Riproduzione

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La riproduzione, in biologia, è l'insieme dei meccanismi mediante i quali gli esseri viventi provvedono alla conservazione della propria specie generando nuovi individui simili a sé e che subentreranno al genitore, o ai genitori, nella popolazione.

Indice

[modifica] Moltiplicazione cellulare e sessualità

Una cellula eucariota può dividersi mantenendo invariato il proprio corredo cromosomico e generando due cellule figlie geneticamente uguali, oppure può dimezzare il corredo cromosomico generando da una a quattro cellule figlie che avranno un corredo cromosomico differente.

Il primo fenomeno, noto come mitosi, coinvolge sia cellule aploidi sia cellule diploidi e si identifica con la moltiplicazione cellulare. Lo scopo della moltiplicazione cellulare è quello di far accrescere un organismo oppure di incrementare una popolazione di organismi geneticamente uguali.

Il secondo fenomeno, noto come meiosi, coinvolge solo cellule diploidi e rappresenta la prima fase di un fenomeno sessuale, in quanto si alterna con la cariogamia, evento inverso attraverso il quale i corredi cromosomici di due cellule aploidi, dette gameti si fondono per formare un'unica cellula diploide detta zigote, oppure una meiospora che si sviluppa in un individuo aploide. Lo scopo biologico della sessualità è quello di introdurre in una popolazione elementi di variabilità genetica per mezzo delle mutazioni e della ricombinazione genica.

La divisione mitotica negli organismi unicellulari si identifica sempre con la riproduzione, in quanto da una cellula individuo si originano due cellule individuo; attraverso la divisione mitotica gli organismi unicellulari ottengono perciò sia la perpetuazione della specie sia l'incremento numerico della popolazione. La sessualità degli organismi unicellulari non contribuisce alla crescita della popolazione, in quanto da due individui se ne forma solo uno. In questi casi la sessualità ha il fine di perpetuare la specie nel tempo oppure di incrementare la variabilità genetica in una popolazione.

Negli organismi pluricellulari la mitosi è fondamentalmente il meccanismo con cui si svolge l'accrescimento del singolo individuo e, in alcuni microrganismi, anche la riproduzione. L'alternanza fra meiosi e cariogamia comporta anche la riproduzione (nel senso di moltiplicazione) in quanto un solo organismo pluricellulare produce più gameti nel corso della sua vita.

Sulla base di questi elementi, si riconoscono due forme di riproduzione: una presuppone la mitosi e viene detta riproduzione assessuata, l'altra presuppone l'alternanza fra meiosi e cariogamia e viene detta riproduzione sessuata.

[modifica] Riproduzione e dinamica di popolazione

Benché le due modalità siano molto diverse, la riproduzione sessuale e asessuale producono in genere un numero di discendenti maggiore del numero dei genitori, compensando così l'incapacità dei singoli individui di sopravvivere alle sfide con l'ambiente. All'interno di un ciclo biologico che presuppone la successione di più generazioni, possono però verificarsi eventi riproduttivi (che in genere corrispondono ad una riproduzione sessuale) in cui il numero di discendenti è inferiore a quello dei genitori. Eventi di questo tipo si riscontrano, ad esempio, negli Afidi, nei quali la moltiplicazione è affidata alla riproduzione per partenogenesi, mentre con l'accoppiamento di due individui di differente sesso (anfigonici) si verifica un atto fecondativo che porta alla formazione di un uovo. In questi casi la riproduzione ha lo scopo di permettere la sopravvivenza della specie ad una condizione ambientale sfavorevole [1] oppure di sfruttare i la variabilità genetica, derivata dalla ricombinazione genica associata alla sessualità, all'interno di una popolazione in cui la moltiplicazione è fondamentalmente basata sulla riproduzione asessuale.

In un ecosistema in equilibrio l'entità della popolazione di una determinata specie si mantiene costante, tuttavia in alcune specie si possono verificare fluttuazioni della popolazione nel breve o nel medio periodo, dovute essenzialmente al tipo di strategia adottata nella dinamica di popolazione [2] [3]:

  • le specie con riproduzione basata sulla strategia r (potenziale biotico) alternano fasi di crescita esponenziale ad altre di crollo della popolazione determinato dalla resistenza dell'ambiente (incremento della popolazione degli antagonisti, competizione alimentare intraspecifica, incremento delle malattie, ecc.);
  • le specie con riproduzione basata sulla strategia K (capacità portante del sistema) hanno dinamiche più stabili anche nel breve periodo in quanto il numero di discendenti, al netto della mortalità, si mantiene sostanzialmente invariato di generazione in generazione.

