W przyrodzie istnieją obojnaki i organizmy różnopłciowe
Większość wielokomórkowych organizmów eukariotycznych rozmnaża się drogą płciową. Rozmnażanie płciowe wielokomórkowców włącza powstanie męskich i żeńskich gamet, które zlewają się ze sobą podczas zapłodnienia. Gamety u zwierząt powstają zazwyczaj w wyspecjalizowanych wielokomórkowych narządach nazywanych gonadami, lub gruczołami płciowymi.
Niektóre gatunki posiadają jak męskie, tak i żeńskie gonady w jednym osobniku. Takie organizmy nazywają się obojnakami (hermafrodytami). Obojnaki są rozpowszechnione w zwierzęcym królestwie: populacje wielu małży i robaków reprezentowane są wyłącznie przez osobniki obojnacze. Jednak dla większości obojnaków charakterystyczne jest zapłodnienie krzyżowe. W tym przypadku podczas zapłodnienia organizm obojnaczy wykonuje męską lub żeńską rolę, czyli jest źródłem plemników lub komórek płciowych. Jego partner-obojnak pełni rolę płci odmiennej. Tylko nieliczna część obojnaków dokonuje samozapłodnienia.
A kiedy gruczoły płciowe żeńskie i męskie są rozmieszczone w różnych osobnikach, to organizmy są rozdzielnopłciowe. Przy tym każdy osobnik produkuje komórki płciowe tylko jednego rodzaju - komórki jajowe lub plemniki1.
Płeć przyszłego organizmu zostaje zdeterminowana podczas zapłodnienia
Po zapłodnieniu powstaje pytanie, jakiej płci będzie nowy organizm. W przyrodzie są różne sposoby wykształcania płci. Przykłady niektórych z nich przytoczono na rycinie 35.1.
1 Populacje niektórych organizmów wielokomórkowych są reprezentowane wyłącznie przez samice. Na przykład u ormiańskiej jaszczurki skalistej samców nie wyjawiono, potomkowie powstają z niezapłodnionych komórek jajowych. U mszyc i rozwielitek większą część roku są obecne tylko samice, a samce zjawiają się tylko jesienią i zapładniają komórki jajowe. Jednak rozwój samic z niezapłodnionych komórek jajowych - partenogenezę - traktuje się jako rozmnażanie płciowe, ponieważ on łączy w sobie mejozę i powstanie gamet, choć jednego rodzaju.
A. Płeć krokodyla zależy od temperatury, przy której rozwijają się jaja. Gdy zarodek w jaju rozwija się przy temperaturze 31-32°C, to z jaja wykluwają się samce, a przy wyższej lub niższej - samki. B. U większości gatunków wargaczowatych cały narybek rozwija się jako samice, jeśli natomiast w populacji brak samców, niektóre z nich zmieniają swoją płeć. C. Jeśli larwa bezkręgowej bonelii zielonej opada na dno, ona przekształca się w samicę, a jeśli na ryjek samicy - to rozwija się mikroskopowy samiec, który pasożytuje w samicy. D. Wiele wrotek -mikroskopijnych wodnych bezkręgowców- większą część roku jest samicami rozwijającymi się z jaj niezapłodnionych. Lecz w warunkach niesprzyjających, kiedy na przykład jest ochłodzenie lub susza, samice składają drobne jaja, z których rozwijają się samce.
Nie patrząc na różnorodność mechanizmów powstania płci, w większości wypadków ona wyznacza się genetycznie. Oznacza to, że rozwój męskiego lub żeńskiego organizmu zależy od obecności określonych genów. Wiele organizmów posiada wyspecjalizowane chromosomy płciowe, których obecność lub brak decyduje o rozwoju cechy określonej płci. U człowieka obecna jest para chromosomów płciowych, które oznacza się literami X i Y. Przy tym u kobiet są dwa X-chromosomy, a u mężczyzn - jeden X-chromosom i drugi Y-chromosom (ryc. 35.2). Chociaż X- i Y-chromosomy odróżniają się od siebie, jednak one są chromosomami homologicznymi i zachowują się w mitozie i mejozie podobnie jak i inne chromosomy homologiczne1. Nietrudno domyślić się, że wszystkie komórki jajowe człowieka zawierają jeden X-chromosom, czyli są podobne według kariotypu. Dlatego płeć żeńską nazywa się homogametyczną (homozygotyczną). A plemniki zawierają albo X-, albo Y-chromosom, dlatego płeć męska u człowieka nazywa się heterogametyczną (heterozygotyczną) - mężczyźni produkują plemniki dwóch rodzajów. Oczywiście, że płeć przyszłego dziecka wykształca się w zależności od tego, jaki chromosom płciowy zawiera plemnik, który zlewa się z komórką jajową.
