reproduksi seksual adalah perkalian dari individu dari dua orang tua yang berbeda jenis kelamin: laki-laki dan perempuan – kecuali ketika mengacu pada reproduksi seksual pada bakteri atau protozoa, di mana ada adalah ada perbedaan jenis kelamin. Ini adalah proses yang tersebar luas dalam organisme eukariotik .
Setiap individu yang berpartisipasi dalam reproduksi seksual menghasilkan jenis sel garis germinal khusus: sperma dan telur. Ini disebabkan oleh jenis pembelahan sel khusus, yang disebut meiosis . Peristiwa ini adalah perbedaan penting antara reproduksi aseksual dan seksual.
Sumber: Oleh Manojiritty [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], dari Wikimedia Commons
Prosesnya dimulai dengan penyatuan dua gamet yang menghasilkan zigot. Kemudian, zigot memunculkan individu baru dengan karakteristik kedua orang tuanya dan dengan karakteristik unik tertentu.
Karena proses di mana-mana, kita menyimpulkan bahwa reproduksi seksual memerlukan serangkaian keunggulan dibandingkan reproduksi aseksual. Namun, kemungkinan kerugian reproduksi seksual lebih terlihat: waktu dan energi yang diinvestasikan dalam mencari pasangan, persaingan untuk betina, biaya produksi gamet yang tidak dibuahi, antara lain.
Biaya tampaknya sangat tinggi, sehingga mereka harus memiliki keuntungan besar untuk membantu mengimbanginya. Manfaat reproduksi seksual telah menjadi bahan kontroversi dan perdebatan di antara ahli biologi evolusioner.
Satu hipotesis menunjukkan bahwa reproduksi seksual bermanfaat karena menghasilkan varietas yang, pada saat perubahan lingkungan, dapat bermanfaat bagi spesies. Faktanya, produksi variabilitas genetik adalah salah satu keuntungan yang dikaitkan dengan jenis kelamin.
Di sisi lain, beberapa peneliti mengusulkan bahwa reproduksi seksual, khususnya rekombinasi, telah dipilih sebagai mekanisme perbaikan DNA . Namun, prevalensi seks, terlepas dari biayanya, masih belum diketahui.
Indeks artikel
Karakteristik umum
Seks adalah fenomena kompleks yang sangat bervariasi di antara taksa eukariotik. Secara umum, kita dapat memahaminya sebagai proses yang melibatkan tiga langkah: peleburan dua inti haploid, fenomena rekombinasi yang menghasilkan genotipe baru, dan pembelahan sel diploid untuk membentuk inti haploid.
Dari sudut pandang ini, jenis kelamin pada eukariota tergantung pada siklus hidup, di mana sel diploid harus membelah secara meiosis. Proses pembelahan meiosis ini bertanggung jawab untuk mendistribusikan materi genetik gamet masa depan.
Meiosis bertujuan untuk memisahkan kromosom homolog, sedemikian rupa sehingga setiap gamet memiliki setengah dari kromosom somatik. Selain mengurangi beban genetik, dalam meiosis pertukaran materi antara kromatid non-saudara juga terjadi, menghasilkan kombinasi yang benar-benar baru.
Gamet
Gamet adalah sel kelamin organisme yang dihasilkan oleh meiosis dan mengandung setengah dari beban genetik, yaitu haploid.
Gamet bervariasi pada tumbuhan dan hewan, dan diklasifikasikan ke dalam tiga kategori mendasar tergantung pada ukuran dan mobilitas relatifnya: isogami, anisogami, dan oogami.
Isogami adalah bentuk reproduksi seksual di mana gamet yang menyatu untuk menghasilkan individu baru identik dalam ukuran, mobilitas, dan struktur. Isogami diwakili terutama pada tanaman.
Sebaliknya, anisogami terdiri dari penyatuan dua gamet yang berbeda dalam ukuran dan struktur. Salah satu jenis anisogami tertentu adalah oogami, di mana gamet jantan berukuran relatif kecil dan jumlahnya melimpah. Yang betina jauh lebih mencolok dan diproduksi dalam jumlah yang lebih kecil.
Reproduksi seksual pada hewan
Di kingdom hewan, reproduksi seksual adalah fenomena yang tersebar luas di antara anggota kelompok.
Hampir semua invertebrata dan vertebrata memiliki jenis kelamin dalam organisme yang terpisah – yaitu, kita dapat membedakan individu jantan dan betina dalam suatu spesies. Kondisi ini disebut dioecious, istilah yang berasal dari akar kata Yunani “dua rumah”.
