Organismide paljunemine ja areng (3)

Organismide paljunemine ja areng

Kõigi liikide isendid paljunevad kas sugulisel või mittesugulisel teel. Paljunemine on oluline eelkõige liigi ja selle populatsioonide säilimise seisukohalt.

Suguline paljunemine

Sugulisel paljunemisel saab uus organism enamasti alguse viljastunud munarakust. Viljastumisel ühninevad sugurakud võivad pärineda ühelt (iseviljastumine) või kahelt vane- malt (ristviljastumine). Viimasel juhul ühendab järglane mõlemalt vanemalt pärit geneetilise info.
Eri liikide esindajad tavaliselt ei ristu. Kui see juhtub, on järgased steriilsed .
Näiteks: hobune + eesel = muul
Sugulise paljunemise eripärad

• Järglased on geneetiliselt erinevad
  
• Järglaste mitmekesisus võimaldab uutes, erinevates keskkondades toime tulla ning nii kujunevad välja kohastumused ja toimub evolutsiooniline areng
  

Taimede suguline paljunemine
Õis on sugulise paljunemise organ. Selles on sugurakud: seemnerakud valmivad tolmukates, munarakud emakates.
Paljasseemne- ja õistaimedel toimub enne viljastumist tolmlemine . See on õietolmu lendamine emakasuudmele. Tolmu terad saadavad oma seemnerakud emakasse. Õitest moodustuvad viljad ja nendes valmivad seemned siis, kui on toimunud tolmlmine ja viljastumine .
Seeme koosneb idust (tekib seemnerakust ja munaraku ühinemisest) ja toiduvarust (tekib keskraku ja seemneraku ühinemistest, on triploidne).
Kopulatsioon - sugulisel teel paljunevate loomade suguelundite ühtimine seemendamiseks ja munaraku viljastamiseks.

Mittesuguline paljunemine

Uus orgenism saam saab alguse ühest vanemast, sugurakkude ühinemist ei toimu. Selgroogsed loomad mittesugulisel teel ei paljune.
Vegetatiivne paljunemine
Vegetatiivselt paljunevad bakterid , protistid, seened, osa selgrootutest ja paljud taimeliigid .

• Otsepooldumine – bakteritel. Toimub DNA kahekordistumine. Järgnevalt sünteesitakse raku keskossa rakumembraanid ja – kestad ning koos sellega moodustub kaks tütarrakku.
  
• Pungumine – pärmseened, ainuõõssed (korallid, meririst ), käsnad. Toimub DNA kahekordistumine ja moodustunud tütarrakud saavad ühesuguse kromosoomistiku.
  
• Õistaimed sibulate, mugulate , risoomide, varte või lehe tükkide abil.
  
  • mugul – kartul, alpikann
    
  • risoom – naat , vaarikas, kalmus
    
  • vars – paju
    
  • võsund – maasikas
    
  • sibul - tulp
    

Tähtsus:
Vegetatiivne paljunemine võimaldab suhteliselt lühikese ajaga saada arvuka geneetiliselt ühtliku järglaskonda.
Seda kasutatakse kultuurtaimede paljundamisel (kartulid mugulatega, aedmaasikad võsunditega). Vegetatiivne paljunemine on iseloomulik mitmeaastastele õistaimedele, ühe- ja kaheaastaste taimede hulgas seda enamasti ei esine.
Eoseline paljunemine
Suur osa protiste ja seeni ning osa taimi paljunevad eoste ehk spooridega. Eos on üherakuline, millest hakkab kasvama uus organism. Eoseliselt paljunevad seened, sõnajalad, vetikad, samblad .
Mittesugulise paljunemise eripärad

• Järglased on sarnased vanematele /järglased geneetiliselt identsed
  
• Kiire paljunemine
  

Rakutsükkel

Rakutsükkel = interfaas + mitoos
Rakutsükkel on raku eluring ühe mitoosi lõpust läbi interfaasi järgmise mitoosi lõpuni. Samuti on erinevate kudede rakkude interfaasi ja mitoosi kestvus erinev.

• Päristuumsed rakud poolduvad mitoosi teel.
  