Tak samo wyznacza się płeć ulubionego obiektu badań genetycznych - muszki owocowej. Jej samice mają dwa X-chromosomy, a samce - X- i Y-chromosomy2. Lecz nie zawsze płeć męska jest heterozygotyczną. U ptaków, na przykład, heterozygotyczną jest płeć żeńska, a męska - homozygotyczną.
Geny sprzężone z płcią rozmieszczone są w chromosomach płciowych
Jak widać na rycinie 35.2, B, X-chromosom u człowieka ma znacznie większe rozmiary od Y-chromosomu. Jest to związane z tym, że on zawiera więcej genów: w X-chromosomie ich jest około 1400, awY-chromosomie-tylko71. Oprócz tego X-chromosom jest czynny u wszystkich ludzi niezależnie od płci, dlatego większość genów, które on zawiera, wyznacza cechy nie związane bezpośrednio z rozwojem żeńskiego lub męskiego organizmu. Tak więc u człowieka w X-chromosomie rozmieszczone są geny kodujące składniki układu krzepnięcia krwi, łańcucha oddechowego mitochon-driów, układu syntezy pigmentów wzrokowych. Można powiedzieć, że żeńskim on jest nazywany tylko umownie. Jednak dziedziczenie cech, których geny rozmieszczone są w X-chromosomie, są różne u mężczyzn i kobiet.
1 Lecz crossing-over między nimi nie zachodzi.
2 Tu, co prawda, jest zasadnicza różnica. U człowieka płeć określa się obecnością Y-chromosomu, dlatego osobnik posiadający zestaw chromosomów XXY (takie połączenie czasem powstaje wskutek zakłócenia mejozy), będzie mężczyzną. U muszki owocowej rola Z-chromosomu jest znacznie skromniejsza: do określenia płci ważna jest ilość X-chromosomów. Dlatego organizm z zestawem chromosomowym XXY będzie samicą.
Rozpatrzmy na przykład dziedziczenie hemofilii - schorzenia związanego z zakłóceniem krzepnięcia krwi. Hemofilicy posiadają mutację w genie kodującym jeden ze składników układu krzepnięcia krwi. Ten gen rozmieszczony jest właśnie w X-chromosomie. Normalny allel H dominuje nad zmutowanym /?, dlatego u kobiet o genotypie Hh hemofilia nie rozwija się. Jednak mężczyźni mają tylko jeden X-chromosom i
jeden allel tego genu. Jeżeli jest to allel H, to mężczyzna jest zdrowy, a jeżeli h - to chory na hemofilię. Jest to tłumaczeniem faktu, że hemofilia o wiele częściej występuje u mężczyzn niż u kobiet (ryc. 35.3).
Jeszcze jednym schorzeniem sprzężonym z X-chromosomem jest daltonizm - zakłócenie syntezy pigmentów wzrokowych, co prowadzi do zakłócenia odbierania kolorów. Analogicznie do poprzedniego przypadku gen recesywny powoduje objaw daltonizmu. Jak i przy hemofilii mężczyźni-daltonicy zdarzają się o wiele częściej niż kobiety, które cierpią na tę chorobę.
Cechy ograniczone płcią rozwijają się tylko w organizmach jednej płci
Nie jest tajemnicą, że przejaw wielu cech jest związany z płcią organizmu. Przykładami takich cech jest rozwój ogona (trenu utworzonego przez wydłużone pióra pokryw nadogo-nowych) u samca pawi, wymienia u krowy lub brody i wąsów u mężczyzn. Te cechy rozwijają się wyłącznie u osobników jednej płci, chociaż ich geny mogą być rozmieszczone nie w chromosomach płciowych. Takie cechy nazywają się cechami ograniczonymi płcią. Czasem cecha może ujawniać się u przedstawicieli obu płci, lecz z różną częstotliwością. Tak więc rogi u baranów (samców) występują o wiele częściej niż u owiec (samic).Chodzi o to, że allel odpowiadający za rozwój rogów u baranów ujawnia się jako dominujący, a u owiec-jako recesywny. Dlatego barany heterozygotyczne według tej cechy posiadają rogi, a owce - nie. Mniej więcej tak samo dziedziczy się łysienie u ludzi: u mężczyzn ta cecha jest dominująca, a u kobiet, na ich szczęście (i na szczęście mężczyzn!) - recesywna.