Sebaliknya, ada spesies tertentu yang jumlahnya lebih sedikit yang jenis kelaminnya ada pada individu yang sama yang disebut berumah satu: “sebuah rumah”. Hewan ini juga dikenal sebagai hermaprodit.
Perbedaan antara jenis kelamin tidak diberikan oleh karakteristik morfologi ukuran atau warna, tetapi oleh jenis gamet yang dihasilkan setiap jenis kelamin.
Betina menghasilkan ovula, ditandai dengan ukurannya yang besar dan imobilitasnya. Sperma, di sisi lain, diproduksi oleh laki-laki dalam jumlah yang lebih besar, mereka jauh lebih kecil dan memiliki struktur khusus untuk bergerak dan membuahi sel telur.
Selanjutnya akan kita uraikan ciri-ciri organ seksual hewan dan selanjutnya kita akan merinci proses reproduksi pada masing-masing kelompok hewan.
Struktur yang terkait dengan reproduksi
Sel-sel khusus untuk reproduksi seksual – telur dan sperma – diproduksi di jaringan tertentu yang disebut gonad.
Pada pria, testis bertanggung jawab untuk produksi sperma, sedangkan gamet wanita terbentuk di ovarium.
Gonad dianggap sebagai organ seksual utama. Organ seksual aksesori hadir dalam kelompok penting metazoa yang bertanggung jawab untuk menerima dan mentransfer telur dan sperma. Pada wanita kita menemukan vagina, tuba uterina atau tuba falopi dan rahim, sedangkan pada pria terdapat penis.
Berliang renik
Porifera umumnya dikenal sebagai spons dan dapat bereproduksi baik secara seksual maupun aseksual. Pada sebagian besar spesies, produksi gamet jantan dan betina terjadi pada satu individu.
Choanocytes adalah jenis sel tertentu dari garis keturunan ini, yang dapat berubah menjadi sperma. Dalam kelompok lain, gamet mungkin berasal dari arkeosit.
Banyak spesies vivipar, yang menunjukkan bahwa setelah fenomena pembuahan, zigot dipertahankan oleh organisme induk sampai pelepasan larva terjadi. Pada spesies ini sperma dilepaskan ke dalam air dan diambil oleh spons lain.
Cnidaria
Cnidaria adalah organisme laut yang meliputi ubur-ubur dan sejenisnya. Hewan ini memiliki dua morfologi: yang pertama adalah polip dan bercirikan gaya hidup sessile, sedangkan yang kedua adalah ubur-ubur yang mampu bergerak dan mengapung.
Polip umumnya bereproduksi secara aseksual dengan proses tunas atau pembelahan. Ubur-ubur itu dioecious dan bereproduksi secara seksual. Siklus hidup dalam kelompok ini sangat bervariasi.
Acelomorph dan cacing pipih
Cacing pipih, seperti planaria, dikenal terutama karena kemampuannya untuk beregenerasi dan menghasilkan banyak klon secara aseksual dari satu individu.
Sebagian besar hewan vermiform ini berumah satu. Namun, mereka mencari pasangan untuk melakukan fertilisasi silang.
Sistem reproduksi pria mencakup beberapa testis dan struktur seperti papila yang mirip dengan penis vertebrata kompleks.
Moluska dan Annelida
Kebanyakan moluska dioecious dan reproduksi mereka menimbulkan larva berenang bebas yang disebut trocófera (sangat mirip dengan larva yang ada di annelida) dan bervariasi sesuai dengan spesies moluska.
Demikian pula, Annelida memiliki jenis kelamin yang terpisah dan di beberapa mereka memiliki gonad yang muncul sementara.
Arthropoda
Arthropoda adalah kelompok hewan yang sangat beragam, dicirikan oleh kerangka luar yang terdiri dari kitin dan pelengkap bersendi. Garis keturunan ini termasuk myriapoda, chelicerates, krustasea, dan heksapoda.
Jenis kelamin umumnya terpisah, organ-organ khusus dalam reproduksi muncul berpasangan. Sebagian besar spesies memiliki fertilisasi internal. Mereka bisa ovipar , ovovivipar, atau vivipar .
Echinodermata
Echinodermata termasuk bintang laut, teripang, bulu babi, dan sejenisnya. Meskipun ada beberapa spesies hermaprodit, sebagian besar ditandai dengan memiliki jenis kelamin yang terpisah. Gonad adalah struktur besar, salurannya sederhana, dan tidak ada organ sanggama yang rumit.
