Eşeyli üreme

Eşeyli üreme, iki canlı organizma arasında genetik malzemelerin birleştirilmesi suretiyle yeni bir canlının oluşması olayıdır. Burada iki ana süreç vardır: kromozom sayısını yarıya indiren mayoz bölünme ile iki gametin birleştiği ve eski kromozom sayılarına ulaştığı döllenmedir. Mayoz bölünme sırasında, her bir çiftin kromozomları, homolog rekombinasyon elde etmek için krossing over yoluyla parça değişimi yaparlar.

Eşeyli üremenin evrimi büyük bir yap boz bilmecesidir. Eşeyli üreyen organizmaların ilk fosilleşmiş kanıtları, 1 ile 1,2 milyar yıl öncesi Stenyan dönemindeki ökaryotlara aittir. Eşeyli üreme, hemen hemen tüm hayvanlar ve bitkiler de dahil olmak üzere, iri ölçekli makroskopik organizmaların büyük çoğunluğu için başlıca üreme metodudur. Hücre teması yoluyla iki bakteri arasında genetik malzeme (DNA) aktarımı olan bakteriyel konjugasyon, benzer mekaniğe sahip olduğu için sık sık yanlışlıkla eşeyli üreme ile karıştırılır.

Önemli bir soru, eşeyli üremenin, döllenmesiz bir üreme biçimi olan partenogeneze rağmen neden vazgeçilmez olduğu ve bazı yönlerden üstün bir üreme biçimi teşkil ettiğidir. Çağdaş evrim düşüncesi, bu konuda bazı açıklamalar önermektedir. Bir neden, aynı soy dalı üzerinde var olan seçilim baskısı sebebiyle olabilir. Bir popülasyonun, değişen çevre şartlarına karşı vereceği tepkiden daha hızlı yayılabilmesi yeteneği, eşeyli rekombinasyonla partogenezde olduğundan daha çok sağlanır. Alternatif olarak, eşeyli üreme, sınırlı kaynaklar için birbirleriyle rekabet eden aynı soy dalındaki türlerden daha çok evrimsel hız sağlayabilir.

Hayvanlar, tipik olarak mayoz bölünmenin hemen ardından, mayoz bölünme tarafından oluşturulan sperm denilen erkek gametler ile yumurta veya ovum denilen dişi gametler üretirler. Öte yandan bitkiler, mitoz bölünme sonucu oluşan sporlara sahiptirler. Sporlar, gametofit içinde sporlanarak gelişirler. Çeşitli bitki türlerin gametofitleri, büyüklük olarak birbirlerinden ayrılır: kapalı tohumlu bitkiler (Angiospermler), polenlerinde sadece üç adet hücre bulundururlarken yosunlar ile ilkel olarak adlandırılan bitkiler ise birkaç milyon hücreye sahip olabilirler. Bitkilerde, çiçeksiz ve sporlu bir evre olan sporofit evresinin gametofit evreyi izlediği 2 farklı yaşam evresi olup nesil değişimi görülür. Sporofit evre, mayoz sporangium kesesi içinde spor üretimine yol açar.

Çiçekli bitkiler, karalara egemen olan bitki formu olup eşeyli ve eşeysiz üreyerek çoğalırlar. Genel olarak sahip oldukları en ayırt edici özellikleri, çoğu zaman çiçek olarak adlandırılan cinsel organlara sahip olmalarıdır. Stamen ya da anter olarak bilinen çiçeğin erkek üreme organı, eril gametofitler meydana getirir ve bu eril gamatofitler, dişi gametofitlerin yumurta içinde bulunduğu, stigma olarak da bilinen ve karpel üstünde yer alan tepeçiğe eklenerek polen taneleri içinde sperm üretirler. Polen tüpü, karpal biçimde geliştikten sonra üreme hücresinin çekirdeği, dişi yumurta hücresini döllemek için polen taneleriden ovüllere (yumurta) doğru hareket eder ve çift dölleme denilen bir süreçte endosperm çekirdeği, dişi gametofitin içine yerleşir. Triploid endosperm (tek bir sperm hücresi ve iki dişi hücresi) ve dişi ovul dokuları, gelişmekte olan tohumun çevrelenmesine neden olurken ortaya çıkan zigot, embriyo olarak gelişmeye başlar. Bundan sonra, dişi gametofitleri oluşturan yumurtalık meyveye dönüşürek tohum çevresinde büyümeye başlar. Bitkiler kendi kendilerini tozlayabildikleri (Kendi kendini tozlama) gibi birbirlerini de tozlayabilirler (Tozlaşma). Eğrelti otları, yosun ve ciğer otları gibi çiçeksiz bitkiler ise, eşeyli üremenin başka şekillerini kullanırlar.

