فيديو الدرس: أنواع التكاثر الجنسي الأحياء

نسخة الفيديو النصية

في هذا الفيديو، سوف نتعرف على السمات الأساسية للتكاثر الجنسي وسنقارنها بالتكاثر اللاجنسي. سوف ندرس كيفية حدوث التكاثر الجنسي من خلال بعض الأمثلة المدهشة، ولماذا يعد نوع خاص من الانقسام الخلوي يسمى الانقسام الميوزي أمرًا حيويًّا للغاية في هذه العملية. وأخيرًا، سنلقي نظرة على بعض الأمثلة المثيرة للاهتمام لأنواع تتضمن دورات حياتها كلًّا من مرحلتي التكاثر الجنسي والتكاثر اللاجنسي عبر تعاقب الأجيال.

التكاثر هو العملية الحيوية التي يتم من خلالها إنتاج نسل جديد، وهو ضروري لبقاء أي نوع على قيد الحياة. هناك نوعان رئيسيان من التكاثر: التكاثر الجنسي والتكاثر اللاجنسي. ولكل طريقة مميزاتها وعيوبها. بل إن هناك بعض الكائنات الحية التي تتناوب بين طرق التكاثر الجنسي واللاجنسي وتستفيد من مميزات كل منهما. لنلق نظرة على هذين النوعين من التكاثر بمزيد من التفصيل.

يحدث التكاثر الجنسي عند اندماج المادة الوراثية لأبوين لإنتاج نسل فريد وراثيًّا. فعلى الرغم من أنه سيرث بعض الصفات من الأبوين، فإن النسل الناتج لن يكون متطابقًا مع أي منهما، ومن المرجح أيضًا أن يكون أفراد النسل مختلفين فيما بينهم. يتميز التكاثر الجنسي بميزة رئيسية تكمن في زيادة التباين الوراثي في تجمعات الكائنات الحية. وهذا ما يمكن أن يزيد من قدرة أفراد التجمع على التكيف مع التغيرات البيئية. ففي حالة حدوث ضغوط بيئية أو تغيرات بيئية جديدة، من المحتمل أن يكون لبعض الأفراد الفريدين وراثيا الناتجين عن طريق التكاثر الجنسي أوجه تكيف ضرورية لبقائهم على قيد الحياة. ويمكنهم بعد ذلك نقل أوجه التكيف هذه إلى الجيل التالي.

تشمل بعض العيوب الرئيسية للتكاثر الجنسي حقيقة أنه أبطأ في العموم، كما أنه يتطلب طاقة أكبر، ويستهلك وقتًا أطول. وعلى الرغم من أن بعض الكائنات الحية التي تتكاثر جنسيًّا يمكنها إنتاج أعداد كبيرة من النسل، فإن التكاثر اللاجنسي عادة ما ينتج عددًا أكبر من النسل بمعدل أسرع من التكاثر الجنسي. وبوجه عام، يجب أن تنمو الكائنات الحية التي تتكاثر جنسيًّا لتصل إلى مرحلة النضج الجنسي، وهو ما يعرف أيضًا بالبلوغ، قبل أن تستطيع التكاثر. كما يجب عليها إنتاج الخلايا الجنسية أو التناسلية التي تسمى الجاميتات، والتي في حد ذاتها تستغرق وقتًا حتى تنضج، ما يجعل الإنتاج يتطلب طاقة أكبر.

علاوة على ذلك، غالبًا ما يتطلب الأمر وقتًا لإيجاد شريك وتهيئة مكان مناسب للتزاوج. كما أن إيجاد شركاء والحصول على فرصة للتكاثر جنسيًّا في بعض الأنواع يشكل خطرًا كبيرًا أيضًا. على سبيل المثال، في بعض الأنواع، مثل الأسود، يكون على الذكور أن تتنافس، بل وأن تتقاتل من أجل التكاثر، وهذا قد يكون مميتًا. وفي بعض الأنواع، يتطلب التكاثر الجنسي أحيانًا أن يحتفظ أحد الأبوين بالجنين النامي داخل جسمه ويحميه حتى ولادته. وهذا ما يسمى بفترة الحمل، والتي يمكن أن تكون طويلة جدًّا في بعض الأنواع. كما قد يحتاج النسل في بعض الأنواع إلى الرعاية الأبوية والحماية بعد الولادة، وهو ما يمثل استثمارًا مكلفًا طويل المدى.

