18.1 كيف تتكاثر الحيوانات
أهداف التعلم
بحلول نهاية هذا القسم، ستكون قادرًا على:- وصف مزايا وعيوب التكاثر اللاجنسي والجنسي
- مناقشة طرق التكاثر اللاجنسي
- مناقشة طرق التكاثر الجنسي
- مناقشة طرق الإخصاب الداخلية والخارجية
تُنتج بعض الحيوانات نسلاً عن طريق التكاثر اللاجنسي، بينما تُنتج حيوانات أخرى نسلاً عن طريق التكاثر الجنسي. ولكلا الطريقتين مزايا وعيوب. يُنتج التكاثر اللاجنسي (asexual reproduction) نسلاً متطابقًا وراثيًا مع الوالد، لأن جميع النسل يكون نسخًا متطابقة من الوالد الأصلي. يمكن لفرد واحد أن يُنتج نسلاً لاجنسيًا، ويمكن إنتاج أعداد كبيرة من النسل بسرعة؛ وهاتان ميزتان للكائنات التي تتكاثر لاجنسيًا مقارنة بالكائنات التي تتكاثر جنسيًا. في البيئة المستقرة أو المتوقعة، يُعد التكاثر اللاجنسي وسيلة فعالة للتكاثر لأن جميع النسل سيكون متكيفًا مع تلك البيئة. أما في البيئة غير المستقرة أو غير المتوقعة، فقد تكون الأنواع التي تتكاثر لاجنسيًا في وضع غير مؤاتٍ لأن جميع النسل متطابق وراثيًا وقد لا يكون متكيفًا مع الظروف المختلفة.
أثناء التكاثر الجنسي (sexual reproduction)، يتم دمج المادة الوراثية لفردين لإنتاج نسل متنوع وراثيًا يختلف عن والديه. يُعتقد أن التنوع الوراثي للنسل الناتج جنسيًا يمنح الأفراد المتكاثرة جنسيًا لياقة أكبر لأن المزيد من نسلها قد ينجو ويتكاثر في بيئة غير متوقعة أو متغيرة. يجب على الأنواع التي تتكاثر جنسيًا (ولها جنسين منفصلين) أن تحافظ على نوعين مختلفين من الأفراد، الذكور والإناث. نصف السكان فقط (الإناث) يمكنهم إنتاج النسل، لذلك سيتم إنتاج عدد أقل من النسل مقارنة بالتكاثر اللاجنسي. وهذا عيب من عيوب التكاثر الجنسي مقارنة بالتكاثر اللاجنسي.
التكاثر اللاجنسي
يحدث التكاثر اللاجنسي في الكائنات الحية الدقيقة بدائية النواة (البكتيريا والعتائق) وفي العديد من الكائنات الحية حقيقية النواة، وحيدة الخلية ومتعددة الخلايا. وهناك عدة طرق تتكاثر بها الحيوانات لاجنسيًا، وتختلف تفاصيلها بين الأنواع الفردية.
الانشطار
يحدث الانشطار (fission)، ويسمى أيضًا الانشطار الثنائي، في بعض الكائنات اللافقارية متعددة الخلايا. وهو يشبه بطرق معينة عملية الانشطار الثنائي للكائنات بدائية النواة وحيدة الخلية. يُطبق مصطلح الانشطار على الحالات التي يبدو فيها الكائن الحي وكأنه يقسم نفسه إلى جزأين، وإذا لزم الأمر، يُعيد تجديد الأجزاء المفقودة من كل كائن حي جديد. على سبيل المثال، أنواع الديدان المفلطحة التربيلارية التي تُعرف عادة بالبلاناريا، مثل Dugesia dorotocephala، قادرة على فصل أجسامها إلى مناطق رأس وذيل ثم تجديد النصف المفقود في كل من الكائنين الجديدين. شقائق النعمان البحرية (Cnidaria)، مثل أنواع من جنس Anthopleura (شكل 18.2)، ستنقسم على طول المحور الفموي-اللا فموي، وخيار البحر (Echinodermata) من جنس Holothuria، سينقسم إلى نصفين عبر المحور الفموي-اللا فموي ويُعيد تجديد النصف الآخر في كل فرد من الأفراد الناتجة.