Ciğer otları, Boynuz otları ve Yapraklı Bryophyta türlerini kapsayan kara yosunları, hem eşeyli hem de vejatitif olarak ürerler. Kara yosunları, nemli yerlerde, eğrelti otları gibi büyüyen küçük bitkiler olup flagella kamçısı olan spermlere sahiptirler ve eşeyli üremeyi kolaylaştırmak için suya ihtiyaç duyarlar. Bu bitkiler, fotosentez yapan yaprak benzeri yapılara sahip, çok hücreli haploid bir vücut olan ve hakim bir forma dönüşen haploid bir spor olarak başlangıç yaparlar. Haploid gametler, mayoz bölünme tarafından anterozoit ve arkegon içinde üretilirler. Anterozoit'ten püsküren sperm, olgunlaşmış arkegon tarafından salgılanan kimyasallara yanıt vererek sıvı su şeridi içinde onlara doğru yüzerler ve böylece zigot oluşturan yumurta hücrelerini döllerler. Zigotlar mitoz bölünme ile bölünürler ve diploit olan bir sporofite dönüşürler. Çok hücreli diploit sporofitler, arkegona Setae kılları ile bağlanan ve spor kapsülleri denilen yapılar üretirler. Spor kapsülleri, mayoz bölünme ile sporlar oluşturur ve bu kapsüller olgunlaşıp yırtıldıklarında sporlar da serbest bırakılır. Kara yosunları, üreme yapılarında önemli farklılıklar gösterirler ve yukarıdakiler buna dair temel bir taslak oluşturur. Bunun yanında, bazı türlerde her bitki tek bir cinsiyete sahipken, diğer türlerde bir bitki her iki cinsiyete de sahip olabilir.

Mantarlar, işlem yaptıkları eşeyli üreme yöntemlerine göre sınıflandırılırlar. Eşeyli üreme sonucu, zor zamanlarda hayatta kalmaya ve yayılmaya yarayan dayanıklı sporlar oluşur. Mantarların eşeyli üremesinde genellikle üç evre gözlemlenir: plazmogami, karyogami ve mayoz bölünme.

Mikroorganizmaların eşeyli üreme şekilleri türlerine bağlı olarak çeşitlilik gösterebilir. Genel olarak eşeyli üreme, genetik çeşitliliği artırarak türlerin adaptasyon kabiliyetini ve hayatta kalma şansını artırmaktadır.

Eşeyli üremenin başlaması için gamet hücreleri (sperm ve yumurta) oluşturmak üzere meiosis adı verilen bir süreç gerçekleşir. Meioz, normal hücre bölünmesinden farklıdır çünkü gamet hücrelerinin kromozom sayısını yarıya indirir. Bu, daha sonra birleşecek olan gametlerin çiftleşme sırasında kromozom sayısını normale döndürmesini sağlar.

Meioz sırasında, her iki cinsiyet de (dişi ve erkek) birçok gamet hücresi oluşturur. Bu hücreler, dişilerde yumurta olarak adlandırılırken, erkeklerde sperm olarak adlandırılır. Bu gamet hücreleri genetik materyal taşıdıkları için farklı kombinasyonlarda genetik çeşitlilik oluşturur.

Eşeyli üreme, farklı cinsiyetteki gametlerin birleşmesiyle gerçekleşir. Bu birleşme, döllenme adı verilen bir süreçle gerçekleşir. Sperm hücresi dişi gamet olan yumurtayı döllererek, bir zigot adı verilen yeni bir hücre oluşturur.

Zigot, birçok mitotik bölünme geçirerek büyür ve gelişir. Bu süreçte, kromozom sayısı normale döner ve yeni bir mikroorganizma veya canlı oluşur.

Eşeyli üreme, genetik çeşitlilik sağlayarak, hastalık ve zararlı organizmalarla mücadelede ve ortama uyum sağlamada mikroorganizmalar için avantaj sağlar. Ancak eşeyli üremenin bazı mikroorganizmalarda görülmediği veya nadir olduğu durumlar da vardır. Mikroorganizmalar çoğunlukla eşeysiz üreme yöntemlerini kullanarak, hızlı ve verimli bir şekilde üreyebilirler.

