En el procés biològic reproductiu existeixen dos tipus de reproducció: la reproducció sexual o generativa i la reproducció asexual o vegetativa . Totes dues permeten la continuïtat de les espècies, però ho fan mitjançant mecanismes cel·lulars i genètics molt diferents, cosa que té conseqüències directes sobre la diversitat biològica, la velocitat de multiplicació i la capacitat d'adaptació dels organismes al medi ambient.
Un ésser viu o organisme es caracteritza per la capacitat d'exercir les funcions bàsiques de la vida i, entre elles, la reproducció , que li permet produir còpies similars de si mateix, tant asexualment a partir d'un únic progenitor , com sexualment a partir d'almenys dos progenitors. Comprendre aquestes diferències és clau per entendre com evolucionen les poblacions i per què algunes espècies es reprodueixen d'una manera o altra depenent de l'entorn on viuen.
Què és la gemmació?
La gemmació és un dels diferents tipus de reproducció asexual , en què la producció d'un nou ésser es dóna mitjançant la formació de prominències , anomenades gemmes, sobre el cos de l'organisme progenitor, que creixen i es desenvolupen, podent romandre units al progenitor o separar-se'n.
Des d'un punt de vista biològic, la gemmació és una divisió desigual del cos del progenitor . L'individu original conserva el volum més gran de citoplasma i estructura, mentre que el rovell o brot comença sent una petita protuberància que conté cèl·lules amb el mateix material genètic que l'organisme pare. Amb el temps, aquest rovell augmenta de mida, es diferencia i pot acabar constituint un organisme complet.
L'origen del terme gemmació procedeix del llatí geminus , que significa “bessó”. El nou individu és, en efecte, un “bessó genètic” del progenitor, ja que tots dos comparteixen la mateixa informació hereditària perquè no es produeix intercanvi d'ADN amb un altre organisme. Tot i això, malgrat aquesta similitud genètica, les condicions ambientals poden fer que desenvolupin diferències en grandària, forma o estat fisiològic.
La gemmació s'observa en organismes unicel·lulars com alguns llevats i protozous, i també en organismes pluricel·lulars com certes plantes i animals invertebrats (esponges, hidres, corals i algunes meduses). Es tracta, per tant, d'un mecanisme molt estès a la natura, especialment en espècies que viuen fixes a un substrat o en ambients aquàtics on l'intercanvi de gàmetes seria més costós.
reproducció asexual
Aquest tipus de reproducció es caracteritza per involucrar un sol individu progenitor . La reproducció es duu a terme, en la majoria dels casos, mitjançant mitosi , on la divisió cel·lular ocorre i produeix dues o més cèl·lules genèticament idèntiques entre elles.
És un tipus de reproducció en què no existeix fecundació ; en conseqüència, no hi ha intercanvi d'ADN entre individus diferents. El nou ésser viu manté, en línies generals, les característiques de l'ésser que el va originar. Per això, es parla de descendència clònica o de clons, és a dir, còpies genètiques de l'organisme progenitor.
Hi ha gran varietat de plantes la reproducció de les quals pot ser sexual o asexual, mitjançant brots, arrels subterrànies o tiges rastreres. En aquests casos, una mateixa espècie pot alternar entre els dos tipus de reproducció: reproducció asexual per multiplicar ràpidament quan les condicions són favorables i reproducció sexual per generar variabilitat genètica quan l'entorn és més canviant.
Altres organismes, com les estrelles de mar, poden regenerar-se després de la pèrdua d'alguna part del seu cos, i d'altres poden multiplicar-se en grans quantitats en dividir-se asexualment nombroses vegades. En molts invertebrats marins, la regeneració, la fragmentació i la gemmació es combinen com a estratègies reproductives i de supervivència.
A més de la gemmació, la reproducció asexual inclou altres processos molt importants com la fissió binària (típica de procariotes com bacteris i arqueobacteris), l' esporulació (present en fongs, algunes plantes i bacteris), la fragmentació i la partenogènesi , entre d'altres. Tots comparteixen un tret fonamental: un únic individu és suficient per originar la nova descendència, sense necessitat de parella.
La reproducció sexual
La reproducció sexual es caracteritza per la participació de dues cèl·lules originades per meiosi que s'uneixen mitjançant la fecundació. Aquestes cèl·lules sexuals o gàmetes (generalment un òvul i un espermatozoide en animals, o gàmetes masculins i femenins en plantes) contenen la meitat del nombre de cromosomes de l'individu adult.
Hi han de participar dos progenitors que transmeten el seu ADN al descendent i, per conseqüència, hi ha diferències genètiques entre progenitors i descendència, així com entre els mateixos descendents. Aquesta variació és deguda a la combinació de gens que es produeix durant la meiosi (per recombinació genètica) ia la unió a l'atzar de gàmetes durant la fecundació.