Nella strategia r, propria delle piante, dei microrganismi, dei funghi, della maggior parte degli animali (soprattutto fra gli Invertebrati), l'energia è investita nel produrre un elevato numero di gameti e zigoti; dall'impatto con l'ambiente si avrà un'elevata mortalità, ma il numero di discendenti che sopravvivono e giungono alla maturità sessuale è così alto, in termini assoluti, da permettere anche temporanee fasi di crescita esponenziale. Nella strategia K, propria della maggior parte degli Uccelli e dei Mammiferi, l'energia è investita nello sviluppo e nella sopravvivenza del singolo individuo: in queste specie sia il tasso di riproduzione sia il tasso di mortalità sono relativamente bassi e la popolazione mostra una sostanziale stabilità in equilibrio con l'ecosistema.

[modifica] Riproduzione asessuata

La riproduzione asessuale, detta anche agamia o riproduzione asessuata, agamica, monogamica, vegetativa genera individui che mantengono, salvo mutazioni, il patrimonio genetico dei genitori. È l'unica forma di riproduzione dei procarioti, mentre negli eucarioti si affianca spesso alla riproduzione sessuata, tranne che nei ciliati e in alcune piante ibride o poliploidi. È praticamente assente negli animali superiori.

Alla base della riproduzione asessuale è l'assenza di fenomeni sessuali e di ricombinazione genetica: le cellule che danno origine ai nuovi organismi si sono infatti originate esclusivamente per divisione mitotica, con il mantenimento invariato del corredo cromosomico (aploide o diploide) e senza alcun scambio di geni fra cromosomi omologhi.

Nella letteratura, in particolare in botanica e agronomia, si fa talvolta distinzione fra riproduzione agamica vera e propria e riproduzione vegetativa: nel primo caso la riproduzione si attua con la differenziazione di cellule riproduttive, talvolta con la costruzione di corpi fruttiferi veri e propri, nel secondo caso si attua per mezzo di cellule somatiche non differenziate o per il distacco di porzioni dell'organismo. Tale distinzione è tuttavia priva di rigore in quanto in genere riproduzione vegetativa è sinonimo di riproduzione agamica.

Negli animali richiede molti adattamenti anatomici e fisiologici, ha un grande valore di sopravvivenza e consiste nello sviluppo di uno zooide non derivante dalle cellule sessuali, ma da parti del corpo del generante. Essendo basata fondamentalmente sulla mitosi, produce un insieme di discendenti, che costituiscono un clone, identici all'individuo generante (fondatore)geneticamente. Il problema più importante che si pone nella riproduzione asessuata degli organismi pluricellulari è quello di spiegare come un organismo ormai adulto e differenziato possa iniziare la formazione di parti corporee di un nuovo individuo, cioè come possa realizzare una spiccata attività organogenetica, propria degli embrioni. La soluzione di questo problema la si trae dall'osservazione dei numerosi casi di riproduzione agamica, ove si rende evidente che i nuovi processi morfogenetici che hanno luogo nell'animale adulto sono legati alla persistenza, nell'organismo differenziato, di cellule indifferenziate, e quindi capaci di originare più tipi cellulari. In casi estremi, come in certi Poriferi e Platelminti, il nuovo organismo sembra originarsi addirittura da una sola cellula, avendo così la totipotenza che è normalmente esclusiva dello zigote. Questa eventuale espressione di totipotenza da parte di cellule somatiche non deve stupire, perché la capacità di guidare i processi embriogenetici dipende dai fattori ereditari e noi sappiamo che le cellule, pur moltiplicandosi, mantengono intero il loro patrimonio genetico. La riproduzione asessuata può avvenire come:

  • frammentazione o architomia, in cui una parte dell'organismo che si distacca rigenera un individuo completo. La si nota frequentemente tra i vegetali, come nei bulbi delle Liliaceae che producono bulbilli laterali. Una forma particolare di frammentazione è visibile in alcune attinie attraverso un procedimento detto lacerazione pedale consistente nella perdita di cellule del piede dell'animale abbandonate sul substrato, le quali si moltiplicano generando individui completi. Si conoscono molti casi in cui l'autotomia, ovvero una tendenza posseduta da varie specie per l'autoamputazione di parti del corpo in caso di pericolo, può rivelarsi importante ai fini riproduttivi. Ad esempio le stelle marine sono in grado di rigenerare un braccio perso e, questo, (se attaccato ad un pezzo del disco centrale) è in grado di ricostituire l'intero individuo.
  • gemmazione o paratomia, che prevede la formazione di gemme laterali che si separano definitivamente dando vita a nuovi individui o rimangono unite formando una colonia, come nel caso dei coralli ed altri Cnidari. Si può parlare di gemmazione anche nel caso di organismi unicellulari, quando una normale scissione produce due cellule figlie dalle dimensioni diverse e contenuto citoplasmatico non egualmente ripartito.
  • poliembrionia, cioè divisione in più parti dello zigote o dell'embrione nei primissimi stadi di sviluppo, di solito durante la segmentazione. Alla poliembrionia si devono i gemelli monozigotici (fenomeno noto anche per la specie umana), che, originandosi da un unico uovo fecondato, sono tutti dello stesso sesso, possiedono una placenta comune. I gemelli biovulari, dal punto di vista della loro origine, non sono altro che fratelli derivando da due cellule uovo differenti. Quando la poliembrionia avviene in una larva libera nell'ambiente, prende il nome di amplificazione larvale.
  • per propaguli: si formano nel genitore strutture particolari che, una volta distaccatesi, generano nuovi organismi
  • scissione, dove un individuo generante produce individui generati assolutamente identici tra di loro e al generante attraverso la divisione del suo corpo. Quando la divisione avviene separando l'animale in due parti identiche, longitudinalmente, si parla di scissione binaria (tipico delle planarie e di numerosissimi protisti), altrimenti si ha una scissione multipla con la formazione di numerosi individui (Anellidi, Cnidari, Apicomplexa).
  • sporulazione, la formazione per mitosi di particolari cellule riproduttive, le mitospore, in grado di generare un nuovo individuo in contesti ambientali favorevoli. Prodotte in particolari cellule specializzate (sporocisti), le mitospore sono munite di una spessa parete di protezione che permette loro di resistere a condizioni avverse. Possono essere mobili, munite di flagelli (zoospore), oppure esserne prive (aplanospore). In alcuni funghi terrestri è prodotto un particolare tipo di aplanospore esogene (cioè esterne alla sporocisti), dette conidiospore.

[modifica] Riproduzione sessuata

La riproduzione sessuale (o sessuata, o gametica, o anfigonica, o gamia) è il processo attraverso cui opera l'evoluzione e si correla ad aspetti di notevole peso evoluzionistico come la "sopravvivenza del più idoneo". Contrariamente alla precedente, presuppone la formazione di cellule specializzate: i gameti, che di norma vengono prodotte per meiosi e sono aploidi, cioè con corredo cromosomico dimezzato rispetto a quello dell'individuo generante. In genere vi sono due tipi di gameti: quello maschile, più piccolo e generalmente mobile, e quello femminile, più grosso, meno mobile e generalmente contenente le sostanze di riserva necessarie per lo sviluppo dell'embrione . Negli animali i gameti femminili si chiamano uova e quelli maschili spermatozoi. La principale conseguenza dovuta alla divisione cellulare meiotica consiste nel rimescolamento del materiale ereditario dando luogo, in seguito alla fusione del gamete femminile con quello maschile, ad individui geneticamente diversi fra loro e dai genitori. Questi meccanismi di riproduzione possono verificarsi sia in specie dioiche che ermafrodite. Ecco i tipi fondamentali di riproduzione sessuale:

  • Anfigonia: fecondazione di due gameti per formare una nuova cellula, lo zigote.
  • Partenogenesi: riproduzione tramite sviluppo di gameti femminili senza fecondazione.
  • Ginogenesi: simile alla partenogenesi con attivazione del processo da parte di uno spermatozoo.
  • Ibridogenesi: riproduzione anfigonica senza ricombinazione del materiale genetico.

Simile alla partenogenesi è la riproduzione per meiospore. Esse differiscono dalle mitospore perché possiedono solo la metà dei cromosomi del genitore, per cui il nuovo individuo è diverso da esso.