• Kahe pooldumise vahel ( interfaasis ) rakk täidab oma ülesandeid.
  
• Interfaasi lõpus mitokondrid poolduvad, rakk paisub, DNA kahekordistub.
  

Rakutsüklit reguleerivad

• Onkogeenid – suunavad rakke jagunema
  
• Geen p53 – peatab raku jagunemist
  

Apoptoos – kontrollitud raku surm, mida juhib geen p53.
Apoptoos on vajalik: a) vanade rakkude kõrvaldamiseks b) loote arengu käigus sõrmede ja varvaste tekkimiseks c) mutatsioonidega rakkude hävitamiseks

Mitoos

Mitoos on päristuumsete rakkude jagunemise viis, millega tagatakse kromosoomide arvu püsivus tütarrakkudes ehk kahe tütarraku geneetiline identsus (2n).
Interfaas – faas kahe mitoosi vahel

• Toimub DNA replikatsioon , järgneb DNA õigsuse kontroll
  
• Toimub ATP süntees
  
• Suurenevad raku mõõtmed ja organellide arv
  
• Tsentrioolid kastuvad
  
• Kromosoomid on lahti keerdunud
  

Mitoosi vaadeldakse 4 faasina:
Profaas – ettevalmistav faas

• Kromosoomid keerduvad kokku, muutuvad nähtavaks
  
• Tuumakesed kaovad
  
• Tuum suureneb
  
• Tuumamembraanid lahustuvad
  
• Tsentrioolid liiguvad poolustele
  
• Algab kääviniidistiku kujunemine
  

Metafaas – eraldumisfaas

• Kromosoomid koonduvad raku ekvatoriaaltasandile
  
• Kääviniidid kinnituvad ühe otsaga kromosoomi tsentromeeri külge ja teise otsaga tsentriooli külge
  

Anafaas – rändamisfaas

• Kääviniidid lühenevad
  
• Kromatiidid liiguvad poolustele (ATP energia arvel)
  

Telofaas – rekonstueerimisfaas

• Kääviniidid kaovad
  
• Kromosoomid keerduvad lahti
  
• Tekivad tuumakesed
  
• Sünteesitakse uued tuumamembraanid
  
• Toimub tsütokinees – tsütoplasma jagunemine
  
• Loomaraku plasmamembraan pöördub sisse
  
• Taimerakkudel kujunev uus vahesein , mis koosneb vahelamellidest, millest omakorda ladestuvad mõlemalt poolt rakukestad
  

Mitoosi tähtsus

• Toimub kromosoomide võrdväärna jaotamine tütarrakkude vahel
  
• Tütarrakud on geneetiliselt identsed
  
• Suureneb rakkude arv, sellega tagatakse organismi kasv
  
• Mitoos on vajalik ka surnud või hukkunud rakkude asendamiseks
  
• Kudede parandamiseks
  

Kõik organismi rakud peaaegu mitte kunagi ei lähe mitoosi:

• Loomadel – vöötlihaskoe, närvikoe ja silmaläätserakud.
  
• Maksarakud
  
• Taimedel – enamus rakke on mitoosivõimetud. Jagunevad ainult juure ja varre tippudes meristeemrakud ja jämedamaks kasvab vars ainult ühe rakukihi ( kambiumi ) arvelt.
  