التبرعم
يُعد التبرعم (budding) شكلاً من أشكال التكاثر اللاجنسي ينتج عن نمو جزء من الجسم يؤدي إلى انفصال "البرعم" عن الكائن الأصلي وتكوين فردين، أحدهما أصغر من الآخر. يحدث التبرعم بشكل شائع في بعض الحيوانات اللافقارية مثل الهيدرا والمرجان. في الهيدرا، يتكون برعم ينمو ليصبح كائنًا بالغًا وينفصل عن الجسم الرئيسي (شكل 18.3).
رابط للتعلم
شاهد هذا الفيديو لترى هيدرا تتبرعم.
التجزؤ
يُعد التجزؤ (fragmentation) هو تكسير الفرد إلى أجزاء يتبعه التجديد. إذا كان الحيوان قادرًا على التجزؤ، وكانت الأجزاء كبيرة بما يكفي، فسوف ينمو فرد منفصل من كل جزء. قد يحدث التجزؤ نتيجة لتلف عرضي، أو تلف من الحيوانات المفترسة، أو كشكل طبيعي من أشكال التكاثر. يُلاحظ التكاثر عن طريق التجزؤ في الإسفنج، وبعض اللاسعات، والديدان المفلطحة، وشوكيات الجلد، والحلقيات. في بعض نجوم البحر، يمكن تجديد فرد جديد من ذراع مكسورة وقطعة من القرص المركزي. نجم البحر هذا (شكل 18.4) في طور نمو نجم بحر كامل من ذراع تم قطعها. وقد عُرف عن عمال مصايد الأسماك محاولتهم قتل نجوم البحر التي تأكل محارهم أو أسرة المحار عن طريق قطعها إلى نصفين وإلقائها مرة أخرى في المحيط. لسوء حظ العمال، يمكن لكل من الجزأين أن يجدد نصفًا جديدًا، مما يؤدي إلى مضاعفة عدد نجوم البحر التي تفترس المحار والقواقع.
التوالد العذري
يُعد التوالد العذري (parthenogenesis) شكلاً من أشكال التكاثر اللاجنسي حيث تتطور البويضة إلى فرد دون إخصاب. يمكن أن يكون النسل الناتج أحادي الصيغة الصبغية أو ثنائي الصيغة الصبغية، اعتمادًا على العملية في النوع. يحدث التوالد العذري في اللافقاريات مثل براغيث الماء، والروتيفرات، وحشرات المن، والحشرات العصوية، والنمل، والدبابير، والنحل. يستخدم النمل والنحل والدبابير التوالد العذري لإنتاج ذكور أحادية الصيغة الصبغية (الذكور). أما الإناث ثنائية الصيغة الصبغية (العاملات والملكات) فهي ناتجة عن بويضة مخصبة.
تتكاثر بعض الحيوانات الفقارية - مثل بعض الزواحف والبرمائيات والأسماك - أيضًا عن طريق التوالد العذري. وقد لوحظ التوالد العذري في الأنواع التي فُصلت فيها الجنسان في حدائق الحيوان البرية أو البحرية. فقد أنتجت أنثيان من تنين كومودو، وقرش مطرقة، وقرش أسود الرأس صغارًا بالتوالد العذري عندما عُزلت الإناث عن الذكور. ومن المحتمل أن يكون التكاثر اللاجنسي الملاحظ قد حدث استجابة لظروف غير عادية، وأنه لا يحدث عادةً.
التكاثر الجنسي
التكاثر الجنسي هو دمج الخلايا التناسلية من فردين لتكوين نسل فريد وراثيًا. يمكن أن تختلف طبيعة الأفراد التي تنتج نوعي الأمشاج، فقد يكون لها جنسين منفصلين أو عدة أجناس في كل فرد. كما يمكن أن يختلف تحديد الجنس، وهو الآلية التي تحدد الجنس الذي يتطور إليه الفرد.
