Rozmnażanie (reprodukcja) to ogół procesów prowadzących do zwiększenia liczby osobników danego gatunku w celu zapewnienia jego ciągłości.

Z procesem rozmnażania nieodłącznie związane jest zjawisko wzrostu (polegające na zwiększeniu rozmiarów organizmu i masy jego ciała) oraz rozwoju (ontogenezy - wszelkie zmiany jakościowe prowadzące do zwiększenia złożoności budowy, funkcji i zróżnicowania organizmu)

CZYNNIKI MODULUJĄCE WZROST ORAZ ROZWÓJ ROŚLIN.

Rozmiary, kształt, sposób wzrostu czy nawet przebieg ontogenezy muszą przebiegać w sposób skoordynowany i niejednokrotnie są one cechą charakterystyczną dla poszczególnych gatunków. Czynniki modulujące wzrost i rozwój rośliny mogą być zawarte w jej kodzie genetycznym (endogenne) lub pochodzić ze środowiska zewnętrznego (egzogenne). Wśród czynników endogennych znajdują się syntetyzowane w małych ilościach fitohormony, a wśród nich:

  • auksyny - pobudzają wzrost wydłużeniowy komórek oraz pobudzają ich podziały, są odpowiedzialne za występowanie zjawiska dominacji wierzchołkowej (hamują zawiązywanie się pąków bocznych), stymulują rozwój korzeni przybyszowych, drewna i owoców. Wpływają na różnicowanie się płci u roślin (pobudzają rozwój zalążni, hamują rozwój pręcików). Miejscem ich syntezy są wierzchołki pędów i zawiązki owoców,
  • gibereliny - są syntetyzowane w kiełkujących nasionach, owocach oraz w korzeniach, pobudzają przyrost łodyg oraz ogonków liściowych, indukują powstawanie pąków bocznych, wpływają na przyrost powierzchni liści,
  • cytokiny - są syntetyzowane w korzeniach, zwiększają tempo podziałów komórkowych i stymulują wzrost objętościowy komórek, kiełkowanie nasion, mają wpływ na morfogenezę oraz opóźniają procesy starzenia,
  • kwas abscysynowy - hamuje wzrost i rozwój roślin, jesienią stymuluje wytwarzanie warstwy odcinającej u liści i przechodzenie pączków wierzchołkowych w stan spoczynku, a w warunkach suszy jego zwiększony poziom pobudza zamykanie aparatów szparkowych,
  • etylen - jest produkowany m. in. przez dojrzałe owoce, hamuje wzrost wydłużeniowy siewek, zwiększa tempo procesów starzenia się i dojrzewania tkanek (owoców, kwiatów, liści).

Trzy pierwsze możemy więc nazwać stymulatorami, a dwa kolejne inhibitorami wzrostu.

Do najistotniejszych czynników egzogennych należą:

  • temperatura - wpływa na metabolizm, aktywność enzymów, optimum rozwojowe dla roślin z naszej strefy klimatycznej mieści się w przedziale 20 - 30˚C,
  • światło - jest niezbędne do przebiegu fotosyntezy, ma wpływ na morfologię roślin,
  • woda i sole mineralne.

W ontogenezie roślin nasiennych można wyznaczyć kilka faz:

  • rozwój zarodkowy - od momentu zapłodnienia komórki jajowej, znajdującej się w bielmie pierwotnym (nagozalążkowe) lub w woreczku zalążkowym (okrytonasienne) do chwili wytworzenia nasion. Po zapłodnieniu komórki jajowej przez komórki plemnikowe (nagonasienne) lub jądra plemnikowe (okrytozalążkowe) powstaje zygota. Przechodzi podziały mitotyczne, w rezultacie których powstaje zarodek. Ma on zawiązek pędu, korzenia i jeden lub dwa liścienie. W tym samym czasie odbywa się rozwój nasienia, chroniącego zarodek. Uszkodzenie nasion pociąga za sobą zahamowanie powstawania owoców z zalążni (nagonasienne) lub zalążni i dna kwiatowego (okrytonasienne). Sytuacja, w której roślina wykształca owoce bez nasion nazywana jest partenokarpią i może być indukowana auksynami bądź giberelinami.
  • kiełkowanie nasion - rozpoczyna się po okresie spoczynku, mogącym trwać nawet kilka lat. Opisano okres spoczynku bezwzględnego i względnego. Pierwszy z nich jest rezultatem działania inhibitorów wzrostu oraz okryciem zalążka grubą, nieprzenikliwą dla wody i gazów łupiną nasienną. Drugi występuje w czasie niesprzyjających warunków środowiskowych m. in. niedostatecznej wilgotności podłoża, niedostatkiem tlenu i światła, niekorzystną temperaturą. Przy dostatecznej ilości wody w otoczeniu nasiona zaczynają pęcznieć, zarodek wykorzystuje zawarte w bielmie bądź liścieniach substancje odżywcze i zaczyna rosnąć. Po uzyskaniu wystarczających rozmiarów rozrywa okrywę nasienną. Przez powstałą szczelinę w pierwszej kolejności wydostaje się przez nią korzeń, następnie pęd. W liścieniach i liściach rozpoczyna się synteza chlorofilu tak aby siewka mogła stać się samożywną rośliną.
  • rozwój wegetatywny - to czas od początkowych etapów wzrostu siewki do chwili wytworzenie paków kwiatowych. W tym czasie następuje wzrost wydłużeniowy oraz różnicowanie morfologiczne i anatomiczne rośliny.
  • rozwój generatywny - to okres reprodukcji. Na wejście rośliny w tę fazę rozwoju ma wpływ szereg czynników np.:
  1. fitohormony (auksyny, gibereliny),
  2. temperatura (termoperiodyzm) - w przypadku części roślin czynnikiem koniecznym do wytworzenia kwiatów jest poddanie ich działaniu niskich temperatur (2 10˚C) czyli tzw. jaryzacja. Z sytuacją taką mamy do czynienia w przypadku sałaty, zbóż ozimych, rzodkiewki,
  3. światło (fotoperiodyzm) - część roślin jest wrażliwych na stosunek długości dnia do nocy. Ze względu na tę cechę rozróżnia się rośliny dnia długiego, czyli takie które wytwarzają pąki kwiatowe jeśli czas ich oświetlenia w ciągu doby jest dłuższy niż pewien okres krytyczny (zwykle 11 - 15,5h). Rośliny dnia krótkiego wymagają krótszego czasu naświetlania do wytwarzanie pąków (w granicach 8 - 15h). Roślinami dnia długiego są np.: groch, koniczyna, zboża, natomiast do roślin dnia krótkiego należą: dalie, astry, złocienie. Jeśli długość dnia i nocy nie ma wpływu na to czy roślina wchodzi w fazę rozwoju generatywnego czy nie, zalicza się ją do grupy roślin neutralnych czyli fotoperiodycznie obojętnych (słonecznik, pomidor).
  • okres starzenia się i obumierania - właściwy dla niego jest spowolniony wzrost, zamieranie i opadanie liści (bez względu na porę roku), przewaga procesów katabolicznych nad anabolicznymi. Może być przyspieszony pod wpływem niekorzystnych warunków środowiska.

U większości zwierząt rozmnażanie odbywa się w stosunkowo krótkich przedziałach czasowych w ciągu roku. W tej sytuacji warunkiem niezbędnym aby doszło do zapłodnienia jest zsynchronizowanie wytwarzania gamet.

Gamety żeńskie powstają w procesie oogenezy. Rozpoczyna się ona we wczesnym etapie rozwoju zarodkowego, w chwili kiedy komórki prapłciowe, znajdujące się w zaczątkowych jajnikach żeńskiego zarodka, wchodzą w stadium oogonium. W oogoniach zachodzi replikacja DNA, a następnie rozpoczyna się podział mitotyczny. Pod koniec embriogenezy (u ludzi około 7 miesiąca), powstałe z oogoniów oocyty I rzędu wchodzą w stan spoczynku, który kończy się wraz z początkiem okresy dojrzewania organizmu. Od tego czasu sukcesywnie przechodzą podziały mejotyczne, przy czym ostatnie z nich około 45 roku życia kobiety. Następstwem pierwszego podziału mejotycznego jest powstanie oocytu II rzędu oraz ciałka kierunkowego. Część z tych oocytów wchodzi w kolejną mejozę, podlega owulacji, po której trafia do jajowodu gdzie II mejoza dobiega końca. Powstała komórka jajowa może zostać zapłodniona. Drugi podział mejotyczny jest samoistnie blokowany w II metafazie, a jeśli nie dojdzie do zapłodnienia proces ten może się zakończyć.

Procesem w którym są tworzone gamety męskie (plemniki) jest spermatogeneza. Zaczyna się ona w kanalikach nasiennych dojrzałych płciowo samców od wielokrotnych podziałów mitotycznych spermatogoniów. Powstające komórki potomne pozostają złączone mostkami cytoplazmatycznymi, tworząc tzw. syncytium. Stanowią one spermatocytami I rzędu. W ich jądrach komórkowych zachodzi pierwszy podział mejotyczny, którego rezultatem jest powstanie spermatocytów II rzędu, a następnie drugi podział mejotyczny i powstają spermatydy (nadal złączone w syncytium). Przechodzą one proces dojrzewania tzw. spermiogenezę i różnicują się w plemniki (spermatozoidy).