Fertilisasi terjadi secara eksternal dan larva bilateral berkembang yang dapat bergerak bebas di badan air. Beberapa spesies memiliki perkembangan langsung.
Chordata
Sebagian besar jenis kelamin terpisah. Dalam kelompok ini kita menemukan organ yang lebih kompleks untuk reproduksi. Setiap jenis kelamin memiliki gonad dengan saluran yang mengarahkan produknya ke kloaka atau ke lubang khusus yang terletak di dekat anus. Tergantung pada kelompoknya, pembuahan dapat terjadi secara eksternal atau internal.
Partenogenesis pada hewan
Partenogenesis adalah fenomena yang terwakili secara luas di kingdom hewan, terutama pada invertebrata dan beberapa vertebrata, yang memungkinkan generasi individu baru dengan satu orang tua. Meskipun merupakan bentuk reproduksi aseksual, jenis partenogenesis tertentu dianggap sebagai jenis reproduksi seksual.
Dalam partenogenesis meiosis, sel telur dibentuk oleh meiosis dan mungkin atau mungkin tidak dibuahi oleh sperma dari laki-laki.
Dalam beberapa kasus, bakal biji harus diaktifkan oleh gamet kelamin jantan. Dalam hal ini, tidak ada peleburan kedua inti, karena materi genetik dari sperma dibuang.
Namun, pada beberapa spesies ovum dapat berkembang secara spontan tanpa memerlukan proses aktivasi.
Reproduksi seksual pada tumbuhan
Analog dengan kasus hewan, tumbuhan dapat mengalami reproduksi seksual. Ini terdiri dari penyatuan dua gamet haploid yang akan memunculkan individu baru dengan karakteristik genetik yang unik.
Tumbuhan dapat memiliki organ jantan dan betina dalam satu individu atau dapat dipisahkan. Dalam mentimun dan susu, jenis kelamin dipisahkan, sedangkan pada mawar dan petunia, jenis kelamin bersama.
Bunga
Organ yang bertanggung jawab atas proses reproduksi seksual adalah bunga. Struktur khusus ini memiliki daerah yang tidak berpartisipasi secara langsung dalam reproduksi: kelopak dan mahkota , dan struktur yang aktif secara seksual: androecium dan ginesium.
Androecium adalah organ reproduksi pria yang terdiri dari benang sari, yang pada gilirannya dibagi menjadi filamen dan kepala sari. Wilayah terakhir ini bertanggung jawab untuk produksi butiran serbuk sari.
Gynoecium adalah organ bunga betina dan terdiri dari unit yang disebut karpel. Strukturnya mirip dengan “penurunan” memanjang dan dibagi menjadi stigma, gaya dan akhirnya ovarium.
Penyerbukan
Proses reproduksi seksual pada tumbuhan terjadi terutama melalui penyerbukan, yang terdiri dari pengangkutan butiran serbuk sari dari antera ke stigma.
Penyerbukan dapat terjadi pada bunga yang sama (butir polen menuju ke organ betina dari tanaman yang sama) atau dapat juga disilangkan, dimana butir polen membuahi individu yang berbeda.
Pada sebagian besar tumbuhan, intervensi hewan diperlukan untuk melakukan penyerbukan. Ini bisa berupa invertebrata, seperti lebah atau serangga lain, atau vertebrata seperti burung dan kelelawar. Tanaman menawarkan penyerbuk nektar sebagai hadiah dan mereka bertugas menyebarkan serbuk sari.
Struktur bunga yang tidak berpartisipasi langsung dalam reproduksi adalah mahkota dan kelopak. Ini merupakan daun yang dimodifikasi, dalam banyak kasus dengan warna cerah dan cerah, yang bertanggung jawab untuk menarik secara visual atau kimia penyerbuk potensial.
Demikian juga, beberapa tanaman tidak memerlukan penyerbuk hewan dan menggunakan angin atau air untuk menyebarkan serbuk sari.
Pemupukan, biji dan buah
Prosesnya dimulai dengan datangnya serbuk sari ke kepala putik bunga. Ini perjalanan melalui gaya sampai mereka menemukan ovarium.
Pemupukan ganda adalah tipikal tanaman berbunga dan unik di antara semua organisme. Fenomena tersebut terjadi sebagai berikut: inti sperma bersatu dengan ovum dan inti sperma lainnya menyatu menjadi embrio diploid dari sporofit.