يحدث التكاثر اللاجنسي عندما ينتج أب واحد فقط نسلًا. وعادة ما يكون النسل الناتج عن التكاثر اللاجنسي متطابقًا وراثيًّا مع الأب، وكذلك بعضه مع بعض. والكائنات الحية التي يمكنها استخدام التكاثر اللاجنسي بشكل منتظم تشمل بدائيات النوى مثل البكتيريا، وبعض حقيقيات النوى مثل الفطريات، كالخميرة، وبعض الطلائعيات الوحيدة الخلية مثل الأميبا. وتشمل بعض مميزات التكاثر اللاجنسي كونه عملية أسرع بوجه عام من التكاثر الجنسي؛ إذ يمكن لكل فرد من أفراد النوع إنتاج نسل بمفرده. ما يعني أن الكائنات الحية التي تتكاثر لا جنسيًّا لا تحتاج إلى إيجاد شريك، وهو ما قد يكون خطيرًا كما ذكرنا.

لكن العيب الأساسي للتكاثر اللاجنسي هو أنه لا يؤدي إلى نفس مستوى التباين الوراثي الذي ينتج عن التكاثر الجنسي، إذ إن جميع النسل الناتج عن التكاثر اللاجنسي هو نسخ متطابقة وراثيًّا من الخلايا الأبوية. ويمكن لهذا أن يجعل تجمعات الكائنات الحية عرضة لمخاطر التغيرات البيئية لأنها أقل قدرة على التكيف. يتطلب التكاثر الجنسي في الكائنات الحية المتعددة الخلايا المعقدة إنتاج الجاميتات. ويتضمن إنتاج الجاميتات نوعًا خاصًّا من الانقسام الخلوي يسمى الانقسام الميوزي، حيث تنقسم المادة الوراثية للخلايا إلى النصف.

الجاميتات هي خلايا أحادية الصيغة الصبغية، ما يعني أنها تحتوي على مجموعة واحدة فقط من الكروموسومات، وهو ما يساوي نصف عدد الكروموسومات الموجودة في معظم خلايا الجسم الأخرى، ويرمز لهذا عادة بالرمز ‪n‬‏. توجد الجاميتات عادة في صورتين: الحيوان المنوي الذكري، والبويضة الأنثوية. وفي العموم، يعتبر الحيوان المنوي الجاميت الذي يتحرك نحو البويضة حتى يحدث الإخصاب، بينما تعد البويضة الجاميت غير المتحرك.

يندمج جاميت ذكري أحادي الصيغة الصبغية مع جاميت أنثوي أحادي الصيغة الصبغية في عملية تسمى الإخصاب لإنتاج زيجوت ثنائي الصيغة الصبغية. ويحتوي الزيجوت الثنائي الصيغة الصبغية على ضعف عدد الكروموسومات الموجود في الخليتين الأحاديتي الصيغة الصبغية الأصليتين اللتين تندمجان لتكوينه. وعادة ما يشار إلى ذلك بالرمز 2n. ثم يمر الزيجوت عبر الانقسام الميتوزي الخلوي لينمو إلى كائن حي مكتمل النمو يمكنه التكاثر.

يمكن أن يحدث التكاثر الجنسي بعدة طرق مختلفة. وتتضمن هذه الطرق الإخصاب، الذي يمكن أن يحدث داخليًّا أو خارجيًّا. ويمكن أن يحدث من خلال عملية تسمى الاقتران، أو قد يحدث في بعض الأنواع من خلال تعاقب الأجيال، الذي يتضمن التكاثر الجنسي واللاجنسي. دعونا نتفحص كل عملية من هذه العمليات عن كثب بدءًا من الإخصاب الداخلي في أحد الأنواع التي نكون على دراية أكثر بها، أي البشر.