Podobnie jak u roślin również u zwierząt w ontogenezie można wyodrębnić kilka etapów, a mianowicie:

  • rozwój zarodkowy - rozpoczyna się w chwili powstania zygoty. Aby do tego doszło musi nastąpić zapłodnienie, poprzedzone złożeniem męskich komórek rozrodczych w sąsiedztwie komórki jajowej. Plemniki po dotarciu do gamety żeńskiej przylegają do niej i próbują przeniknąć do jej wnętrza. Jest to możliwe dzięki enzymom litycznym znajdującym się w akrosomach - strukturach zlokalizowanych na główkach plemników. Po sforsowaniu osłon chroniących ootydę (jajo), następuje zespolenie jąder komórkowych obu gamet i połączenie chromosomów rodziców w pary homologiczne. Zygota szybko wchodzi w cykl podziałów mitotycznych zwanych bruzdkowaniem, rezultatem których jest powstanie zbitej masy komórek - moruli lub jednowarstwowego pęcherzyka - blastuli. Wnętrze blastuli stanowi blastocel czyli pierwotna jama ciała. Późniejsze przemiany blastuli (tzw. gastrulacja), prowadzą do powstania gastruli. Jest to zarodek dwu - lub (jak w przypadku zwierząt stojących na wyższym szczeblu rozwojowym niż jamochłony)trójwarstwowy. Warstwy komórek budujących gastrulę nazwano listkami zarodkowymi. Zewnętrzny to ektoderma - rozwijają się z niej układ nerwowy, komórki zmysłowe, narządy zmysłów, częściowo opony mózgowo-rdzeniowe, naskórek wraz ze swoim wytworami, nabłonek ucha wewnętrznego, nosa, ust, odbytu, częściowo szkliwo zębowe, gruczoły potowe i mleczne. Wewnętrzna warstwa komórek to endoderma. Wykształcają się z niej: jama gębowa, ślinianki, układ oddechowy, tarczyca, przytarczyce, grasica, gruczoł krokowy, dolna część pochwy. Z środkowej warstwy komórek czyli mezodermy powstają: struna grzbietowa, skóra właściwa, krew, tkanka łączna, mięśnie, kości, chrząstki, częściowo układ rozrodczy. W trakcie późniejszych etapów rozwoju zarodkowego zachodzą zmiany zależne do zjawiska indukcji embrionalnej. Polega ono na oddziaływaniu, na sposób chemiczny, jednych grup komórek na inne, znajdujące się w ich bezpośrednim sąsiedztwie. Po osiągnięciu etapu rozwoju zaindukowanego określonym bodźcem, następuje przejście do kolejnego.
  • rozwój pozazarodkowy - to czas od momentu urodzenia lub wyklucia do chwili śmierci. W jego trakcie narządy i układy narządów są ostatecznie kształtowane, odnotowuje się przyrost masy ciała, zachodzą procesy prowadzące do osiągnięcia dojrzałości płciowej i wejście w okres reprodukcyjny. W przypadku zwierząt bezkręgowych wydanie na świat potomstwa jest równoznaczne z nasileniem procesów degeneracyjnych prowadzących do śmierci osobnika.

Na układ rozrodczy żeński składają się narządy rozrodcze: wewnętrzne (jajniki, jajowody, macica i pochwa) oraz zewnętrzne czyli srom (wargi sromowe większe i mniejsze, łechtaczka, gruczoły przedsionkowe).

Jajniki pełnią funkcję żeńskich gruczołów rozrodczych. Na ich przekroju poprzecznym widać dwie warstwy - wewnętrzną, rdzeniową bogato ukrwioną i zewnętrzną tzw. korową, w której znajdują się pęcherzyki jajnikowe. Z pęcherzyków wydostają się w 28 dniowym cyklu, na przemian z lewego i prawego jajnika, komórki jajowe. Jajowody mają długość około 12 cm, rozpoczynają się tzw. lejkiem obejmującym część jajowodu i okrytym strzępiastym fałdem. Lejek wychwytuje komórki jajowe wydostające się z jajników. To w ich obrębie odbywa się proces zapłodnienia.

Macica jest narządem leżącym w dolnym rejonie jamy brzusznej. Ma kształt trójkąta o wierzchołku zwróconym do dołu. Jej cechą charakterystyczną jest dobrze wykształcona warstwa mięśniowa, od wewnątrz pokryta śluzówką.

