Eşeyli üreme

Kahvaltı masasında yan yana iki şey durur: bir tavuk yumurtası ve bir kaşık balık havyarı. Tavuk yumurtası tek bir hücreden gelişmiştir; içindeki sarı, yavrunun haftalarca ihtiyaç duyacağı besini taşır ve sert bir kabukla korunur. Bir kaşık havyarda ise yüzlerce küçük yumurta vardır ve bir dişi balık bir mevsimde binlerce, hatta milyonlarca yumurta bırakabilir. Tavuk birkaç yumurtasının üstüne yatıp onları günlerce ısıtır; balık ise yumurtalarını suya bırakıp çoğunlukla bir daha onlarla ilgilenmez. İki hayvanın üreme stratejisi bu kadar farklıdır, ama ikisinde de yeni birey iki ayrı hücrenin birleşmesiyle başlar. Bu derste önce bu iki hücrenin nasıl hazırlandığına ve neden bu kadar farklı olduğuna, ardından birleşmenin nerede gerçekleştiğine ve bunun yavrunun yaşam şansını nasıl etkilediğine bakıyoruz.

• Eşeyli üremenin temel özelliklerini, avantajlarını ve bedellerini açıklarsın.
• Yumurta ve spermin yapısını karşılaştırır, gamet oluşumundaki farkları açıklarsın.
• Dış ve iç döllenmeyi örnekleriyle karşılaştırırsın.
• Embriyonun gelişme yerine göre hayvanları gruplandırır, yumurta sayısı ile yavru bakımı arasındaki ilişkiyi yorumlarsın.

Eşeyli üremenin temeli

Eşeyli üremede yeni birey, iki ayrı kaynaktan gelen haploit üreme hücrelerinin, yani gametlerin birleşmesiyle oluşur. Dişi gamete yumurta, erkek gamete sperm denir. Yumurta ile spermin birleşmesine döllenme, döllenme sonucunda oluşan diploit hücreye zigot denir. Zigot, art arda mitoz bölünmeleriyle gelişerek yeni bireyi oluşturur. Gametler mayozla oluştuğu için kalıtsal olarak birbirinden farklıdır; döllenme de bunları rastgele birleştirdiği için oluşan yavrular hem anne babalarından hem birbirlerinden farklıdır.

Avantajlar ve bedeller

Eşeyli üremenin en büyük kazancı kalıtsal çeşitliliktir. Bireyleri birbirinden farklı olan bir toplulukta, iklim kaydığında ya da daha önce görülmemiş bir salgın başladığında, en azından bir kısmının o koşula dayanabilecek özellikler taşıma şansı vardır. Böylece topluluk tümüyle yok olmaz ve zamanla değişen koşullara uyum sağlayabilir.

Bedelleri de vardır. Çoğu türde üreme için bir eş bulmak gerekir; bu zaman ve enerji ister. Gamet üretmek, eş aramak ve çiftleşmek eşeysiz üremeye göre daha yavaştır ve daha çok enerji harcatır. Bir bireyin iyi uyum sağlamış gen birleşimi de yavrularına olduğu gibi geçmez; her kuşakta yeniden karıştırılır.

Gametler: iki farklı tasarım

Yumurta ve sperm aynı sayıda kromozom taşır, ama yapıları birbirinden çok farklıdır.

• Yumurta büyük ve hareketsizdir. Sitoplazması boldur ve embriyonun ilk gelişimini besleyecek besin deposu (vitellus) taşır. Bir canlıda yumurta sayısı genellikle spermden çok azdır.
• Sperm çok küçük ve hareketlidir. Sitoplazması çok azdır; bir baş, bir orta kısım ve bir kuyruktan oluşur. Başında kalıtım maddesi ile yumurtanın örtüsünü eritmeye yarayan enzimler, orta kısmında hareket için enerji sağlayan mitokondriler, kuyruğunda ise yüzmeyi sağlayan kamçı bulunur.

Bu iş bölümü anlamlıdır: yumurta yavrunun başlangıç donanımını taşır, sperm ise kalıtım maddesini yumurtaya ulaştırmak için hıza ve sayıya göre tasarlanmıştır.

Gamet oluşumu

Erkeklerde sperm oluşumunda bir ana hücre mayozla bölünerek dört sperm verir. Dişilerde yumurta oluşumunda ise sitoplazma eşit paylaştırılmaz. Mayozun her iki bölünmesinde sitoplazmanın çok büyük kısmı tek bir hücrede kalır; küçük kalan hücrelere kutup hücresi denir ve bunlar genellikle yok olur. Sonuçta bir ana hücreden tek bir yumurta oluşur. Bu eşitsiz paylaşım, yumurtanın besinle dolu, büyük bir hücre olmasını sağlar.

Erkek ve dişi ayrı mı?

Çoğu hayvanda erkek ve dişi üreme organları ayrı bireylerde bulunur. Bazı canlılarda ise iki eşeyin üreme organları tek bir bireyde bir arada bulunur; bu canlılara hermafrodit denir. Toprak solucanı ve salyangoz hermafrodittir; yine de çoğunlukla iki birey bir araya gelir ve karşılıklı olarak birbirinin yumurtalarını döller. Bu çapraz döllenme çeşitliliği korur. Şerit gibi bazı parazitler ise kendi kendini dölleyebilir; eş bulmanın çok zor olduğu bir yaşam için bu bir kolaylıktır.