La reproducció sexual, malgrat requerir més energia i temps (recerca de parella, producció de gàmetes, seguici, fecundació, desenvolupament embrionari), té un gran avantatge: genera diversitat genètica . Aquesta diversitat augmenta la probabilitat que, dins una població, hi hagi individus amb característiques que els permetin sobreviure i reproduir-se en condicions ambientals canviants o davant de noves malalties.
En alguns organismes, com els llevats, hi ha la possibilitat d'alternar entre reproducció asexual (per gemmació) i reproducció sexual, depenent de les condicions ambientals. En ambients rics en nutrients solen fer servir la forma asexual per la seva rapidesa, mentre que davant de situacions d'estrès o escassetat poden activar mecanismes sexuals per augmentar la variabilitat genètica.
Com es duu a terme la gemmació?
La reproducció asexual és la reproducció que passa sense interacció entre dos membres de la mateixa espècie. Les cèl·lules es divideixen usant mitosi, on es copia cada cromosoma abans de dividir-se el nucli, amb cada cèl·lula nova rebent la mateixa informació genètica. En el cas d'éssers unicel·lulars, es forma un voluminatge que s'anomena rovell en certa porció de la membrana plasmàtica . El nucli de la cèl·lula progenitora es divideix i un dels nuclis fills passa al rovell. Sota condicions favorables, el rovell pot produir alhora un altre rovell abans que se separi finalment de la cèl·lula progenitora.
A nivell unicel·lular, és un procés de mitosi asimètrica que es dóna en alguns éssers unicel·lulars, com els llevats. Un organisme unicel·lular està format per una única cèl·lula. Exemples d'organismes unicel·lulars són els bacteris, les algues microscòpiques, alguns fongs i els protozous. Encara que sigui sorprenent, els éssers unicel·lulars representen la immensa majoria dels éssers vius que poblen actualment la Terra, tant en nombre d'individus com en amplitud d'hàbitats colonitzats.
S'anomena llevat o ferment a qualsevol dels diversos organismes eucariotes, classificats com a fongs, ja siguin ascomicets o basidiomicets microscòpics, amb forma unicel·lular predominant en el seu cicle de vida, generalment caracteritzats per dividir-se asexualment per gemmació o fissió binària i per tenir estats sexuals que no estan adjunts. En aquests microorganismes, la decisió de fer servir reproducció asexual o sexual depèn de senyals químics i ambientals, com la presència de nutrients o feromones produïdes per altres cèl·lules.
Mitosi és la divisió cel·lular pròpiament dita, i produeix dues cèl·lules filles genèticament idèntiques entre si . Pot passar a les cèl·lules dels individus eucariotes tant haploides com diploides. Aquest procés garanteix que el material genètic es distribueixi de manera equitativa entre les cèl·lules resultants, mantenint el mateix nombre de cromosomes que la cèl·lula mare.
És, per tant, un procés de reproducció d'una cèl·lula que consisteix, fonamentalment, a la divisió longitudinal dels cromosomes ia la divisió del nucli i del citoplasma; com a resultat es constitueixen dues cèl·lules filles amb el mateix nombre de cromosomes i la mateixa informació genètica que la cèl·lula mare. A la gemmació, després d'aquesta mitosi, el nucli que migrarà al rovell es col·loca estratègicament en la protuberància que s'està formant.
La gemmació consisteix en el mecanisme on hi ha una divisió del nucli i divisió del citoplasma, però el nucli resultant es desplaça cap a la membrana, formant una mena de rovell que s'envolta de citoplasma, formant-se així dues cèl·lules de diferent grandària. La cèl·lula mare manté més volum, mentre que la cèl·lula filla comença sent més petita, encara que amb capacitat plena per créixer i dividir-se de forma independent quan les condicions són adequades.
El procés de gemmació és freqüent en Porífers, cnidaris i briozous . Certes espècies d'animals poden tenir gemmació interna: rovells que sobreviuen en condicions desfavorables gràcies a un embolcall protector. En el cas de les esponges d'aigua dolça, els rovells tenen una càpsula protectora ia l'interior hi ha substància de reserva . En arribar la primavera es perd la càpsula protectora i, a partir del rovell, sorgeix la nova esponja. Als briozous d'aigua dolça es produeix una capa de quitina i de calci, i no necessiten substància de reserva ja que es troben en estat d'hibernació.