Hulkraksetes organismides ei saa rakud piiramatult jaguneda, sest organismi mõõtmed ei saa lõputult suureneda. Interfaasis enamik rakke diferentseeru: nad omavad vastava koe tüübile iseloomuliku kuju ja talitluse.
Karüokinees – rakutuuma jagunemine. Selel käigus tagatakse kromosoomides oleva geneetilise info võrdne jaotumine tuumase vahel.
Tsütokinees – tsütoplasma jagunemine, mille tulemusena tekib kaks tütarrakku.
Kromosoomide muutused mitoosis
Interfaasis on kromosoomid lahtikeerdunud ja seetõttu ei ole nende kuju mikroskoobis vaadeldav. Sel perioodil esinevad kromosoomid raku tuumas nukleosoomsete fibrillidena, seejuures on iga kromosoomi ehituses üks DNA molekul .
Interfaasi lõpus toimuva DNA kahekordistumise tagajärjel on kromosoomid rakujagunemise alguseks kahe-kromatiidilised. Nende koostisesse kuulub kaks DNA molekuli, mille nukleotiidsed järjestused on üldjuhul identsed ja sisaldavad seetõttu samu geene.
Alles mitoosi alguses keervuvad kromosoomid sedavõrd kokku, et neid saab mikroskoobis vaadelda. Ühe kromosoomi kromatiidid on mavahel ühendatud tsentromeeri abil. Ühtlasi jagab tsentromeer iga kromatiidi kaheks osaks. Neid osasid nimetatatkse kromosoomi õlgadeks. Ühe kromosoomi õlad ei pruugi olla alati ühepikkused – sellest tuleneb ka eri kromosoomide erinev kuju.
Raku jagunemisel lahknevad kõigi kromosoomide kromotiidid ja moodustunud tütarrakkudesse jäävad ühekromatiidilised kromosoomid. Mitoosile järgnevas interfaasis on nad taas lahtikeerunud kujul – nukleo-soomsete fibrillidena. Alles järgmise rakujagunemise eel taastub kromosoomide kahekromatiidilisus.

Meioos

Raku jagunemine, mille käigus kromosoomide arv tütarrakkudes väheneb kaks korda, s.t tekivad haploidsed rakud (n).
Sugurakud tekivad meioosi teel.
Enne meioosi toimub DNA replikatsioon.
Meioosis toimub 2 jagunemist.
Interfaas:

• DNA replikatsioon
  
• Suureneb rakuorganellide arv
  
• Sünteesitakse makroergilisi ühendeid
  
• Tsentrioolide kahestumine
  

I jagunemine:
Profaas

• Toimub ristsiire ehk krossingover – homoloogilised kromosoomid liibuvad paarikaupa kokku.seejuures vahetavad kromatiidid omavahel võrdse pikkusega osi.
  
• Tuumakesed kaovad
  
• Tuumamembraan lahustub
  

Metafaas

• Kromosoomid liiguvad paarikaupa ekvatorialltasandile
  
• Moodustub mitoosikääv
  

Anafaas

• Kromosoomid lahknevad poolustele
  

Telofaas

• Kääviniidid kaovad
  
• Toimub tsütokinees
  
• Tekib kaks tütarrakku
  
• Telofaasi lõpus ei moodustu tuumamembraani
  
• Kromosoomid ei keerdu lahti
  
• Tsentrioolid kahestuvad uuesti
  

Esimese jagunemise tulemusena on kromosoomide arv kaks korda vähenenud.
Kahe jagunemise vahel on lühike interfaas. Seejärel alustavad tütarrakud uut jagunemist.
II jagunemine:
Profaas

• Tütarrakkude valmistumine uueks jagunemiseks
  
• Tekib uus kääv
  

Metafaas

• Kromosoomid lahkuvad ekvatoriaaltasandil
  

Anafaas

• Kromatiidid lahkuvad rakupoolustele
  

Telofaas

• Tekib uus tuumaümbris
  
• Moodustub neli haploidset tütarrakku
  

Meioosi tähtsus

• Ühest diploidsest rakust moodustub neli haploidset tütarrakku
  
• Ristsiirde tõttu on tütarrakud geneetiliselt erinevad. See suurendab pärilikku muutlikkust
  
• Meioos kaasneb sugurakkude küpsemisega ja eoste moodustumisega
  

Meioosis tekkinud 4 tütarrakku ei ole geneetiliselt identsed:

• Ristsiirde arvelt
  
• Homoloogiliste kromosoomide juhusliku lahknemise arvelt
  

Mitoosi ja meioosi võrdlus
MITOOS
MEIOOS
Keharakkude tootmine
Eoste ja sugurakkude moodustumine
Rakkudes diploidne kromosoomistik
Rakkudes haploidne kromosoomistik
Rakud identsed
Rakud geneetiliselt erinevad
Moodustub 2 uut rakku
Moodustub 4 uut rakku
Ei toimu kromosoomide ristsiiret
I profaasis toimub kromosoomide ristsiire
Üks mitootiline jagunemine
Kaks järjestikust jagunemist