Dış döllenme

Yumurta ve spermlerin vücut dışında, suyun içinde birleştiği döllenmeye dış döllenme denir. Kemikli balıkların çoğunda ve kurbağalarda görülür. Spermlerin yumurtaya ulaşması için suya ihtiyaç vardır; bu yüzden dış döllenme sulu ortama bağlıdır. Gametler suya bırakıldıktan sonra karşılaşmaları büyük ölçüde şansa kalır; dalgalar, akıntılar ve yumurtaları yiyen canlılar kayıplara yol açar. Bu kayıpları dengelemek için dış döllenme yapan canlılar çok sayıda yumurta ve sperm üretir. Kanca örneğindeki havyar bu stratejinin ürünüdür.

İç döllenme

Spermlerin dişinin vücuduna aktarıldığı ve döllenmenin vücut içinde gerçekleştiği döllenmeye iç döllenme denir. Sürüngenler, kuşlar, memeliler, böcekler ve kıkırdaklı balıklarda görülür. İç döllenmede spermler dişinin üreme kanalındaki sıvı içinde yüzer; bu yüzden döllenme dış ortamdaki sudan bağımsızdır ve karada üremeyi mümkün kılar. Gametler korunaklı bir ortamda karşılaştığı için döllenme olasılığı yüksektir; bu yüzden daha az sayıda yumurta üretilir.

Embriyo nerede gelişir?

İç döllenme yapan hayvanlarda embriyonun gelişme yeri farklılık gösterir:

• Yumurtlayanlar: Döllenmiş yumurta kabukla örtülerek dışarı bırakılır ve embriyo, yumurtanın içindeki besinle beslenerek anne vücudu dışında gelişir. Kuşlar ve sürüngenlerin çoğu böyledir.
• Yumurtayla doğuranlar: Yumurta anne vücudunda kalır ve embriyo yumurtanın kendi besinini kullanarak gelişir; yavru, yumurtadan anne vücudunda çıkarak dünyaya gelir. Bazı köpekbalıklarında ve bazı yılanlarda görülür.
• Doğuranlar: Embriyo anne vücudunda gelişir ve besinini doğrudan anneden alır. Memelilerin çoğunda bu bağlantıyı plasenta kurar.

Bitkilerde eşeyli üreme

Eşeyli üreme yalnız hayvanlara özgü değildir. Çiçekli bitkilerde erkek gametleri taşıyan polen, rüzgârla ya da böceklerle çiçeğin dişi organına taşınır; buna tozlaşma denir. Polenden uzayan bir tüp, erkek gameti dişi organın içindeki yumurtaya ulaştırır ve döllenme gerçekleşir. Döllenmiş yumurtadan embriyo, çevresindeki yapılardan tohum ve meyve gelişir.

Sayı ile bakım arasındaki denge

Kancadaki iki hayvanın stratejisi genel bir eğilimi yansıtır. Yumurtaları ve yavruları korumasız kalan canlılar çok sayıda yumurta üretir; yavruların çok azı yetişkinliğe ulaşır. Yumurtalarını koruyan, kuluçkaya yatan ya da yavrusunu besleyen canlılar ise az sayıda yavru yetiştirir, ama her yavrunun yaşama şansı yüksektir. Bu eğilimin uç noktası memelilerdir: çoğu memeli tek seferde birkaç yavru doğurur ve onları uzun süre emzirip korur.

Sıradaki ders, zigotun art arda bölünerek bir embriyoya dönüşmesinin ilk aşamalarını ele alıyor.

Örnek 1 — Gamet farkı

Soru: Yumurtanın spermden büyük olmasının nedeni hangisidir?

• A) Daha çok kromozom taşıması
• B) Embriyonun ilk gelişimi için besin deposu taşıması
• C) Kamçı taşıması
• D) Mitokondrisinin olmaması
• E) Diploit olması

Çözüm: İki gamette kromozom sayısı aynıdır; yumurtayı büyüten şey besin deposudur. Cevap: B.

Örnek 2 — Oogenez

Soru: Yumurta oluşumunda bir ana hücreden kaç yumurta oluşur?

• A) Sekiz
• B) Dört
• C) Üç
• D) Bir
• E) İki

Çözüm: Sitoplazma eşit paylaşılmaz; bir yumurta ve küçük kutup hücreleri oluşur. Cevap: D.

Örnek 3 — Döllenme türü

Soru: Hangi hayvanda dış döllenme görülür?

• A) Kurbağa
• B) Serçe
• C) Kertenkele
• D) Kedi
• E) Köpekbalığı

Çözüm: Kurbağada yumurta ve spermler suya bırakılır ve döllenme dışarıda olur. Cevap: A.

Örnek 4 — Karada üreme

Soru: İç döllenmenin kara yaşamına uygun olmasının nedeni nedir?

• A) Çok sayıda yumurta üretilmesi
• B) Spermlerin kamçısız olması
• C) Gametlerin rüzgârla taşınması
• D) Yumurtanın kabuksuz olması
• E) Spermlerin dişinin üreme kanalındaki sıvıda yüzerek dış ortamdaki sudan bağımsız olması

Çözüm: Döllenme vücut içindeki sıvıda gerçekleştiği için çevrede suya ihtiyaç kalmaz. Cevap: E.

• Yumurtanın spermden çok kromozom taşıdığını sanmak. İkisi de haploittir; büyüklük farkı besin deposundandır.
• Oogenezde de dört yumurta oluştuğunu sanmak. Bir yumurta ve kutup hücreleri oluşur.
• Hermafroditlerin hep kendini döllediğini sanmak. Toprak solucanı ve salyangoz genellikle çapraz döllenir.
• İç döllenme yapan her hayvanın doğurduğunu sanmak. Kuşlar ve sürüngenlerin çoğu iç döllenme yapar, ama yumurtlar.
• Çok yumurtanın çok yavru yetişmesi demek olduğunu sanmak. Korumasız yumurtaların çok azı yetişkinliğe ulaşır.