La riproduzione gamica di un organismo, è quella riproduzione secondo cui i caratteri ereditari dei genitori, si rimescolano in modo da portare una sopportazione migliore delle condizioni ambientali in cui vive l'organismo che le possiede.
Questa riproduzione rende più facile il processo evolutivo.

[modifica] Riproduzione sessuata nelle piante

Il ciclo biologico di una pianta è molto complesso. Le piante a noi più familiari come gli alberi, gli arbusti e le erbe rappresentano la fase dello sporofito o generazione sporofitica. La natura degli sporofiti è un fattore fondamentale: essi, come la maggior parte degli animali adulti, sono sempre diploidi. Le piante hanno organi sessuali (nelle Angiosperme localizzati nei fiori) contenenti cellule capaci di andare incontro a meiosi: è un tipo di divisione che negli animali forma gameti aploidi e nelle piante produce le spore aploidi. La differenza tra gameti e spore è notevole:

  • I gameti possono fondersi con altri gameti in un processo chiamato singamia o fecondazione, che produce uno zigote diploide. Un gamete che non soggiace a singamia muore poiché non può vivere da solo né, normalmente, svilupparsi in un nuovo individuo aploide.
  • Le spore delle piante esprimono un comportamento opposto: esse non subiscono singamia ma la mitosi e dividendosi ripetutamente formano una nuova pianta aploide completa chiamata gametofito. È così detta poiché rappresenta la pianta (-phyto) che produce i gameti (gameto-).

Quando un sporofito si riproduce, non genera una nuova pianta diploide identica a sé ma, anzi, una pianta aploide. Inoltre, il gametofito aploide, in tutte le piante vascolari, non somiglia minimamente allo sporofito diploide. È una minuscola massa di cellule senza radici, fusti, foglie o tessuti vascolari, ma è, comunque un individuo. I gameti sono prodotti dalle piante aploidi mediante mitosi, non la meiosi. Essi effettueranno poi la singamia formando lo zigote che, accrescendosi, genererà il nuovo sporofito diploide, e così il ciclo biologico verrà completato. I gameti, nei mammiferi, sono di due tipi: piccole cellule spermatiche (microgameti) che nuotano, e grandi ovocellule (megagameti) immobili. Ciò è vero per molte piante e il processo è noto come oogamia. Gli spermi, nelle piante oogame, proprio come nei mammiferi oogami, sono ridotti da un individuo e le ovocellule da un altro: vi sono pertanto gametofiti "maschili" o microgametofiti e gametofiti "femminili" detti macrogametofiti o megagametofiti. I due tipi di gametofiti derivano da due tipi di spore:

  • i microgametofiti dalle microspore
  • i megagametofiti dalle macro- o megaspore.

La presenza di due tipi di spore è nota come "eterosporia". Tipicamente in un ciclo biologico ricorre un tipo solo di sporofito, e questo produce sia le microspore che le macrospore. Un ciclo vitale come questo, con due generazioni (sporofito e gametofito) è detto alternanza di generazioni. Nella pianta, poiché i gametofiti non somigliano agli sporofiti, si attua un'alternanza di generazioni eteromorfe. Questo è un ciclo complesso con almeno tre piante diverse (uno sporofito e due gametofiti). Il ciclo vitale dell'uomo, come quello degli altri animali, non presenta nulla di equivalente alla generazione aploide. semplicemente: ci sono gli spermatozoi del padre che cercano di entrare nella cellula uovo della madre, questo fenomeno si chiama fecondazione. dalla fecondazione nasce lo zigote, da cui nasce il bambino.

[modifica] Note

  1. ^ Ad esempio, nel caso citato degli Afidi, la riproduzione anfigonica ha lo scopo di produrre un uovo in grado di svernare e perpetuare la specie di anno in anno.
  2. ^ M. Vighi. Ecologia III - Fattori ambientali e popolazioni (PDF) in Materiale didattico per l'insegnamento di Ecologia Generale. Dipartimento di Scienze dell'Ambiente e del Territorio, Università degli Studi di Milano Bicocca. URL consultato il 25-11-2007.
  3. ^ Mario Ferrari; et al., La biologia delle popolazioni: struttura e dinamica in Ecologia agraria, Bologna, Edagricole Scolastico, 2004. pp. 55-58 ISBN 88-539-0028-4

[modifica] Voci correlate

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