Sugurakkude areng

Suguliseltb ehk generatiivsest paljunemisest võtab enamasti osa kaks orgenismi: isas - ja emasorganism. Uus organism saab alguse viljastumisel, mille käigus ühinevad vanem-organismide sugurakkude ehk gameetidee tuumad. Viljastunud munarakku nimetatakse sügoodiks. Uus organism ühendab endas mõlema vanemorganismi geneetilisi omadusi, sest üks pool kromosoomidest saadakse munarakust ja teine pool seemnerakust.
Spermatogenees
Spermatogeen on seemneraku areng spermatogoonist küpse spermini. See algab suguküpsuse saabumisel munandites mitoosi teel. Seejärel kasvavad nad ja läbivad meioosi. Igast spermatogoonist kujuneb 4 viburiga varustatud spermi. Valminud seemnerakud talletatakse munandimanuses. Spermatogeneed võib pidevalt kulgeda mehe kõrge vanuseni. Sperma -togoonist spermi küpsemine võtab aega 3 kuud.
Ovogenees
Ovogenees on naissuguraku areng ovogoonist munarakuks. Munarakud valmivad munasarjades. Naisel lõpeb ovogoonide paljunemine juba looteeas. Meiootiline jagunemine algab looteeas ja tütarlapse esimese eluaasta lõpuks on rakud meioosi esimese jagunemise profaasis. Seejärel munarakkude areng peatud kuni suguküpsuse saabumiseni. Puberteedieas munaraku eellaste meioos jätkub tsükliliselt – toimub korraga ainult ühes, harva kahes või enamas rakus. Sellest järeldub, et mistahes kahjulikud mõjurid (alkohol ja teised narkootilised ained, kemikaalid ning radioaktiivne kiirgus) võivad kahjustada kõiki munarakke. Munarakkude areng lõpeb naistel 50-55 eluaastal.
Ovogeneesi iseärasused meioosis
Ovogeneesi meioosi esimsele jagunemisele järgnevas tsütokineesis jatuob tsütoplasma tütrrakkude vahel ebavõrdselt ning saadakse üks suur ja teine tunduvalt väiksem rakk. Ka teise meiootilise jagunemise käigus jaotub tsütoplasma ebavõrdselt tütarrakkude vahel, mille tulemusena saadakse üks suur viljastumisvõimeline munarakk ja kolm väikest arengu- ja viljastumisvõimetut rakku (polotsüüti).
Spermatogeneesi puhul jaguneb tsütoplasma mõlema jagunemise puhul võrdselt tütarrakkude vahel ning lõpuks tekin neli viljastumisvõimelist spermi.
Menstruaaltsükkel
Munarakud valmivad vaheldumisi kummaski munasarjas vaheldumisi 28-päevalise intervalliga.

• Folliikul ehk põieke toidab munarakku ja toodab naissuguhormoooni östrogeeni, mis põhjustab emaka limaskesta paksenemist ning ei lase teistel munarakkudel küpseda.
  
• Ovulatsioon – munaraku väljumine munasarjast ja liikumine munajuhasse.
  
• Folliikul muutub kollakehaks ja toodab progesterooni, mis säilitab paksu limaskesta ja ei lase teistel munarakkudel küpseda.
  
• Munarakk hääbub kahe päeva (36 tunni) pärast, hiljem kaob ka kollakeha ja hormoonid. Emaka limaskest irdub ning algab menstruatsioon.
  

Viljastumine

• Viljastumine toimub munajuhas
  
• Viljastumine – spermi tuuma ühildumine munarakuga
  
• Sügoot – viljastunud munarakk
  

Bioloogiline meetod ehk füsioloogiline meetod eeldab menstruaaltsükli täpset tundmist. Et iga munarakk on viljastumisvõimeline umbes kahe ööpäeva vältesl, siis on kõige tõenäolisem rasestumise periood 12…16 päeva enne oodatava menstruatsiooni algust. See kehtib nii 21-, 28- kui ka 35-päevalise tsükli kohta. Arvestama peab, et menstruaaltsüklis võib esineda mõningaid ajalisi kõrvalekaldeid. Lisaks sellele püsivad spermid naise organismis viljastumivõimalistena kuni kaks ööpäeva. Kõik see suurendab viljastumisriski väljaspool nimetatud perioodi paari päeva ulatuses.
Inimses varjane embrüogenees ehk looteline areng

Sügoodi lõigustumisel (mitoosil) moodustub moorula ehk kobarloode , mille kõik rakud on ühesugused.