الخنوثة
تحدث الخنوثة (hermaphroditism) في الحيوانات التي يمتلك فيها الفرد الواحد كلاً من الجهازين التناسليين الذكري والأنثوي. غالبًا ما تكون اللافقاريات مثل ديدان الأرض، والبزاقات، والديدان الشريطية، والقواقع (شكل 18.5) خنثى. قد تقوم الخناثى بالتخصيب الذاتي، ولكنها عادة ما تتزاوج مع فرد آخر من نوعها، حيث يخصب كل منهما الآخر وينتجان كلاهما نسلاً. لدى العديد من الأنواع آليات محددة لمنع التخصيب الذاتي، لأنه شكل متطرف من التزاوج الداخلي وعادة ما ينتج نسلاً أقل لياقة. مصطلح "خنثى" ليس مصطلحًا مقبولًا للبشر، ولا يصف الاختلافات في تطورهم الجنسي. الأشخاص ثنائيو الجنس هم أولئك الذين تتطور لديهم السمات الجنسية أو التشريح التناسلي بشكل مختلف عن الطرق النموذجية لتطور البشر، ويمكن أن يشمل ذلك اختلافات هرمونية أو كروموسومية أو تشريحية.
تحديد الجنس
كانت العالمة الرائدة نيتي ستيفنز أول من لاحظت الاختلافات الكروموسومية بين الجنسين المختلفين للكائنات الحية. باستخدام المجهر لمراقبة خلايا دودة الوجبة، لاحظت أن كروموسومًا واحدًا كان مختلفًا بشكل ملحوظ بين الإناث والذكور، وخلصت إلى أن تلك الكروموسومات كانت المحدِّدات الأكثر احتمالًا لجنس الديدان. درست لاحقًا حشرات أخرى، وتأكدت اكتشافاتها من قبل علماء آخرين. (حُرمت ستيفنز في البداية من التقدير بسبب جنسها، لكن المنشورات اللاحقة اعترفت بدورها الحاسم.) يُحدد جنس الثدييات وراثيًا من خلال مجموعة كروموسومات X و Y. الأفراد متماثلو الزيجوت لـ X (XX) هم إناث، والأفراد متغايرو الزيجوت (XY) هم ذكور. في الثدييات، يؤدي وجود كروموسوم Y إلى تطور الخصائص الذكرية، ويؤدي غيابه إلى الخصائص الأنثوية. يوجد نظام XY أيضًا في بعض الحشرات والنباتات.
يعتمد تحديد الجنس (sex determination) في الطيور على مجموعة كروموسومات Z و W. ينتج عن متماثل الزيجوت لـ Z (ZZ) ذكر، وينتج عن متغاير الزيجوت (ZW) أنثى. لاحظ أن هذا النظام معاكس لنظام الثدييات لأن الأنثى في الطيور هي الجنس الذي يمتلك كروموسومات جنسية مختلفة. يبدو أن كروموسوم W ضروري في تحديد جنس الفرد، على غرار كروموسوم Y في الثدييات. تستخدم بعض الأسماك والقشريات والحشرات (مثل الفراشات والعث) والزواحف نظام ZW.
توجد أيضًا أنظمة أكثر تعقيدًا لتحديد الجنس الكروموسومي. على سبيل المثال، تمتلك بعض أسماك السيف ثلاثة كروموسومات جنسية في المجموعة السكانية.
لا يُحدد جنس بعض الأنواع الأخرى بواسطة الكروموسومات، بل بواسطة جانب معين من البيئة. يعتمد تحديد الجنس في التماسيح، وبعض السلاحف، والتواتارا، على سبيل المثال، على درجة الحرارة خلال الثلث الأوسط من تطور البيضة. يُشار إلى هذا باسم تحديد الجنس البيئي، أو بشكل أكثر تحديدًا، تحديد الجنس المعتمد على درجة الحرارة. في العديد من السلاحف، تنتج درجات الحرارة الباردة أثناء حضانة البيض ذكورًا، وتنتج درجات الحرارة الدافئة إناثًا، بينما في العديد من أنواع السلاحف الأخرى، يكون العكس هو الصحيح. في بعض التماسيح وبعض السلاحف، تنتج درجات الحرارة المعتدلة ذكورًا، وتنتج درجات الحرارة الدافئة والباردة إناثًا.
تُغير أفراد بعض الأنواع مجموعتها الكاملة من الأعضاء التناسلية خلال حياتها، فتتحول من جنس إلى آخر. إذا وُلد الفرد بنظام أعضاء مبيضية أولاً، يُطلق عليه اسم الأنوثة الأولية، وإذا وُلد بنظام أعضاء خصوية أولاً، يُطلق عليه اسم الذكورة الأولية. تُولد المحار بتركيب ذكري، وتنمو في الحجم، وتُغير أجزاء الجسم وتضع البيض. أسماك الرأس، وهي عائلة من أسماك الشعاب المرجانية، كلها خنثى متسلسلة. تعيش بعض هذه الأنواع في تجمعات منسقة بشكل وثيق مع ذكر مهيمن وعدد كبير من الإناث الأصغر. إذا مات الذكر، تزداد الأنثى في الحجم، وتُغير جنسها، وتصبح الذكر المهيمن الجديد.