Böcek türleri, günümüze kadar gelen tüm hayvan türlerinin üçte ikisinden fazlasını oluştururlar ve bazı türleri seçmeli olarak partenogenez ile çoğaldıkları halde çoğu böcek türleri eşeyli olarak ürerler. Birçok böcek türü seksüel dimorfizm özellikleri gösterirken, diğer türlerde cinsiyetler neredeyse özdeş görünüme sahiptir. Tipik olarak, böcekler spermatozoa (sperm) üreten erkek ve ovül (yumurta) üreten dişi olmak üzere iki cinsiyete sahiptirler. Ovül, iç döllenme öncesi oluşan ve koryon tabakası ile kaplanan yumurtalara dönüşür. Böcekler, çoğu kez erkeğin spermatoforunu (sperm kapsülü) dişinin içinde depoladığı ve yumurtaların döllenmeye hazır olmasına kadar dişinin bu spermleri sakladığı, çok farklı çiftleşme biçimlerine ve üreme stratejilerine sahiptir. Dölleme sonrası ve zigot oluşumu ile gelişim aşamalarının çeşitlenmesinin ardından, birçok türlerde dişi yumurtaları dışarıda saklar ya da bazı türlerde yumurtalar dişi böceğin içinde gelişir ve yavruları canlı doğururlar.

Memelilerin günümüze kadar ulaşan ve hepsinin de iç döllenme özelliğine sahip olduğu üç türü bulunmaktadır: Tek delikliler, Eteneliler ve Keseliler. Anne ve cenine ait iki dolaşım sistemini birbirinden ayıran plasenta organına sahip memelilerde döller, henüz üreme yeteneği olmayan fakat cinsel organlara sahip eksiksiz bir yavru olarak doğarlar. Birkaç ay veya yıl sonra, cinsel organlar ergenliğe kadar gelişmeye devam eder ve canlı hayvan cinsel olgunluğa ulaşır. Memelilerde dişilerin çoğu, sadece belirli zamanlarda, östrus döneminde doğurgan olup bu noktada çiftleşmeye hazır hale gelirler. Erkek ve dişi memeli bireyler karşılaştıklarında kopülasyon yaparak cinsel birleşme gerçekleştirirler. Birçok dişi ve erkek memeli, hayatları boyunca yetişkin olarak birçok eş değiştirirler.

Erkek üreme sistemi, Penis ve spermlerin üretildiği testisler olmak üzere iki ana bölümden oluşur. İnsanlarda, bu iki organ karın boşluğu dışında bulunur, ancak diğer hayvan türlerinde öncelikli olarak karın bölgesi içinde yer alabilir (örneğin, köpeklerde penis, çiftleşme sırasında hariç, genelde karın içi bölgede bulunur). Testislerin karın dışında bulunması, belirli sıcaklıklarda hayatta kalabilen spermlerin ısı düzenlemesinin en iyi şekilde ayarlanmasında kolaylık sağlar. Spermler, farklı iki cins gametten küçük olanı olup genelde çok kısa yaşam ömrüne sahip olduklarından erkek bireylerin, cinsel olgunluktan ölümlerine durmaksızın sperm üretmelerini gerektirir. Boşalmadan önce üretilen spermler, epididimis er bezinde biriktirilir. Sperm hücreli hareketli olup yumurta hücresine yüzerek ulaşmak için kamçı benzeri bir flagella kullanırlar. Spermler, yumurtayı bulmak için sıcaklık değişimlerinden (termotaksi) ve kimyasal seviye değişimlerinden (kemotaksi veya kimya göçümü) yararlanırlar.

Aynı şekilde dişi üreme sistemi de, vajina ile spermleri kabul eden ve yumurtalıklarda yumurtaların oluştuğu rahim olmak üzere iki ana bölümden oluşur. Bu bölümlerin tümü iç kısımlarda yer alır. Vajina, rahim boynu (serviks) aracılığıyla rahime bağlanmış bir durumdayken rahim de fallop tüpleri ile yumurtalıklara bağlıdır. Belli aralıklarla, yumurtalık, bir yumurta bırakır ve bu yumurta da daha sonra fallop tüpünden rahime geçer.

Eğer bu geçiş sırasında yumurta, herhangi bir şekilde spermlerle karşılaşırsa, birleşmek için bu spermlerden birisini seçer ve bu olaya döllenme denir. Yumurtalar, genellikle yumurta kanalında (ovidükt) döllenebilecekleri gibi bu döllenme, rahimde de gerçekleşebilir. Oluşan zigot, daha sonra implantasyon yoluyla rahim duvarına yerleşir ve burada embriyonik gelişim ile morfogenez süreçleri başlar. Eğer bu gelişim, yavrunun rahim dışında hayatta kalabileceği bir seviyeye ulaşmışsa, rahim boyu açılıp genişler ve rahimdeki kasılmalar, cenini (fetus) doğum kanalının içinden vajinaya dışarıya doğru itmeye başlar.

