يوجد في عملية التكاثر البيولوجي نوعان من التكاثر: التكاثر الجنسي أو التناسلي و التكاثر اللاجنسي أو الخضريكلاهما يسمح باستمرارية الأنواع، لكنهما يفعلان ذلك من خلال آليات خلوية وجينية مختلفة تمامًا، مما له عواقب مباشرة على التنوع البيولوجي، ومعدل التكاثر، وقدرة الكائنات الحية على التكيف مع البيئة.
يتميز الكائن الحي أو الكائن الحي بقدرته على أداء الوظائف الأساسية للحياة، بما في ذلك استنساخمما يسمح لها بإنتاج نسخ مماثلة من نفسها، كلاهما لاجنسي من والد واحد...وكذلك عن طريق التكاثر الجنسي من أبوين على الأقل. يُعد فهم هذه الاختلافات أساسيًا لفهم كيفية تطور الجماعات الحيوية، ولماذا تتكاثر بعض الأنواع بطريقة أو بأخرى تبعًا للبيئة التي تعيش فيها.
ما هو مهدئ؟
التبرعم هو أحد الأنواع المختلفة أنواع التكاثر اللاجنسي، حيث إنتاج يُخلق كائن جديد من خلال تكوين النتوءات، وتسمى البراعم، على جسم الكائن الحي الأم، والتي تنمو وتتطور، وقد تبقى متصلة بالكائن الأم أو تنفصل عنه.
من وجهة نظر بيولوجية، فإن التبرعم هو تقسيم غير متساوٍ لجسم الوالدينيحتفظ الكائن الحي الأصلي بمعظم سيتوبلازمه وبنيته، بينما تبدأ البرعم أو النبتة كبروز صغير يحتوي على خلايا تحمل نفس المادة الوراثية للكائن الحي الأم. ومع مرور الوقت، يزداد حجم هذا البرعم، ويتمايز، وقد يتطور في النهاية إلى كائن حي كامل.
أصل مصطلح "التبرعم" يعود إلى اللاتينية توأموهو ما يعني "التوأم". والفرد الجديد هو في الواقع "توأم جيني" من أحد الوالدين، إذ يتشاركان نفس المعلومات الوراثية لعدم وجود تبادل للحمض النووي مع كائن حي آخر. ومع ذلك، ورغم هذا التشابه الجيني، قد تؤدي الظروف البيئية إلى ظهور اختلافات في الحجم أو الشكل أو الحالة الفيزيولوجية.
يُلاحظ التبرعم في الكائنات الحية وحيدة الخلية مثل بعض الخمائر والأوليات، وكذلك في الكائنات متعددة الخلايا مثل بعض النباتات والحيوانات اللافقارية (الإسفنج، والهيدرا، والمرجان، وبعض أنواع قناديل البحر). ولذلك، فهي آلية واسعة الانتشار في الطبيعة، لا سيما في الأنواع التي تعيش ملتصقة بركيزة أو في البيئات المائية حيث يكون تبادل الأمشاج أكثر تكلفة.
التكاثر اللاجنسي
يتميز هذا النوع من التكاثر بأنه ينطوي على عائلة واحدةيتم التكاثر، في معظم الحالات، من خلال الانقسام المتساوي، حيث يحدث انقسام الخلية وينتج خليتين أو أكثر متطابقتين وراثيًا.
هو نوع من أنواع التكاثر التي لا يحدث إخصابوبالتالي، لا يحدث تبادل للحمض النووي بين الأفراد المختلفين. ويحتفظ الكائن الحي الجديد عمومًا بخصائص الكائن الذي نشأ منه. ولهذا السبب، نتحدث عن النسل المستنسخ أو من المستنسخات، أي النسخ الجينية للكائن الحي الأصلي.
توجد أنواع عديدة من النباتات التي تتكاثر جنسياً أو لا جنسياً، عن طريق البراعم أو الجذور تحت الأرض أو السيقان الزاحفة. وفي هذه الحالات، يمكن لنوع واحد أن يتناوب بين كلا النوعين من التكاثر. التكاثر اللاجنسي أن تتكاثر بسرعة عندما تكون الظروف مواتية و التكاثر الجنسي لتوليد التنوع الجيني عندما تكون البيئة أكثر قابلية للتغير.