Hasil dari peristiwa pembuahan yang tidak biasa ini adalah endosperma trioploid yang akan bertindak sebagai jaringan nutrisi untuk perkembangan organisme. Setelah pematangan sukses ovula terjadi, mereka berubah menjadi biji. Buah, di sisi lain, dibentuk oleh ovarium yang matang.
Buah dapat digolongkan sederhana jika berasal dari ovarium yang matang dan ditambah jika berkembang dari beberapa ovarium, seperti stroberi, misalnya.
Reproduksi seksual pada bakteri
Bakteri terutama dikenal karena kemampuannya untuk bereproduksi secara aseksual.
Dalam garis keturunan prokariotik ini, seorang individu mampu membelah menjadi dua melalui proses yang disebut pembelahan biner. Namun, ada serangkaian mekanisme pada bakteri yang mengingatkan pada reproduksi seksual karena ada pertukaran materi genetik.
Sampai pertengahan 1940-an, diperkirakan bahwa bakteri bereproduksi secara eksklusif secara aseksual. Namun, peneliti Joshua Lederberg dan Edward Tatum membantah kepercayaan itu melalui eksperimen cerdik menggunakan bakteri E. coli dengan persyaratan diet berbeda sebagai caral .
Percobaan terdiri dari galur A yang tumbuh di media minimal dengan metionin dan biotin, dan galur B yang hanya tumbuh di lingkungan dengan treonin, leusin dan tiamin. Dengan kata lain, setiap galur membawa mutasi yang mencegahnya mensintesis senyawa tersebut, oleh karena itu harus disintesis dalam media kultur.
Ketika koloni bersentuhan selama beberapa jam, individu memperoleh kemampuan untuk mensintesis nutrisi yang sebelumnya tidak dapat mereka lakukan. Dengan demikian, Lederberg dan Tatum menunjukkan bahwa ada proses pertukaran DNA yang mirip dengan reproduksi seksual dan disebut konjugasi.
Konjugasi
Proses konjugasi terjadi melalui struktur seperti jembatan, yang disebut pili seksual, yang secara fisik mengikat dua bakteri dan memungkinkan mereka untuk bertukar DNA .
Karena bakteri tidak memiliki dimorfisme seksual, kita tidak dapat membicarakan jantan dan betina. Namun, hanya satu jenis yang dapat menghasilkan pili, dan mereka memiliki fragmen DNA khusus yang disebut faktor F, untuk “kesuburan”. Faktor F memiliki gen untuk produksi pili.
DNA yang terlibat dalam pertukaran bukanlah bagian dari kromosom bakteri tunggal. Sebaliknya itu adalah bagian melingkar terisolasi yang disebut plasmid, yang memiliki sistem replikasi sendiri.
Transformasi
Selain konjugasi, ada proses lain di mana bakteri dapat memperoleh DNA ekstra dan ditandai dengan lebih sederhana daripada konjugasi. Salah satunya adalah transformasi, yang terdiri dari pengambilan DNA telanjang dari lingkungan eksternal. Fragmen DNA eksogen ini dapat diintegrasikan ke dalam kromosom bakteri.
Mekanisme transformasi masuk ke dalam konsep reproduksi seksual. Meskipun bakteri mengambil DNA bebas, materi genetik ini harus berasal dari organisme lain – misalnya bakteri yang mati dan melepaskan DNA-nya ke lingkungan.
Transduksi
Mekanisme ketiga dan terakhir yang diketahui pada bakteri untuk mendapatkan DNA asing adalah transduksi. Ini menyiratkan partisipasi virus yang menginfeksi bakteri: bakteriofag.
Dalam transduksi, virus mengambil sebagian DNA bakteri dan ketika menginfeksi bakteri, perbedaan dapat meneruskan fragmen ini ke dalamnya. Beberapa penulis menggunakan istilah “peristiwa paraseksual” untuk merujuk pada ketiga mekanisme ini.
Perspektif evolusi
Reproduksi seksual di mana-mana dalam organisme adalah fakta yang luar biasa. Oleh karena itu, salah satu pertanyaan terbesar dalam biologi evolusioner adalah mengapa seks tersebar di begitu banyak garis keturunan jika itu adalah aktivitas yang sangat mahal – dan dalam beberapa kasus bahkan berbahaya.
Diduga bahwa kekuatan selektif yang berasal dari reproduksi seksual pada eukariota adalah sama yang mempertahankan proses paraseksual yang dijelaskan untuk bakteri.