Pochwa spełnia funkcje narządu kopulacyjnego oraz kanału rodnego, przez który podczas porodu płód wydostaje się na zewnątrz.

Na układ rozrodczy męski składają się: jądra, najądrza, nasieniowody, pęcherzyki nasienne, przewodu wytryskowe, gruczoł krokowy, gruczoły opuszkowo-cewkowe (narządy wewnętrzne) oraz prącie i moszna (narządy zewnętrzne).

Jądra spełniają funkcję gruczołów płciowych męskich. W niedługim czasie przed końcem rozwoju zarodkowego schodzą do moszny czyli spełniającego funkcje ochronne, skórnego worka powstałego w wyniku uwypuklenia przednich rejonów jamy brzusznej. W jądrach, a właściwie we wnętrzu wypełniających je kanalików nasiennych produkowane są plemniki. Są one magazynowane w najądrzach, leżących na powierzchni jąder.

Z najądrzy wychodzą nasieniowody. Stanowią one kanały o długości około 50 cm, w obrębie których plemniki transportowane są do przewodu wytryskowego, a następnie do cewki moczowej.

Uwypuklenia przewodu wytryskowego to pęcherzyki nasienne, produkujące substancje odżywcze i pobudzające męskie komórki rozrodcze do ruchu.

Przewód wytryskowy wraz z cewką moczową przechodzi przez przednią część gruczołu krokowego (prostaty). Produkuje on m.in. sperminę- białko nadające nasieniu specyficzny zapach.

Narządem kopulacyjnym męskim jest prącie. Budują je dwa ciała jamiste (w czasie podniecenia wypełniające się krwią tętniczą) i pojedynczego ciało gąbczaste, przez które przechodzi cewka moczowa.

ETAPY ROZWOJU ZARODKOWEGO U LUDZI.

CZAS

FAZA ROZWOJU, ZMIANY W BUDOWIE I WYGLĄDZIE

5- 9 dni

Jajo trafia do macicy i rozpoczyna się proces wszczepienia blastocysty do ściany macicy.

Faza jaja płodowego

12 dni

Rozpoczyna się proces tworzenia błon płodowych.

4 - 8 tygodni

Następuje zróżnicowanie się komórek w tkanki i powstanie zawiązków pierwszych narządów.

4 tydzień

Pojawiają się zawiązki kończyn, nerek, serce zaczyna pracować, a jego przedsionki rozdzielają się. Z przedniej części cewki jelitowej tworzą się zawiązki tchawicy i płuc, a z dalszej zawiązki wątroby i trzustki. W części głowowej pojawiają się zawiązki oczu i uszu oraz powstają trzy pierwotne pęcherzyki mózgowe: przodomózgowie, śródmózgowie i tyłomózgowie. Z mezodermalnych somitów różnicują się sklerotom, miotom i dermatotom. Tworzy się łożysko.

Faza rozwoju zarodkowego.

5 tydzień

Zarysowuje się twarz. Pojawiają się dłonie i stopy. Tworzą się płaty płuc. Zaczynają powstawać przegrody poprzeczne w sercu. Pojawia się tkanka chrzęstna i mięśniowa oraz zawiązki zewnętrznych i wewnętrznych narządów rozrodczych. Z trzech pęcherzyków pierwotnych powstaje pięć pęcherzyków mózgowych.

6 tydzień

Serce jest całkowicie wykształconym narządem. Zanika przewód żółtkowo-jelitowy. Tkanka łączna rozpoczyna kostnienie.

7-8 tydzień

Głowa znacznie zwiększa swoje rozmiary. Powstają przewody nosa i zawiązki uszu zewnętrznych. Oczy przesuwają się ku przodowi. Palce kończyn oddzielają się od siebie. Rozpoczyna się kostnienie chrząstki, prowadzące do powstania kości długich. Pojawiają się pierwsze ruch mięśni szkieletowych.

9 tydzień

Łożysko jest dobrze rozwinięte.

Faza rozwoju płodowego.

12 tydzień

Pojawia się meszek płodowy (lanugo). Zaczynają pracować nerki. Zewnętrzne narządy płciowe są zróżnicowane w sposób charakterystyczny dla każdej z płci. Pojawiają się zawiązki paznokci.

16 tydzień

Twarz nabiera typowo ludzkiego wyglądu.

19 -20 tygodni

Na głowie pojawiają się włosy. Bicie serca jest słyszalne. Matka czuje ruchy płodu.

24 tydzień

Zrośnięte dotąd powieki otwierają się. Pojawiają się brwi i rzęsy.

32 tydzień

Z twarzy znika lanugo.

40 tydzień

Meszek płodowy zanika z ciała, płód jest całkowicie rozwinięty.