Dişi üreme hücresi olan yumurta, spermden çok daha büyük olup normalde doğumdan önce ceninin yumurtalıkları içinde oluşmaya başlar. Yumurtalar, rahime geçiş yapmadan önce, genelde yumurtalıklar içinde tutulur ve daha sonra oluşacak olan zigot ve embriyo için besin içerirler. Düzenli aralıklar içinde, hormonal uyarımlara tepki vererek, yumurta oluşumu sürecinde (oogenez) bir yumurta olgunlaşmaya başlar ve daha sonra bu yumurta fallop tüpü içine serbest bırakılır. Yumurta döllenmediği takdirde, bu yumurtalar insanlarda ve yüksek primatlarda regl veya adet denilen olayla vücuttan dışarı atılır. Diğer memelilerde ise bu yumurtalar, dişilerin kızgınlaşma döneminde tekrar emilerek vücutta absorbe edilirler.

Gebelik veya hamilelik, erkekten gelen sperm ile kadının yumurtalıklarından atılmış olan yumurtanın döllenmesi ile oluşan ceninin, doğuma kadar geliştiği ve dişi içinde mitoz bölünme yoluyla bölünüp oluşmaya başladığı zaman bölümüdür. Bu süre boyunca, fetusun ihtiyacı olduğu beslenim ve oksijen, kanın, ceninin karnına göbek bağı ile bağlanmış olan plasenta içinde besinlerin filtre edilmesi yoluyla anne tarafından karşılanır. Besin maddelerinin embriyoya aktarılması, daha çok kalori gerektirdiğinden dişi için yorucu bir durum oluşturabilir. Buna ek olarak, gebelikte bazı vitaminler ve besinlere, normalden daha büyük miktarlarda gereksinim duyulduğundan, olağan dışı yemek alışkanlıklarına neden olabilirler. Gestasyon periyodu da denilen gebelik süresi, türden tür büyük ölçüde farklılık gösterir: insanlarda 40 hafta, zürafalarda 56 ile 60 hafta ve çırlak sıçanı olarak da bilinen hamsterlerde ise 16 gündür.

Fetus yeteri kadar geliştikten sonra, rahimin kasılması ve rahim kanalının genişlemesiyle birlikte başlayan kimyasal uyarılar, doğum sürecini başlatırlar. Fetus, daha sonra rahim boyuna iner ve burada vajina içine doğru ve sonra da nihayet anne dışına itilir. İnsanlarda bebek denilen yeni doğmuş yavru, genellikle doğumdan kısa bir süre sonra kendi başına solunum yapmaya başlar. Kısa bir süre sonra, plasenta da dışarı atılır. Çoğu memeliler, yavruların bakımı için plasanta, iyi bir protein kaynağı olduğu ve diğer hayati önem taşıyan besinleri de içerdiği için dışarı atılan bu plasentayı yerler. Son olarak, yavrunun karnına bağlı olan göbek bağı da, bir süre sonra kendiliğinden düşer.

Avustralya ve Yeni Gine'de sadece beş türü olan Tek delikliler diğer memelilerden farklı olarak yavru doğurmayıp yumurtlayan ve bu yumurtaları dışarı bırakan canlılardır. Tek deliklilerin cinsel organları, idrar yolu ve bağırsakları, kloak adı verilen tek bir delikte ve birleşik bir durumda bulunur. Kloak, Tek deliklilerde, son bağırsağın dışarıya açıldığı, dışkının ve idrarın belli bir süre tutulabildiği ve eşeysel üretimin akıtıldığı ortak ve tek olan vücut açıklığıdır. Tek delikliler, yumurtalarını birkaç hafta boyunca besin sağlamak için içeride tuttuktan sonra, yumurtladıkları bu yumurtaların üstüne kuşlar gibi yatarak örterler. En az iki hafta sonra, yavrular yumurtadan çıkar ve çoğu keselilerde olduğu gibi, annelerinin keselerine girerek burada birkaç hafta için, yetişene kadar sütle emzirilirler.

Keselilerin üreme sistemleri, belirgin şekilde plasentalı memelilerden farklıdır. Keseli dişiler, bir ağızla dışarıya açık olan ama rahim içinde farklı bölmelere yönlendiren iki vajinaya sahiptirler. Bu anlamda dişilerde iki adet rahim ve iki adet döl yolu vardır. Erkek keseliler ise, dişilerdeki çift vajinaya karşılık gelen çatallaşmış ve iki yönlü bir penis yapısına sahiptirler. Penis, sadece dişilere spermleri boşaltmak için kullanılır ve idrar yolundan ayrıdır. Keselilerde kloak, her iki cinsiyette birden bulunur ve ürin atılmadan önce atık depolamak için kullanılan bir ürogenital keseye bağlıdır.