ينتج الجاميت الذكري، أي الحيوان المنوي، في الأعضاء التناسلية للأب؛ بينما ينتج الجاميت الأنثوي، أي البويضة، في الأعضاء التناسلية للأم. تذكر أنه نظرًا لأن هذين الجاميتين قد تكونا من خلال الانقسام الميوزي، فإنهما خلايا أحادية الصيغة الصبغية. تندمج هاتان الخليتان أثناء عملية الإخصاب الداخلي لإنتاج زيجوت فريد ثنائي الصيغة الصبغية. وتسمى هذه العملية الإخصاب الداخلي، لأنها تحدث داخل جسم الأم.

يحتوي الزيجوت على مادة وراثية من كلا الأبوين. ويمكن أن تنقسم خلية الزيجوت بعد ذلك عن طريق الانقسام الميتوزي، لتصبح في النهاية جنينًا خلويًّا داخل جسم الأم، ثم تصبح جنينًا، ثم تصبح طفلًا يولد بعد فترة حمل تبلغ تسعة أشهر تقريبًا. ويمر هذا الطفل بعد ذلك بمرحلتي الطفولة، والمراهقة، ليصبح في النهاية شخصًا بالغًا قد يكون قادرًا على إنجاب الأطفال.

يختلف الإخصاب الخارجي عن الإخصاب الداخلي كونه يحدث خارج جسمي الأبوين. وهو شائع في معظم أنواع الأسماك، لا سيما الأسماك العظمية، وكذلك في البرمائيات، مثل الضفادع والعلاجيم. ويحدث هذا عادة في الماء حيث تطلق الأنثى بويضاتها في عمود الماء. وبعد ذلك، سيحاول الذكر سريعًا أن يسبح ويطلق حيواناته المنوية في الماء أيضًا. وهذا ما يسمح بحدوث الإخصاب خارجيًّا. وعادة ما يتم إخصاب العديد من هذه البويضات. لكن بما أن الماء يمثل بيئة قاسية للعيش فيها، فلن يعيش سوى عدد قليل جدًّا منها. بعد ذلك، لنلق نظرة على عملية الاقتران.

يحدث الاقتران عندما يدمج كائنان مادتهما الوراثية معًا من خلال الاتصال المباشر بين خلية وأخرى، وهو ما يشبه بناء جسر. يمكن للعديد من الكائنات الحية، بما في ذلك البكتيريا والفطريات وبعض الطلائعيات مثل هذه الطحالب، أن تتكاثر بالاقتران. لنلق نظرة على «الأسبيروجيرا» باعتبارها مثالًا، وهو جنس من الطحالب التي تنمو في الماء العذب في صورة خيوط طويلة من الخلايا. تتكاثر الأسبيروجيرا من خلال نمط تكاثر لا جنسي عن طريق التجزئة البسيطة. وعندما تصبح الظروف البيئية صعبة، على سبيل المثال، أثناء الجفاف في فصل الصيف أو درجات الحرارة المنخفضة في فصل الشتاء، يمكن أن تزيد الأسبيروجيرا من فرصة بقائها على قيد الحياة في هذه الظروف الجديدة القاسية عن طريق التكاثر الجنسي.

