‌های یکسان هستند. انواع جانورانی که می‌توانند به روش غیرجنسی تولید مثل کنند شامل موارد زیر هستند:

• کوسه‌ها: در کوسه‌ها، تولید مثل غیرجنسی معمولاً از طریق فرآیندی به نام «پارتوژنز خودکار» اتفاق می‌افتد. در طی گامت‌زایی رشد تخمک به همراه سه محصول دیگر به نام اجسام قطبی صورت می‌گیرد. معمولاً این اجسام قطبی به سادگی توسط ماده بازجذب می‌شوند. پارتنوژنز زمانی اتفاق می‌افتد که یکی از اجسام قطبی به اندازه تخمک دارای مواد ژنتیکی باشد و آن را بارور کند.
• اژدهای کومودو: در انسان، مردان دارای کروموزوم‌های جنسی نر و ماده هستند. در اژدهای کومودو، ماده‌ها این شرایط را دارند، بنابراین ماده مواد ژنتیکی مورد نیاز برای رشد جنین را در درون خود دارد. این خود باروری فرزندانی کاملاً سالم به بار می‌آورد، اما همه آن‌ها نر هستند. اگر هیچ جفتی دم دست نباشد، ماده می‌تواند به‌صورت بکرزایی پسری به دنیا بیاورد و وقتی بزرگ‌تر شوند، می‌توانند جفت او باشند. اما این روش برای متنوع نگه داشتن مخزن ژنی مناسب نیست.
• ستاره دریایی: تولید مثل غیرجنسی در بین ستاره‌های دریایی از طریق شکافت است که در آن دیسک مرکزی ستاره دریایی به دو قسمت تقسیم می‌شود یا اتوتومی که یک یا چند بازوی ستاره دریایی از بین می‌رود. برخی از ستاره‌های دریایی می‌توانند تنها از یک تکه بازو دوباره جاندار جدید تولید کنند. یک بازو که از میزبان خود جدا شده است به عنوان دنباله‌دار شناخته می‌شود.
• مارمولک‌های دم‌شلاقی
• مارهای پایتون: تکثیر غیرجنسی برای مارهای پایتون، نادر است، اما غیرممکن نیست. اولین «تولد باکره» توسط مار پیتون برمه‌ای، طولانی‌ترین مار جهان، در سال 2012 در باغ وحش لوئیزویل در کنتاکی ثبت شد. یک مار پیتون 11 ساله به نام تلما که تمام‌وقت با مار ماده دیگری (با نام مناسب لوئیز) زندگی می‌کرد، با وجود اینکه طی دو سال در معرض نر قرار نگرفته بود، 61 تخم تولید کرد. تخم‌ها حاوی ترکیبی از جنین‌های سالم و ناسالم بودند که در نهایت منجر به تولد شش نوزاد ماده سالم شد. DNA آن‌ها از آن زمان توسط دانشمندانی از مجله زیست‌شناسی انجمن لینه، که تلما تنها مادر آن‌ها است، مورد تجزیه و تحلیل قرار داد.