En animals com hidres, pòlips de meduses i corals, els rovells es formen a la superfície del cos del progenitor, creixen i, en molts casos, es desprenen, donant lloc a individus independents. En altres espècies, diversos individus produïts per gemmació romanen units, originant colònies complexes en què tots comparteixen el mateix material genètic però poden exercir funcions especialitzades dins del grup.
Tipus de gemmació i altres tipus de reproducció asexual
Hi ha diversos tipus de reproducció asexual. Aquests inclouen la gemmació (budding) , on la cria creix en el cos progenitor (com fa la planta de guineus, per exemple). Un altre tipus és per brots germinals (gemmules), on l'organisme progenitor deixa anar una massa de cèl·lules especialitzades que es converteixen en un individu nou.
En el context més ampli de la reproducció asexual, també hi trobem:
- Fissió binària: típica d'organismes procariotes com els bacteris i arqueobacteris. Consisteix en la duplicació del material genètic i la divisió simètrica de la cèl·lula mare en dues cèl·lules filles de la mateixa mida.
- esporulació: present en gairebé tots els fongs, algunes plantes (com les falgueres) i determinats bacteris. Es formen espores resistents envoltades de paret gruixuda que els permet sobreviure en ambients hostils i germinar quan milloren les condicions.
- Fragmentació i regeneració: l'organisme es divideix en diversos fragments, cadascun dels quals pot regenerar un individu complet. Passa, per exemple, en cucs plans i en estrelles de mar.
- Partenogènesi: mecanisme en què un nou individu es desenvolupa a partir de cèl·lules sexuals femenines sense fecundar. Es presenta en alguns invertebrats (insectes, rotífers, platihelmints) i en certes espècies de vertebrats com peixos, amfibis i alguns rèptils.
Tot i que tots aquests mecanismes produeixen descendència genèticament similar al progenitor, la gemmació destaca per la seva senzillesa estructural i per permetre, en molts casos, la formació de colònies , com s'observa en alguns cnidaris i esponges. A més, la gemmació pot donar-se en formes externes o internes (per exemple, gemmules en esponges), oferint diferents avantatges segons l'hàbitat i el cicle de vida de l'espècie.
Reproducció asexual en plantes
Es dóna a les plantes quan una part es divideix (tija, branca, brot, tubercle, rizoma…) i es desenvolupa per separat fins a convertir-se en una nova planta. Està extraordinàriament difosa i les seves modalitats són moltes i molt variades. Entre elles es troben:
- empelts: un fragment de tija d'una planta (empelt) s'introdueix dins la tija o el tronc de la mateixa espècie o d'una espècie diferent però compatible. Se sol usar en arbres fruiters o espècies ornamentals per multiplicar varietats d'interès i millorar la producció.
- estaques: la reproducció per estaques consisteix a tallar un fragment de tija amb rovells i enterrar-lo. Després s'espera fins que brotin arrels. Així s'obté una nova planta molt utilitzada en arbustos i plantes ornamentals.
- Esqueix o grills: tiges que es preparen en recipients amb aigua oa terra humida, on formen noves arrels, i després es poden plantar. És una forma molt habitual de reproducció en plantes d'interior i espècies de fàcil arrelament.
- Cultiu de teixits: cultiu realitzat en un medi lliure de microorganismes i fent servir solucions nutritives i hormones vegetals, que provoquen el creixement d'arrels, tiges i fulles a partir d'un fragment d'una planta. Aquesta tècnica permet multiplicar milers de plantes idèntiques a partir d´un sol exemplar.
- murgó: consisteix a enterrar una part de la planta i esperar que arreli. Aleshores es talla i es trasplanta; s'utilitza, per exemple, en les vinyes i en algunes plantes enfiladisses.
- esporulació: tipus de reproducció mitjançant espores, habitual en falgueres, molses i altres vegetals que no produeixen llavors.
En moltes plantes, la gemmació es manifesta a través de gemmes axil·lars o terminals que poden originar nous brots i, en alguns casos, individus complets si se separen i arrelen. Un exemple quotidià és el de certes suculentes i cactus, els brots laterals dels quals poden convertir-se en noves plantes si es col·loquen sobre un substrat adequat.
Altres exemples de plantes que es reprodueixen asexualment (ja sigui per gemmació ampliada, brots o estructures modificades) inclouen tulipes, lliris, papes i maduixes . En papes, els tubercles emmagatzemen reserves i brollen en forma de noves plantes; en maduixes, els estolons rastrers generen noves plantes en arrelar en diferents punts del terra.
Avantatges i desavantatges de la reproducció asexual
La reproducció asexual és més efectiva per a organismes que es queden en un sol lloc i que no es mouen per buscar parelles, o que viuen en ambients relativament estables . És el mètode usat per molts organismes senzills, com els bacteris, nombrosos fongs, protozous i plantes que colonitzen ràpidament un entorn concret.