تستطيع كائنات أخرى، مثل نجم البحر، التجدد بعد فقدان جزء من جسمها، والعديد من الكائنات الأخرى تستطيع ذلك. تتكاثر بكميات كبيرة عن طريق الانقسام اللاجنسي مرات عديدة. في العديد من اللافقاريات البحرية، تتحد عمليات التجدد والتجزئة والتبرعم كاستراتيجيات للتكاثر والبقاء.
إلى جانب التبرعم، يشمل التكاثر اللاجنسي عمليات أخرى بالغة الأهمية مثل: الانشطار الثنائي (وهو أمر شائع في بدائيات النوى مثل البكتيريا والعتائق)، التبوغ (موجود في الفطريات وبعض النباتات والبكتيريا)، تجزئة و التوالد العذريمن بين أمور أخرى. جميعهم يشتركون في سمة أساسية: يكفي فرد واحد إنتاج ذرية جديدة، دون الحاجة إلى شريك.
التكاثر الجنسي
يتميز التكاثر الجنسي بمشاركة خليتان نشأتا عن طريق الانقسام الاختزالي التي تتحد من خلال الإخصاب. تحتوي هذه الخلايا الجنسية أو الأمشاج (عادةً بويضة وحيوان منوي في الحيوانات، أو أمشاج ذكرية وأنثوية في النباتات) على نصف عدد الكروموسومات الموجودة لدى الفرد البالغ.
يجب على الوالدين المشاركة من ينقل الحمض النووي الخاص بهم توجد اختلافات جينية بين الآباء والأبناء، وكذلك بين الأبناء أنفسهم. ويعود هذا التباين إلى تضافر الجينات الذي يحدث أثناء الانقسام الاختزالي (عن طريق إعادة التركيب الجيني) والاتحاد العشوائي للأمشاج أثناء الإخصاب.
على الرغم من أن التكاثر الجنسي يتطلب المزيد من الطاقة والوقت (البحث عن شريك، وإنتاج الأمشاج، والمغازلة، والإخصاب، ونمو الجنين)، إلا أنه يتمتع بميزة عظيمة واحدة: يُنتج تنوعًا جينيًايزيد هذا التنوع من احتمالية وجود أفراد داخل مجموعة سكانية يتمتعون بخصائص تسمح لهم بالبقاء والتكاثر في ظل الظروف البيئية المتغيرة أو في مواجهة الأمراض الجديدة.
تتمتع بعض الكائنات الحية، كالخميرة، بالقدرة على التناوب بين التكاثر اللاجنسي (عن طريق التبرعم) والتكاثر الجنسي، تبعاً للظروف البيئية. ففي البيئات الغنية بالمغذيات، تميل هذه الكائنات إلى استخدام التكاثر اللاجنسي لسرعته، بينما في حالات الإجهاد أو الندرة، يمكنها تفعيل آليات التكاثر الجنسي لزيادة التنوع الجيني.
كيف تحدث عملية التبرعم؟
التكاثر اللاجنسي هو التكاثر الذي يحدث دون تفاعل بين فردين من النوع نفسه. تنقسم الخلايا عن طريق الانقسام المتساوي، حيث تُنسخ كل كروموسوم قبل انقسام النواة، وتتلقى كل خلية جديدة نفس المعلومات الوراثية. في حالة الكائنات وحيدة الخلية، يتشكل انتفاخ يُسمى البرعم في الخلية. جزء معين من غشاء البلازما. تنقسم نواة الخلية السلفية وتنتقل إحدى نوى الابنة إلى صفار البيض. في ظل ظروف مواتية ، يمكن للصفار إنتاج صفار آخر في نفس الوقت قبل أن ينفصل أخيرًا عن الخلية السلفية.
على المستوى أحادي الخلية، إنها عملية من الانقسام غير المتماثل يحدث هذا في بعض الكائنات وحيدة الخلية، مثل الخميرة. يتكون الكائن وحيد الخلية من خلية واحدة. ومن أمثلة الكائنات وحيدة الخلية البكتيريا، والطحالب المجهرية، وبعض الفطريات، والأوليات. على الرغم من أن الأمر قد يبدو مفاجئًا، تمثل الكائنات أحادية الخلية الغالبية العظمى من الكائنات الحية التي تسكن الأرض حاليًا، سواء من حيث عدد الأفراد أو من حيث اتساع نطاق الموائل المستعمرة.