Kobarlootest moodustub blastotsüst ehk pärisloode, mille välimisest kihist tekivad lootekestad ( vesikest , kusekott, kõldkest). Sisemisest rakukobarast areneb karikloode .

Kõldkst ja emakasein kasvavad kokku ja moodustub platsenta ehk emakook. Platsenta kaudu on emaorgenism ühenduses areneva lootega. Platsenta veresooned varustavad loodet hapniku, toitainete, hormoonide ja antikehadega ning transpordivad ära jääkained. Platsenta toodab ka hormoone, mis takistavad uute munarakkude küpsemist. Loote ja ema veri ei segune. Platsenta kaitseb haigustekitajate ja mürkide eest, barjäärist lähevad läbi aga viirused , bakterid, algloomad .

Kariklootes on 3 lootelehte : välimine, keskmine ja sisemine looteleht . Kõikidel loomaliikidel moodustuvad samadest lootelehtedest samad elundid ja elundkonnad .
Biogeneetiline reegel:
Embrüogeneesi alguses läbitakse liigi ajaloose arengu ehk fülogeneesi etapid. (E. Haeckel (XIX saj.)).
Fülogenees – liigi evolutsiooniline areng.
Seda iseloomustab: lõpusepilud, sabad, jäsemete puudumine, piklik keha.
Esimesed 3 kuud: esmane organite moodustumine: 9cm ja 15g. loote süda hakkab lööma 22. päeval.
Emapiim on asendamatu, kuna tehispiimaga ei saa laps vajalike antikehi.
Ontogenees
Organismi areng tema tekkest kuni surmast.
Viljastumine võib toimuda:

• Kehaväliselt – kalad , kahepaigsed
  
• Kehasiseselt – imetajad, roomajad , linnud, maismaa selgrootud
  

Etapid:
I Embrüogenees – looteline areng (seeme, loode).
II Postembrüogenees – lootejärgne areng pärast sündimist, koorumist , poegimist, idanemist.
Otsene areng – vastsündinul on liigile omased tunnused.
Moondeline areng – järglasel puuduvad liigilie omased tunnused
Täismoone – muna → vastne → nukk → valmik. Mesilased , liblikad, sääsed.
Vaegmoone - muna → vastne → valmik. Kiilid , prussakad, termiidid .
Postembüogenees

• Juveniilne elujärk ehk noorjärk – sünnihetkest kuni suguküpsuse saabumiseni. Inimesele on omane otsene, kuid aeglane individuaalne areng. Kasvades ja arenedes muutuvad tasapisi lapse organite ja elundkondade talitlused, keerustub sotsiaalne käitumine ja keelekasutus.
  
• Sigimisperiood – järglaste saamise ja kasvamise periood. Inimesele on omane mittesessoonne sigimine.
  
• Vananemine – keskmine eluiga on määratud geneetiliselt (telomeerid lühenevad) ja sõltub keskkonnatingimistest. Vananedes muutub paljude elundkondade töö vähem efektiivseks: vähenevad ajukoore rakkude arv, lõhna- ja maitsetundlikkus, kopsu- ja südamemaht, lihasjõud, neerude töö intensiivsus ning naha elastsus , nõrgenevad nägemine ja kuulmine, tekivad termoregulatsiooni- ja seedehäired ning luude hõrenemine. Vananedes väheneb ka meeste viljakus ja naised muutuvad viljatuks.
  
• Agoonia – iseloomulik surmale eelnev seisund. Teadvus hakkab kaduma, hingamistegevus ja pulss aeglustuvad.
  

Kliiniline surm – hingamis- ja südametegevus on seiskunud. Kestab 5…7minutit. On võimalik elustada!
Bioloogiline surm on aju surm – kesknärvisüsteem lakkab töötamast. Elustamine pole võimalik.