Zastanów się
Wybierz jedną poprawną odpowiedź
1
Przy kopulacji większość hermafrodytów występuje jako A samica dla siebie В samiec dla innego partnera C samica dla innego partnera D samica lub jako samiec dla innego partnera Є samica i samiec jednocześnie dla samego siebie
2
Mężczyźni są płcią heterozygotyczną i ich gamety są różne, dlatego że A do nich dostaje się po jednym chromosomie homologicznym z pary В połowa z nich ma X-chromosom, a połowa - Y-chromosom C większość z nich zawiera Y-chromosom D większość z nich zawiera X-chromosom E ich gamety powstają wskutek mejozy
з
Samiczką będzie muszka owocowa z zestawem chromosomów płciowych А XX В YY C XY D XYY E X0
4
Wiarygodność urodzenia się chorego na hemofilię dziecka w rodzinie, gdzie ojciec cierpi na hemofilię, a matka jest nosicielem genu hemofilii, lecz nie cierpi na tę chorobę, wynosi
A 0% В 25% C33% D 50% E100%
5
Jeżeli w zapłodnionej komórce jajowej ssaka jest Y-chromosom, lecz brak X-chromosomu, to
A urodzi się samiec В urodzi się samica
C urodzi się organizm bezpłciowy D urodzi się obojnak
E zarodek zginie
Sformułuj odpowiedź w postaci kilku zdań
6
Dlaczego przy chromosomowym wyznaczaniu płci statystyczny stosunek samic i samców wśród potomków wynosi 1:1?
7
Jak różni się wiarygodność urodzenia się dzieci z daltonizmem w rodzinie, gdzie daltonikiem jest tylko ojciec, od wiarygodności dla rodziny, gdzie na daltonizm choruje tylko matka?
8
Jak zmieni się dziedziczenie cech sprzężonych z płcią jeżeli one, w odróżnieniu od hemofilii i daltonizmu, będą uwarunkowane allelami dominującymi?
9
Jaka jest różnica między cechami sprzężonymi z płcią a cechami ograniczonymi płcią? Czy bywają cechy, które są sprzężone z płcią, ograniczone płcią?
10
Jakie osobliwości czynności życiowych i zestawu chromosomowego powinny posiadać organizmy, u których płeć wyznacza się temperaturą zewnętrzną, przy której rozwijają się jaja?
Znajdź odpowiedź i postaraj się zrozumieć istotę problemu
11
Dlaczego większość jednopłciowych populacji, których osobniki rozmnażają się drogą płciową, wykorzystuje partenogenezę?
12
Czy organizmy jednokomórkowe posiadają płeć? Jak ona wyznacza się?
Dowiedz się samodzielnie i opowiedz innym
13
Jakie zalety i wady ma obojnactwo w porównaniu z różnopłciowością?
14
Dlaczego Y-chromosom u ludzi jest znacznie mniejszy od X-chromosomu, chociaż one są homologiczne?
Projekt do opracowania w grupie
15
Drzewo pochodzenia różnych sposobów kształtowania płci.
1) Zbierz informację o różnych sposobach kształtowania płci w przyrodzie i o organizmach, dla których one są właściwe.
2) Na podstawie zebranych danych ułóż drzewo pochodzenia różnych sposobów kształtowania płci, wykorzystując cechy podobieństwa między sposobami i cechy pokrewieństwa między żywymi organizmami. Drzewo ma być zbudowane tak, żeby spokrewnione organizmy o podobnym kształtowaniu się płci były rozmieszczone obok siebie, a niespokrewnione - na odległości.
3) Zaprezentuj swoje drzewo w klasie i omów z kolegami, jaki jest związek między sposobami określania płci a spokrewnieniem organizmów.
Źródło: Biologia podręcznika dla klasy 9 Szałamow