تشير الخميرة أو التخمر إلى أي من الكائنات حقيقية النواة المختلفة، المصنفة على أنها فطريات، سواء كانت الفطريات الزقية أو الفطريات البازيدية كائنات مجهرية، ذات شكل وحيد الخلية في الغالب خلال دورة حياتها، وتتميز عمومًا بـ يتكاثر لا جنسيا عن طريق التبرعم أو الانشطار الثنائي، ومن خلال وجود أطوار جنسية غير ملتصقة بالثمرة. في هذه الكائنات الدقيقة، يعتمد قرار استخدام التكاثر اللاجنسي أو الجنسي على إشارات كيميائية وبيئية، مثل وجود المغذيات أو الفيرومونات التي تنتجها خلايا أخرى.
الانقسام الخيطي هو الانقسام الخلوي نفسه ، وينتج خليتان بنويتان متطابقتان وراثيًا.يمكن أن تحدث هذه العملية في خلايا كل من الأفراد أحاديي الصيغة الصبغية وثنائيي الصيغة الصبغية من حقيقيات النوى. وهي تضمن توزيع المادة الوراثية بالتساوي بين الخلايا الناتجة، مع الحفاظ على نفس عدد الكروموسومات الموجودة في الخلية الأم.
لذا، فهي عملية تكاثر الخلايا التي تتكون أساسًا من الانقسام الطولي للكروموسومات وفي انقسام النواة والسيتوبلازم، تتشكل خليتان بنويتان تحملان نفس عدد الكروموسومات ونفس المعلومات الوراثية للخلية الأم. وفي التبرعم، بعد هذا الانقسام المتساوي، تتوضع النواة التي ستهاجر إلى البرعم في موضع استراتيجي ضمن النتوء المتشكل.
التبرعم عملية تنقسم فيها النواة والسيتوبلازم، لكن النواة الناتجة تهاجر نحو غشاء الخلية، مكونةً بنية تشبه البرعم محاطة بالسيتوبلازم، مما ينتج عنه خليتان مختلفتان في الحجم. تحتفظ الخلية الأم بحجم أكبر، بينما تبدأ الخلية البنت أصغر حجماً، مع أنها قادرة تماماً على النمو والانقسام بشكل مستقل عندما تكون الظروف مناسبة.
تُعد عملية التبرعم شائعة في بوريفيرا، اللاسعات والبريوزواتتميز بعض أنواع الحيوانات بقدرتها على التبرعم الداخلي: براعم تنجو من الظروف غير المواتية بفضل غطاء واقٍ. في حالة إسفنج المياه العذبة، تحتوي البراعم على كبسولة واقية و يوجد في الداخل مادة احتياطيةمع حلول الربيع، تتلاشى الكبسولة الواقية، وتخرج الإسفنجة الجديدة من البرعم. أما في حيوانات البريوزوا التي تعيش في المياه العذبة، فتتكون طبقة من الكيتين والكالسيوم، ولا تحتاج إلى مواد احتياطية لأنها في حالة سبات.
في حيوانات مثل الهيدرا، وبوليبات قنديل البحر، والشعاب المرجانية، تتشكل البراعم على سطح جسم الكائن الأم، وتنمو، وفي كثير من الحالات تنفصل، مما يؤدي إلى ظهور أفراد مستقلة. أما في أنواع أخرى، فتبقى عدة أفراد ناتجة عن التبرعم متصلة، مما يؤدي إلى ظهور... مستعمرات معقدة حيث يتشارك الجميع نفس المادة الوراثية ولكن يمكنهم أداء وظائف متخصصة داخل المجموعة.
أنواع التبرعم وأنواع أخرى من التكاثر اللاجنسي
توجد عدة أنواع من التكاثر اللاجنسي. وتشمل هذه الأنواع: براعمحيث ينمو النسل داخل جسم النبات الأم (كما هو الحال في نبات الموز، على سبيل المثال). وهناك نوع آخر من خلال البراعم الجرثومية (الجيمولات)، حيث يطلق الكائن الأصلي كتلة من الخلايا المهارات المتخصصة التي تصبح فردًا جديدًا.