Dişiler, rahimlerinde, embriyoya besin sağlayan ve yumurta sarısına benzer bir kese geliştirirler. Bandikut faresi, koala ve vombatların embriyolarında ek olarak rahim duvarına bağlı plasenta benzeri organlar gelişir. Bu plasenta benzeri organlar, memelilerin sahip olduğu plasentadan küçük olup bu organların anneden embriyoya besin taşıyıp taşımadığı kesin olarak açıklığa kavuşmuş değildir.

Keselilerde gebelik süresi, genellikle 4 ile 5 hafta gibi çok kısa bir zamanı kapsar. Embriyo, gelişimin çok erken bir döneminde doğar ve doğduğunda genellikle 5 cm'den daha küçük bir boyuta sahiptir. Kısa gebelik döneminin, annenin bağışıklık sisteminin embriyoya saldırması riskini azaltmak için gerekli olduğu öne sürülür.

Yeni doğan keseli memeliler, anne karnındaki bir kesede yer alan meme ucuna tırmanarak ulaşmak için nispeten güçlü ön ayaklarını el gibi kullanırlar. Anne keseli, yavrunun emmek için ancak çok zayıf olduğu bir durumda, meme bezi üzerinde yer alan kasları kasarak yavruyu besler. Yeni doğan keseli yavruların, meme ucuna tırmanmak için ön ayaklara ihtiyaç duymaları, keselilerde ön ayakların yüzgece veya kanatlara evrilmesini engellemiş olup birkaç uçabilen planör keseli olmasına rağmen keseli canlıların, tam anlamıyla suda yaşayan ya da gerçekten uçan keseli görünümü almalarına mani olmuştur.

Balık türlerinin büyük çoğunluğu, daha sonra dışarıda erkek tarafından döllenen yumurta bırakırlar, Bazı balık türleri, kayaların altına veya bitkilerin üzerine yumurta bırakırlarken diğer balık türleri yumurtalarını basitçe suya bırakırlar ve bu yumurtalar, su akımlarıyla sürüklenirken veya su içinde aşağıya doğru batarken döllenirler. Bazı balık türleri ise, önce iç döllenme gerçekleştirir ve daha sonra gelişmekte olan yumurtaları serbest bıraktıkları gibi bazı türler ise canlı doğum yaparlar. Canlı doğum yapan balık türleri, Lepistes ile Molly balıkları ya da diğer adıyla Poecilia'dır. Canlı doğum yapan balıklar, yumurtaları dişinin vücudu içinde gelişen, döllenen ve yine dişi içinde yumurtadan çıkan oovivipar hayvanlardır ya da denizatında olduğu gibi, bir kese içinde gelişmekte olan yavruları erkekler taşır ve canlı doğum da, erkekler tarafından yapılır. Bunun yanında balıklar, memelilerde olduğu gibi, dişilerin içeride büyüyen yavrulara besin temin ettiği vivipar bir gebelik şekline de sahip olabilir. Bazı balıklar hermafrodit (çift cinsiyetli) olup bir birey, hem dişi hem de eril olarak aynı anda yumurta ve sperm üretebilir. Çift cinsiyetli balıklarda, bazıları aynı anda erkek ve dişi, her ikisi birden olabilecekleri gibi, bazı balıklarda ise, bir cinsiyetle başlayıp diğer cinsiyete geçme suretiyle eril ve dişi durumu değişmeli olarak da görülebilir. En azından, hermafrodit bir tür, yumurta ve sperm birlikte serbest bırakıldığında, kendi kendilerini dölleyebilirler. Kendi kendini içten dölleme bazı diğer türlerde de oluşabilir. Eşeyli üremeyen ama yavru üretmek için yine de cinsel birleşme yolundan yararlanan bir balık türü Poecilia formosa olup uniseks olarak tek tip bir cinsiyete sahiptir ve döllenmemiş yumurtaların embriyo olarak gelişip dişi yavrular oluşturduğu, bir partenogenez türü olan ve ginogenez denilen bir üreme şeklini kullanır. Bu döllenme şeklinde, Poecilia formosa, iç döllenme ile üreyen bir erkek veya başka balık türleriyle çiftleşir, ancak bu birleşmede yumurtalar döllenmez, sadece embriyo olacak yumurtaların büyümesi için uyarılma sağlanır.