يوفر الاقتران فرصة لزيادة التباين الوراثي في النسل، ومن المحتمل أن تنتج عنه صفات تتكيف بشكل أفضل مع الظروف الصعبة الجديدة. يحدث الاقتران في الأسبيروجيرا بطريقتين. وعادة ما تكون خلايا الأسبيروجيرا المنفردة أحادية الصيغة الصبغية؛ ما يعني أنها تحتوي على مجموعة واحدة فقط من الكروموسومات. وأثناء حدوث الاقتران، تنمو قناة تسمى قناة الاقتران لكل خيطين متجاورين من فردين مختلفين. حيث تربط قناة الاقتران كل خلية بنظيرتها من خيط آخر وكائن حي آخر. وينتقل نوع خاص من الجاميتات من الخلية الموجودة في الخيط الذكري إلى الخيط الأنثوي عبر قناة الاقتران هذه. وهناك تندمج المادة الوراثية للخليتين الأحاديتي الصيغة الصبغية لتكوين خلية ثنائية الصيغة الصبغية تسمى الزيجوت.

يصبح الزيجوت محاطًا بجدار سميك وينتظر انقضاء فصل الشتاء في حالة سكون، إذ يسمى حينئذ باللاقحة الجرثومية. وتظل اللاقحة الجرثومية في حالة سكون حتى تصبح الظروف البيئية أكثر ملاءمة. بعد ذلك، تنقسم النواة الثنائية الصيغة الصبغية داخل اللاقحة الجرثومية باستخدام عملية الانقسام الميوزي. وهذا يعني أنه في عملية الاقتران، يحدث إدماج المادة الوراثية الأبوية بعد تكوين الزيجوت، بخلاف عملية الإخصاب. وينتج عن ذلك أربع أنوية أحادية الصيغة الصبغية. وأخيرًا، لا تتبقى سوى نواة واحدة من هذه الأنوية الأربع الأحادية الصيغة الصبغية. ومن ثم، تصبح اللاقحة الجرثومية، التي يمكننا رؤيتها هنا في جدارها الخارجي الصلب، مهيأة للإنبات. وهذا يعني أنها تنمو لتكون خيط أسبيروجيرا جديدًا له المادة الوراثية لكل من الخيطين اللذين كوناه.

ويسمى هذا النوع من الاقتران في الأسبيروجيرا الاقتران السلمي. تشبه قنوات الاقتران التي تتكون بين الخيطين درجات السلم. وكلمة «‪scalariform‬‏»، أي سلمي، مشتقة من الكلمة اللاتينية التي تعني «شكل السلم». تستطيع الأسبيروجيرا أيضًا استخدام آلية تسمى الاقتران الجانبي. وفي هذا النوع من الاقتران، تندمج المادة الوراثية لخليتين متجاورتين في نفس الخيط. وسينتقل الجاميت الذكري إلى الجاميت الأنثوي في الخلية المجاورة ويندمج معه. وهذا يعني أن الزيجوت يتشكل أيضًا في خلايا متناوبة لينمو ويصبح لاقحة جرثومية. ومثلما هو الحال في الاقتران السلمي، تبقى اللاقحة الجرثومية في حالة سكون حتى تتحسن الظروف البيئية. ثم تنقسم انقسامًا ميوزيًّا قبل أن تنمو لتصبح خيطًا جديدًا من الأسبيروجيرا.

لنتعرف على الكائنات الحية التي لها دورة حياة تتضمن كلًّا من المرحلة الجنسية الثنائية الصيغة الصبغية والمرحلة اللاجنسية الأحادية الصيغة الصبغية. ونشير إلى ذلك عادة باسم تعاقب الأجيال. «البلازموديوم» جنس طفيلي وحيد الخلية من الطلائعيات، ويعرف أيضًا باسم الأوليات الحيوانية. وقد يصيب البلازموديوم البشر ويتسبب في مرض يسمى الملاريا. وتعد دورة حياة البلازموديوم مثالًا على تعاقب الأجيال.

الأسبوروزويتات هي خلايا بلازموديوم أحادية الصيغة الصبغية توجد في الغدد اللعابية لبعض البعوض. وعندما تلدغ أنثى بعوضة «الأنوفيليس» المصابة الإنسان، تدخل هذه الأسبوروزويتات المغزلية الشكل إلى جسم الإنسان وتصيب الخلايا الكبدية. ثم تتكاثر الأسبوروزويتات من خلال عملية تكاثر لا جنسي تسمى التقطع. ففي عملية التقطع، تنقسم الخلية الأبوية إلى العديد من الخلايا البنوية عن طريق عملية تسمى الانشطار المتعدد. وعادة ما يكون هناك ما بين دورتين إلى أربع دورات من التكاثر عن طريق التقطع، ويختلف هذا العدد فيما بين أنواع البلازموديوم.