• خرچنگ مرمری: در سال 1995 زمانی که یک آکواریوم‌دار آلمانی گونه‌ای از خرچنگ که قبلاً دیده نشده بود را پیدا کرد و به نظر می‌رسید خود را شبیه‌سازی کرده است، خبرساز شد. فرزندان همه ماده بودند، که نشان می‌دهد این خرچنگ جدید می‌تواند تنها سخت‌پوست ده‌پا با توانایی تولید مثل غیرجنسی باشد. دانشمندان توانستند تأیید کنند که همه خرچنگ‌ها در واقع کلون‌هایی هستند که از ارگانیسمی منفرد از طریق پارتنوژنز (تولید مثل غیرجنسی) نشات گرفته‌اند.
• شته: حشره‌ای کوچک که از شیره گیاهی تغذیه می‌کنند، آنقدر سریع تکثیر می‌شوند که می‌توانند به تعداد زیاد به محصولات کشاورزی آسیب وارد کنند. شته‌ها به معنای واقعی کلمه باردار به دنیا می‌آیند، جنین‌هایی که یکی پس از دیگری در تخمدان مادر رشد می‌کنند، در حالی که شته‌های رشدیافته حاوی جنین‌های بیشتری هستند. شته‌ها می‌توانند عادات تولید مثلی غیرجنسی خود را با تولید مثل جنسی در زمان‌های خاصی از سال، به ویژه در فصل پاییز در مناطق معتدل جایگزین کنند تا تنوع طبیعی در استخر ژنتیکی جمعیت خود را حفظ کنند.
• مورچه‌ها: برخی از مورچه‌ها توانایی تولید مثل جنسی و غیرجنسی را دارند. در مورد مورچه‌های نجار سیاه معمولی، تخم‌های بارور شده به کارگران ماده تبدیل می‌شوند، در حالی که تخم‌های بارور نشده تبدیل به نر می‌شوند.
• کک‌های آب: کک‌های آبی که معمولاً در توده‌های کم‌عمق آب، مانند برکه‌ها و دریاچه‌ها یافت می‌شوند، موجودات زئوپلانکتون میکروسکوپی هستند که اندازه آن‌ها حدود 0/2 تا 3 میلی‌متر است. در حالی که کک‌های آب معمولاً به صورت غیرجنسی تولید مثل می‌کنند، ترفند خاصی برای مواقع سخت دارند. هنگامی که یک جمعیت، تحت تهدید شرایطی مانند کمبود غذا یا موج گرما قرار می‌گیرد، ایم کک‌ها جفت‌گیری می‌کنند و تخم‌هایی می‌گذارند که می‌توانند ده‌ها سال غیرفعال بمانند.
• زنبورها: زنبورها هم به صورت جنسی و هم غیرجنسی تولید مثل می‌کنند. در آن‌هایی که از طریق جنسی تولید مثل می‌کنند، ماده‌ها از یک تخمک بارور شده به دنیا می‌آیند در حالی که نرها از تخمک‌های بارور نشده به دنیا می‌آیند. جمعیت‌هایی از زنبورها وجود دارند که فقط ماده‌هایی را از تخم‌های بارور نشده تولید می‌کنند و اساساً تخم‌هایی را می‌گذارند که توسط DNA شخصی خود بارور شده‌اند.

گیاهانی که به روش غیرجنسی تولید مثل می کنند

چندین گیاه به صورت جنسی و غیرجنسی تولید مثل می‌کنند. وقتی صحبت از تولید مثل غیرجنسی در گیاهان می‌شود، بخشی از گیاهان مادر برای ظهور گیاه جدید استفاده می‌شود. این کار را می‌توان به صورت مصنوعی با چندین روش و تکنیک طراحی شده توسط انسان انجام داد. گیاه جدیدی که ظاهر می‌شود معمولاً مشابه گیاه مادری است که قسمت مورد استفاده از آن گرفته شده است. گیاهان غیرجنسی در مقایسه با گیاهانی که از طریق جنسی تولید می‌شوند در محیط‌های پایدار به خوبی رشد می‌کنند. در ادامه انواع این گیاهان به صورت موردی بررسی شده‌اند.

• سیر، گلایول و کروکوس (Crocus) از بنه برای تولید مثل غیرجنسی استفاده می‌کنند.
• پیاز (پیازهای فلس‌دار) در نیلوفرها برای تولید مثل غیرجنسی استفاده می‌شود.
• پیاز تونیکیت در نرگس برای تکثیر غیرجنسی استفاده می‌شود.
• ریشه‌های فرعی می‌توانند گیاهان جدیدی مانند پیچک ایجاد کنند.
• برخی از گیاهان مانند ازگیل می‌توانند از ریشه‌های عمودی اصلی تکثیر شوند.
• سیب‌زمینی و کوکب غده‌های ساقه‌ای هستند که با استفاده از غده‌های زیرزمینی تولید مثل می‌کنند.
• استولون که به عنوان ساقه دونده نیز شناخته می‌شود، ساقه‌های هوایی هستند که برای تولید مثل غیرجنسی در گیاهانی مانند توت‌فرنگی، برخی سرخس‌ها و علف‌های متعدد استفاده می‌شوند.
• برگ‌های گیاهانی مانند بریوفیلوم و کالانکوئه جوانه‌های کوچکی دارند. جوانه‌ها در حاشیه برگ‌ها رشد می‌کنند و از گیاه جدا می‌شوند تا به گیاهان مستقل جدید تبدیل شوند. همچنین هنگامی که برگ‌ها با خاک تماس می‌گیرند، گیاهان مستقل جدید ممکن است رشد کنند.
• پیازهای زیرزمینی گیاهان به پیازهای بیشتری تقسیم می‌شوند تا گیاهان جدیدی مانند پیاز، نرگس، سنبل و لاله را تولید کنند.
• ریزوم عضوی از تولید مثل غیرجنسی است زیرا نوک رشد آن می‌تواند به عنوان گیاهان جدیدی مانند زنبق، زنجبیل، گزنه و چمن مبل جدا شود.