وفي السياق الأوسع للتكاثر اللاجنسي، نجد أيضاً:
- الانشطار الثنائي: وهي سمة مميزة للكائنات بدائية النواة مثل البكتيريا والعتائق. وتتألف من تضاعف المادة الوراثية والانقسام المتماثل للخلية الأم إلى خليتين بنتين متساويتين في الحجم.
- التجرثم: تتواجد هذه المواد في جميع أنواع الفطريات تقريبًا، وبعض النباتات (مثل السرخسيات)، وبعض أنواع البكتيريا. وهي تُشكّل أبواغ مقاومة محاطة بجدار سميك يسمح لها بالبقاء على قيد الحياة في البيئات المعادية والإنبات عندما تتحسن الظروف.
- التجزئة والتجديد: ينقسم الكائن الحي إلى عدة أجزاء، يمكن لكل منها أن يتجدد ليصبح فرداً كاملاً. يحدث هذا، على سبيل المثال، في الديدان المسطحة ونجم البحر.
- التوالد العذري: آليةٌ يتطور من خلالها فردٌ جديدٌ من خلايا جنسية أنثوية غير مخصبة. تحدث هذه الآلية في بعض اللافقاريات (الحشرات، والروتيفيرات، والديدان المسطحة) وفي أنواع معينة من الفقاريات مثل الأسماك والبرمائيات وبعض الزواحف.
على الرغم من أن كل هذه الآليات تُنتج ذريةً مشابهةً وراثيًا للوالدين، التزهير يتميز هذا التصميم ببساطته الهيكلية وبإمكانية تشكيله في كثير من الحالات المستعمراتكما لوحظ في بعض اللاسعات والإسفنج. علاوة على ذلك، يمكن أن يحدث التبرعم في أشكال خارجية أو داخلية (على سبيل المثال، البراعم في الإسفنج)، مما يوفر مزايا مختلفة اعتمادًا على الموطن ودورة حياة الأنواع.
التكاثر اللاجنسي في النباتات
يحدث هذا في النباتات عندما ينقسم جزء منها (الساق، الفرع، البرعم، الدرنة، الجذمور، إلخ) وينمو بشكل منفصل ليصبح نباتًا جديدًا. وهو ظاهرة واسعة الانتشار ولها أشكال عديدة ومتنوعة، منها:
- الطعوم: يتم إدخال جزء من ساق نبات ما (التطعيم) في ساق أو جذع نبات من نفس النوع أو من نوع مختلف ولكنه متوافق. ويُستخدم هذا الأسلوب عادةً في أشجار الفاكهة أو نباتات الزينة لـ تنوعات متعددة من الاهتمامات وتحسين الإنتاج.
- الرهانات: تتضمن عملية الإكثار بالعُقل قطع جزء من الساق مع البراعم ودفنه. ثم يُنتظر حتى تنبت الجذور. ينتج عن ذلك نبات جديد، وهي طريقة شائعة الاستخدام للشجيرات ونباتات الزينة.
- قطع أو شرائح: تُحضّر السيقان في أوعية تحتوي على الماء أو التربة الرطبة، حيث تُكوّن جذورًا جديدة، وبعد ذلك يمكن زراعتها. هذه طريقة شائعة جدًا لإكثار نباتات الزينة المنزلية والأنواع التي تتجذر بسهولة.
- زراعة الأنسجة: تتم عملية الزراعة في وسط خالٍ من الكائنات الدقيقة باستخدام محاليل مغذية وهرمونات نباتية، والتي تحفز نمو الجذور والسيقان والأوراق من جزء نباتي. تسمح هذه التقنية قم بإكثار آلاف النباتات المتطابقة من نسخة واحدة.
- طبقة: تتضمن هذه العملية دفن جزء من النبات وانتظار تجذره، ثم يُقطع ويُزرع في مكان آخر؛ وتُستخدم هذه الطريقة، على سبيل المثال، في زراعة العنب وبعض النباتات المتسلقة.
- التجرثم: نوع من التكاثر عن طريق الأبواغ، وهو شائع في السرخسيات والطحالب والنباتات الأخرى التي لا تنتج بذورًا.