خلال هذه العملية، تنضج الأسبوروزويتات لتصبح شيزونتات. وفي النهاية، تنفجر هذه الشيزونتات في الخلايا الكبدية البشرية. تسمى الخلايا النهائية الناتجة عن التقطع، والتي تطلق من هذه الشيزونتات، بالميروزويتات. وهذه الخلايا أحادية الصيغة الصبغية أيضًا. عادة ما تطلق الميروزويتات كل 48 ساعة، وتنتشر بسرعة لتصيب خلايا الدم الحمراء للإنسان. وبمجرد حدوث ذلك، يزداد عدد الميروزويتات بسرعة. وهذه المراحل التي تصاب فيها خلايا الدم هي المسئولة عن الأعراض التي تظهر على الإنسان المصاب بالملاريا، مثل الحمى والقشعريرة والتعرق.

بعد ذلك، يمكن أن تدخل الميروزويتات إلى مرحلة تسمى الطور المشيجي، والتي ستجعلها تنمو لتصبح في النهاية جاميتات ذكرية وأنثوية. ولبدء هذه المرحلة، تتمايز بعض الميروزويتات في خلايا الدم الحمراء للإنسان إلى خلايا مشيجية أحادية الصيغة الصبغية خاصة بمرحلة التكاثر الجنسي. تسمى الخلايا المشيجية الأنثوية بالخلايا المشيجية الكبيرة، وتسمى الخلايا المشيجية الذكرية الأصغر بالخلايا المشيجية الذكرية الصغيرة، وكلاهما يوجد في خلايا الدم الحمراء للإنسان. تلتقط أنثى بعوضة أخرى هذه الخلايا المشيجية عندما تلدغ إنسانًا مصابًا. وسرعان ما تنمو الخلايا المشيجية الموجودة في الدماء التي امتصتها البعوضة إلى جاميتات ذكرية وأنثوية ناضجة. يسمى تحول الخلايا المشيجية إلى جاميتات بالغة تكوين الجاميتات، وهو الجزء الأخير من الطور المشيجي.

بعد ذلك، يمكن أن يحدث التكاثر الجنسي داخل معدة البعوضة، حيث تقوم الخلية المشيجية الذكرية الصغيرة بتلقيح الخلية المشيجية الأنثوية الكبيرة لتكوين زيجوت ثنائي الصيغة الصبغية. ثم ينقسم الزيجوت عدة مرات ويتغير شكله ويتحول إلى الطور الحركي الذي يتحول فيما بعد إلى كيس البيض أثناء حركته عبر معدة البعوضة. وتؤدي عملية تكاثر الطفيل داخل كيس البيض إلى تكوين الآلاف من الأسبوروزويتات في عملية تسمى التكاثر بالجراثيم. وفي النهاية، يتمزق كيس البيض وتنطلق الأسبوروزويتات. إذ يمكن أن تصيب الغدد اللعابية للبعوضة، وتبقى هناك حتى تتغذى البعوضة من جديد وتصيب إنسانًا آخر، ثم تبدأ دورة حياة البلازموديوم من جديد. لقد رأينا أن دورة حياة البلازموديوم توضح تعاقب الأجيال. حيث يمر بمرحلة تكاثر لا جنسي بشكل رئيسي في الإنسان العائل، ومرحلة تكاثر جنسي تحدث بشكل رئيسي في هذه البعوضة العائلة.