مزایا و معایب تولید مثل غیر جنسی

از مزایای تولید مثل غیرجنسی این است که نیازی به جفت‌گیری ندارد. روند تولید مثل غیرجنسی در مقایسه با تولید مثل جنسی سریع‌تر و نسبتاً ساده‌تر است. در ادامه برخی از مزایای تولید مثل غیرجنسی را بیان کرده‌ایم.

• موجودات غیرجنسی می‌توانند بسیاری از فرزندان از نوع خود را بدون جفت‌گیری تولید مثل کنند.
• از طریق تولید مثل غیرجنسی، تعداد زیادی از موجودات را می‌توان در زمان بسیار کمی تولید کرد.
• در این نوع تولید مثل، تأثیرات ژنتیکی مثبت به راحتی به نسل‌های متوالی منتقل می‌شود.
• تولید مثل غیرجنسی انرژی و زمان کمتری می‌گیرد.
• می‌تواند در چندین محیط رخ دهد و موجودات غیرجنسی مزایای بیشتری در استعمار سریع‌تر زیستگاه نسبت به موجودات جنسی دارند.
• گیاهانی که به صورت غیرجنسی تکثیر می‌شوند سریع‌تر به بلوغ می‌رسند و نسبت به نهال‌های تولید مثل جنسی محکم‌تر هستند.

معایب تولید مثل غیر جنسی شامل کم شدن تنوع ژنتیکی در جمعیت و همچنین دشواری سازگاری با تغییرات محیطی است در ادامه هر کدام از این دو مورد را بیشتر بررسی کرده‌ایم.

مشکل در سازگاری با تغییرات محیطی

ارگانیسم‌های غیرجنسی قادر به انطباق با محیط در حال تغییر نیستند زیرا یک تغییر ناگهانی می‌تواند کل گونه را از بین ببرد. در غیرجنسی‌ها، کلون همان ماده ژنتیکی را از والد تنها به ارث می‌برد. هر دوی آن‌ها به طور مشابه در معرض یک اختلال ناگهانی در محیط خود هستند زیرا ویژگی‌ها و ژن‌های یکسانی دارند. به عنوان مثال، در مورد یک بیماری خطرناک، هر دو ممکن است فاقد ژن‌هایی باشند که می‌توانند در برابر بیماری مقاوم باشند. از این رو، آن‌ها در معرض خطر حذف از محیط هستند. تولید مثل جنسی باعث ایجاد گونه‌هایی می‌شود که دارای ژن‌هایی هستند که آن‌ها را برای محیط جدید مناسب‌تر می‌کند و این عامل بسیار مهم است. ارگانیسم‌های جنسی از طریق همجوشی گامت، عبور و مرور و مجموعه مستقل به تنوع بالاتری دست می‌یابند. در حالی که والدین کاملا غیرجنسی می‌توانند از طریق جهش، ژن‌های جدیدی دریافت کنند.

عدم تنوع

تولید مثل غیرجنسی می‌تواند باعث عدم تنوع شود زیرا فرزندان تولید شده از نظر ژنتیکی با والدین یکسان هستند که آن‌ها را بیشتر در معرض کمبود مواد مغذی و بیماری‌های مشابه والدین قرار می‌دهد. تنوع این موجودات معمولاً محدود است زیرا فقط یک موجود زنده درگیر است. شبیه‌سازی ارگانیسم‌های غیرجنسی در درازمدت در نهایت مضر است زیرا منجر به تنوع ژنتیکی کم می‌شود. این برای ارگانیسم‌هایی که از طریق جنسی تولید مثل می‌کنند صدق نمی‌کند زیرا در طول میوز، آن‌ها نوترکیبی و جداسازی را در خود دارند. همچنین، در موجودات جنسی، ادغام سلول‌های جنسی با مواد ژنتیکی منحصربه‌فرد وجود دارد. غیرجنسی‌ها رویدادهای میوز را نادیده می‌گیرند و این فرآیندها را طی نمی‌کنند و این می‌تواند به معنای تنوع ژنتیکی کمتر باشد.