Biaya seks
Dalam terang evolusi, istilah “sukses” mengacu pada kemampuan individu untuk mewariskan gen mereka ke generasi berikutnya. Paradoksnya, seks adalah proses yang tidak sepenuhnya memenuhi definisi ini, karena serangkaian biaya yang terkait dengan reproduksi.
Reproduksi seksual melibatkan menemukan pasangan dan dalam banyak kasus tugas ini tidak sepele. Sejumlah besar waktu dan energi harus diinvestasikan dalam upaya ini yang akan menentukan keberhasilan keturunan – dalam hal menemukan “pasangan yang ideal”.
Hewan-hewan menampilkan serangkaian ritual untuk merayu calon pasangan mereka dan dalam beberapa kasus mereka harus berjuang untuk mengekspos hidup mereka sendiri untuk mencapai sanggama.
Bahkan pada tingkat sel, seks itu mahal, karena pembelahan meiosis memakan waktu lebih lama daripada mitosis . Jadi mengapa sebagian besar eukariota bereproduksi secara seksual?
Ada dua teori dasar. Satu terkait dengan fusi sel sebagai mekanisme transmisi horizontal unsur genetik “egois” sementara teori kedua mengusulkan rekombinasi sebagai mekanisme perbaikan DNA. Di bawah ini kita akan menjelaskan pro dan kontra dari masing-masing teori:
Manfaat seks
Untuk menjawab pertanyaan ini kita harus fokus pada kemungkinan manfaat reproduksi seksual pada eukariota awal.
Fusi gamet untuk membentuk zigot mengarah pada kombinasi dua genom berbeda yang mampu mengkompensasi kemungkinan gen cacat dari satu genom dengan salinan normal dari yang lain.
Pada manusia, misalnya, kita mewarisi satu salinan dari setiap orang tua. Jika kita mewarisi gen yang cacat dari ibu kita, gen normal dari ayah kita dapat mengkompensasinya (dalam kasus di mana patologi atau penyakit hanya muncul sebagai resesif homozigot).
Teori kedua – tidak seintuitif yang pertama – mengusulkan bahwa meiosis bertindak sebagai mekanisme perbaikan dalam DNA. Kerusakan materi genetik adalah masalah yang harus dihadapi semua organisme. Namun, ada organisme yang hanya bereproduksi secara aseksual dan DNA mereka tidak terlalu rusak.
Hipotesis lain menyatakan bahwa seks mungkin telah berevolusi sebagai adaptasi parasit antara unsur genetik yang egois, untuk dapat mendistribusikan dirinya ke garis keturunan genetik lainnya. Mekanisme serupa telah dibuktikan pada E. coli.
Meskipun ada penjelasan yang mungkin, evolusi seks adalah subyek perdebatan sengit di antara ahli biologi evolusioner.
Seleksi seksual
Seleksi seksual adalah konsep yang diperkenalkan oleh Charles Darwin yang hanya berlaku untuk populasi yang bereproduksi secara seksual. Ini digunakan untuk menjelaskan keberadaan perilaku, struktur, dan atribut lain yang keberadaannya tidak dapat dipahami oleh seleksi alam.
Misalnya, bulu burung merak yang sangat berwarna dan agak “berlebihan” tidak memberikan manfaat langsung bagi individu, karena membuatnya lebih terlihat oleh pemangsa potensial. Selain itu, hanya ada pada pria.
Referensi
- Colegrave, N. (2012). Keberhasilan evolusioner seks: Science & Society Series on Sex and Science. Laporan EMBO , 13 (9), 774-778.
- Gagak, JF (1994). Keuntungan reproduksi seksual. Genetika perkembangan , 15 (3), 205-213.
- Freeman, S., & Herron, JC (2002). Analisis evolusi. Aula Prentice.
- Cukup baik, U., & Heitman, J. (2014). Asal Usul Reproduksi Seksual Eukariotik. Perspektif Pelabuhan Mata Air Dingin dalam Biologi , 6 (3), a016154.
- Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC, & Garrison, C. (2001). Prinsip terintegrasi zoologi . New York: McGraw-Hill.
- Leonard, J., & Córdoba-Aguilar, A. (Eds.). (2010). Evolusi karakter seksual primer pada hewan . Pers Universitas Oxford.
- Sawada, H., Inoue, N., & Iwano, M. (2014). Reproduksi seksual pada hewan dan tumbuhan . Springer-Verlag GmbH.