Tot i això, la reproducció asexual no comporta variacions genètiques significatives entre els organismes, i això significa que grups sencers poden ser destruïts per una malaltia o per canvis bruscos en el medi ambient. En compartir el mateix genotip, si una amenaça afecta un individu, és molt probable que afecti de la mateixa manera la majoria dels seus clons.
Avantatges
Entre els avantatges biològics que comporta hi ha la seva rapidesa de divisió i la seva simplicitat, ja que els organismes no han de produir cèl·lules sexuals ni gastar energia en les operacions prèvies a la fecundació (recerca de parella, seguici, trobada de gàmetes, etc.).
D'aquesta manera, un individu aïllat pot donar lloc a un gran nombre de descendents, per mitjans com ara la formació asexual d'espores, la fissió transversal o la gemmació; facilitant la colonització ràpida de nous territoris . En ambients que romanen estables durant llargs períodes, aquesta estratègia pot resultar molt eficaç per ocupar l'espai disponible i aprofitar els recursos.
En el cas concret de la gemmació, un altre avantatge és que, en molts animals i plantes, els individus fills poden romandre units al progenitor, formant colònies que se'n beneficien mútuament: comparteixen nutrients, protecció i, en ocasions, funcions especialitzades (per exemple, en corals i alguns cnidaris colonials).
Desavantatges
En canvi, presenta el gran desavantatge de produir una descendència sense variabilitat genètica , clònica, en ser tots genotípicament equivalents al seu parental i entre si. La selecció natural no pot “elegir” els individus millor adaptats (ja que tots ho estan igual dins d'un entorn concret) i aquests individus clònics pot ser que no aconsegueixin sobreviure a un mitjà que canviï de manera hostil, ja que no tenen la informació genètica necessària per adaptar-se a aquest canvi.
Per tant, aquesta espècie podria desaparèixer, tret que hi hagi algun individu portador d'una combinació genètica favorable deguda a mutacions espontànies. Tot i que la mutació genera una mica de variabilitat fins i tot en poblacions asexuals, aquesta variació és menor i s'acumula de manera més lenta que en poblacions amb reproducció sexual.
Un altre aspecte important és que la reproducció asexual no permet el reordenament de gens que passa durant la meiosi i la fecundació, mecanisme que en reproducció sexual pot eliminar combinacions desfavorables i afavorir noves combinacions avantatjoses.
Exemples de gemmació
En certs animals pluricel·lulars, tals com celenteris, esponges i tunicats, la divisió cel·lular es realitza per rovells. Aquestes s'originen al cos de l'organisme mare i després se separen per desenvolupar-se com a nous organismes idèntics al primer. Aquest procés, conegut com a gemmació, és anàleg al procés de reproducció vegetativa de les plantes.
Alguns exemples destacats d'organismes que es reprodueixen per gemmació són:
- Les esponges d'aigua. Formen rovells externs o interns (gemmules) que els permeten sobreviure a condicions adverses i dispersar-se en nous llocs del medi aquàtic.
- Certs tipus de fongs en els llevats. En elles, petits rovells es formen a la superfície de la cèl·lula mare, creixen i acaben separant-se com a cèl·lules independents.
- Alguns tipus de meduses. Al seu cicle de vida, els pòlips poden produir meduses per gemmació, generant així la fase mòbil reproductora.
- Hidres. Aquests cnidaris d'aigua dolça generen petites protuberàncies que creixen i s'independitzen com a nous individus.
- Els corals. A través de la gemmació, un pòlip pot originar molts altres, que romanen junts i formen colònies que, amb el temps, poden donar lloc a esculls coral·lins.
També en organismes unicel·lulars s'observen exemples de gemmació, com en alguns bacteris i en determinats protistes (per exemple, alguns dinoflagel·lats), demostrant que aquest mecanisme s'ha originat de manera independent en diversos grups evolutius per la seva eficàcia per duplicar individus quan l'ambient és favorable.
La gemmació, conjuntament amb altres mecanismes asexuals, representa una estratègia molt eficient per a l' expansió ràpida i massiva d'una espècie, encara que amb el cost de reduir la variabilitat genètica. En contrast, la reproducció sexual, tot i ser més exigent energèticament, aporta la diversitat genètica necessària perquè les poblacions es puguin adaptar a llarg termini a canvis a l'entorn. Conèixer bé tots dos tipus de reproducció permet entendre millor la dinàmica de les poblacions naturals, el funcionament dels ecosistemes i, en el cas de microorganismes com els llevats, fins i tot processos d'interès biomèdic i biotecnològic.