يلاحظ تعاقب الأجيال في النباتات أيضًا، ويعد ما يحدث في دورة حياة نبات السرخس أحد الأمثلة على ذلك. نباتات السرخس نباتات وعائية لا زهرية، ويسمى نبات السرخس البالغ بالنبات الجرثومي أيضًا. تكون الخلايا في النبات الجرثومي ثنائية الصيغة الصبغية. وتوجد تراكيب تسمى البثرات في الجزء السفلي من أوراق نبات السرخس.

تحتوي كل من البثرات على خلايا ثنائية الصيغة الصبغية تسمى الخلايا الجرثومية الأمية، والتي تنقسم عن طريق الانقسام الميوزي لإنتاج جراثيم أحادية الصيغة الصبغية. وتخزن الجراثيم الأحادية الصيغة الصبغية الناتجة في تركيب يسمى الحافظة الجرثومية. وفي النهاية، ستطلق هذه الجراثيم من الحافظة الجرثومية إلى الهواء حيث يمكن أن تحملها الرياح. وتبدأ الجراثيم التي تستقر على سطح مناسب في النمو والإنبات. بعد الإنبات، تنمو الجراثيم الأحادية الصيغة الصبغية إلى تراكيب لها شكل القلب تسمى النباتات المشيجية. والنباتات المشيجية الصغيرة هي نباتات أصغر بكثير من النباتات الجرثومية الناضجة، ولها خلايا أحادية الصيغة الصبغية.

للنباتات المشيجية أشباه جذور تثبتها بالتربة وتسهل امتصاص المعادن والماء من أجل دعم النبات في مراحل نموه المبكرة. ويمكن للنباتات المشيجية إنتاج كل من الحيوانات المنوية والبويضات. كما ينتج النبات المشيجي البويضات الأحادية الصيغة الصبغية داخل تركيب يسمى الأرشيجونيا، والحيوانات المنوية الأحادية الصيغة الصبغية داخل تركيب يسمى الأنثريديا. وتستطيع الحيوانات المنوية القادمة من النبات المشيجي الواحد الانتقال إلى نبات مجاور عبر قطرات الماء. في بعض الأحيان، يحدث الإخصاب الذاتي عندما تقوم الحيوانات المنوية لنبات مشيجي بإخصاب البويضة في نفس النبات المشيجي. وتنجذب الحيوانات المنوية إلى مدخل الأرشيجونيا حيث يمكنها إخصاب البويضات.

سواء حدث الإخصاب الخلطي أو الإخصاب الذاتي، ينمو الزيجوت الثنائي الصيغة الصبغية الذي تكون من هذه العملية ليصبح نباتًا جرثوميًّا جديدًا يحمل على النبات المشيجي ليبدأ دورة حياة جديدة. ويصبح النبات الجرثومي مستقلًّا عن النبات المشيجي عندما تبدأ أوراقه الأولى وجذوره في النمو.

يوفر تعاقب الأجيال مميزات معينة للكائنات الحية التي تستخدمه. فعلى سبيل المثال، يسمح تعاقب الأجيال بإنتاج سريع لكائنات حية جديدة من خلال مرحلة التكاثر اللاجنسي، ولكنه يوفر أيضًا تباينًا وراثيًّا من خلال مرحلة التكاثر الجنسي. وهذا ما يجعلها قادرة على الانتشار على نطاق واسع والتكيف مع التغيرات البيئية أيضًا.

دعونا نختتم بمراجعة بعض النقاط الأساسية التي تناولناها في هذا الفيديو. في التكاثر الجنسي، يندمج جاميتان أحاديا الصيغة الصبغية لتكوين زيجوت ثنائي الصيغة الصبغية. يوفر التكاثر الجنسي تباينًا وراثيًّا للنسل؛ لكنه بوجه عام أبطأ ويتطلب طاقة أكبر مقارنة بالتكاثر اللاجنسي. يعد الاقتران والتكاثر بالأمشاج طريقتين من طرق التكاثر الجنسي. ويعد البلازموديوم ونبات السرخس من أمثلة الكائنات الحية التي تظهر تعاقب الأجيال.