الإخصاب
اندماج الحيوان المنوي والبويضة هو عملية تسمى الإخصاب. يمكن أن يحدث هذا إما داخل (الإخصاب الداخلي (internal fertilization)) أو خارج (الإخصاب الخارجي (external fertilization)) جسم الأنثى. يقدم البشر مثالاً على الأول، بينما تكاثر الضفادع مثال على الأخير.
الإخصاب الخارجي
يحدث الإخصاب الخارجي عادة في البيئات المائية حيث تُطلق كل من البويضات والحيوانات المنوية في الماء. بعد وصول الحيوان المنوي إلى البويضة، يحدث الإخصاب. تحدث معظم حالات الإخصاب الخارجي أثناء عملية وضع البيض حيث تُطلق أنثى واحدة أو عدة إناث بويضاتها ويُطلق الذكر (أو الذكور) الحيوانات المنوية في نفس المنطقة، وفي نفس الوقت. قد تُحفز عملية وضع البيض بإشارات بيئية، مثل درجة حرارة الماء أو طول فترة النهار. تضع جميع الأسماك تقريبًا بيضها، وكذلك القشريات (مثل السرطانات والروبيان)، والرخويات (مثل المحار)، والحبار، وشوكيات الجلد (مثل قنافذ البحر وخيار البحر). الضفادع، والمرجان، والحبار، والأخطبوطات تضع بيضها أيضًا (شكل 18.6).
الإخصاب الداخلي
يحدث الإخصاب الداخلي غالبًا في الحيوانات البرية، على الرغم من أن بعض الحيوانات المائية تستخدم هذه الطريقة أيضًا. قد يحدث الإخصاب الداخلي عن طريق إيداع الذكر الحيوانات المنوية مباشرة في الأنثى أثناء التزاوج. وقد يحدث أيضًا عن طريق إيداع الذكر الحيوانات المنوية في البيئة، عادة في تركيب واقٍ، تلتقطه الأنثى لإيداع الحيوانات المنوية في الجهاز التناسلي. هناك ثلاث طرق لإنتاج النسل بعد الإخصاب الداخلي. في البيوضية (oviparity)، تُوضع البويضات المخصبة خارج جسم الوالد وتتطور هناك، وتتلقى التغذية من المح (الصفار) الذي هو جزء من البيضة (شكل 18.7أ). يحدث هذا في بعض الأسماك العظمية، وبعض الزواحف، وعدد قليل من الأسماك الغضروفية، وبعض البرمائيات، وعدد قليل من الثدييات، وجميع الطيور. تُنتج معظم الزواحف غير الطيرية والحشرات بيضًا جلديًا، بينما تُنتج الطيور وبعض السلاحف بيضًا بتركيزات عالية من كربونات الكالسيوم في القشرة، مما يجعلها صلبة. بيض الدجاج مثال على القشرة الصلبة. بيض الثدييات التي تضع البيض مثل خلد الماء وقنفذ النمل جلدي.
في البيوضية الولودية (ovoviparity)، تُحتفظ البويضات المخصبة داخل الأنثى، ويحصل الجنين على تغذيته من مح البيضة. تُحتفظ البويضات في جسم الأنثى حتى تفقس داخل الجسم، أو تضع الأنثى البيض قبل الفقس مباشرة. تساعد هذه العملية على حماية البيض حتى يفقس. يحدث هذا في بعض الأسماك العظمية (مثل سمكة البلاتي Xiphophorus maculatus، شكل 18.7ب)، وبعض أسماك القرش، والسحالي، وبعض الثعابين (ثعبان الرباط Thamnophis sirtalis)، وبعض الأفاعي، وبعض الحيوانات اللافقارية (صرصور مدغشقر الهسيس Gromphadorhina portentosa).
في الولودية (viviparity) تُولد الصغار أحياء. تحصل على تغذيتها من الأنثى وتُولد في حالات متفاوتة من النضج. يحدث هذا في معظم الثدييات (شكل 18.7ج)، وبعض الأسماك الغضروفية، وعدد قليل من الزواحف.