في العديد من النباتات، يتجلى التبرعم من خلال براعم إبطية أو طرفية يمكن لهذه الفروع أن تُنبت نموًا جديدًا، وفي بعض الحالات، نباتات كاملة إذا تم فصلها وتجذيرها. ومن الأمثلة الشائعة على ذلك بعض النباتات العصارية والصبار، حيث يمكن أن تُصبح فروعها الجانبية نباتات جديدة إذا وُضعت على تربة مناسبة.
ومن الأمثلة الأخرى على النباتات التي تتكاثر لا جنسياً (إما عن طريق التبرعم المتضخم أو البراعم أو الهياكل المعدلة) ما يلي: زهور التوليب، والزنابق، والبطاطا، والفراولةفي البطاطس، تخزن الدرنات الاحتياطيات وتنبت لتصبح نباتات جديدة؛ وفي الفراولة، تولد السيقان الزاحفة نباتات جديدة عن طريق التجذير في نقاط مختلفة في التربة.
مزايا وعيوب التكاثر اللاجنسي
يُعد التكاثر اللاجنسي أكثر فعالية للكائنات الحية التي تبقى في مكان واحد ولا تنتقل بحثًا عن شريك، أو التي تعيش في بيئات مستقرة نسبياًإنها الطريقة التي تستخدمها العديد من الكائنات الحية البسيطة، مثل البكتيريا والعديد من الفطريات والبروتوزوا والنباتات التي تستعمر بسرعة بيئة معينة.
ومع ذلك، فإن التكاثر اللاجنسي لا يؤدي إلى اختلافات جينية كبيرة بين الكائنات الحية، وهذا يعني أن يمكن تدمير مجموعات بأكملها بسبب المرض أو التغيرات المفاجئة في البيئة. ولأنها تشترك في نفس النمط الجيني، فإذا أثر تهديد ما على فرد واحد، فمن المرجح جدًا أن يؤثر على معظم نسخه بنفس الطريقة.
ميزة
ومن بين المزايا البيولوجية التي ينطوي عليها ذلك ما يلي: سرعة التقسيم وبساطتها، حيث لا يتعين على الكائنات الحية إنتاج الخلايا الجنسية أو إنفاق الطاقة على العمليات التي تسبق الإخصاب (البحث عن شريك، والمغازلة، والتقاء الأمشاج، وما إلى ذلك).
وبهذه الطريقة، يمكن للفرد المعزول أن ينتج عددًا كبيرًا من النسل، عن طريق وسائل مثل تكوين الأبواغ اللاجنسية، أو الانشطار العرضي، أو التبرعم؛ تسهيل الاستعمار السريع للأراضي الجديدةفي البيئات التي تظل مستقرة لفترات طويلة، يمكن أن تكون هذه الاستراتيجية فعالة للغاية في شغل المساحة المتاحة والاستفادة من الموارد.
في حالة التبرعم تحديداً، تتمثل ميزة أخرى في أنه في العديد من الحيوانات والنباتات، يمكن للنسل أن ابقوا معاً إلى الأم، وتشكيل مستعمرات تفيد بعضها البعض: فهي تتشارك في العناصر الغذائية والحماية، وأحيانًا في وظائف متخصصة (على سبيل المثال، في المرجان وبعض اللاسعات المستعمرة).
عيوب
لكن عيبها الرئيسي هو إنتاج النسل. بدون تنوع وراثيتُعتبر هذه الأفراد مستنسخة، لأن جميعها متطابقة جينيًا مع والديها ومع بعضها البعض. لا يستطيع الانتخاب الطبيعي "اختيار" الأفراد الأكثر تكيفًا (لأن جميعها متكيفة بالتساوي ضمن بيئة معينة)، وقد لا تتمكن هذه الأفراد المستنسخة من البقاء على قيد الحياة في بيئة متغيرة ومعادية، لأنها تفتقر إلى المعلومات الوراثية اللازمة للتكيف مع هذا التغيير.
لذلك، قد ينقرض هذا النوع ما لم يوجد فرد يحمل تركيبة جينية مواتية نتيجة طفرات عفوية. ورغم أن الطفرات تُحدث بعض التباين حتى في التجمعات اللاجنسية، إلا أن هذا التباين أقل ويتراكم بوتيرة أبطأ منه في التجمعات التي تتكاثر جنسيًا.
ومن الجوانب المهمة الأخرى أن التكاثر اللاجنسي لا يسمح بـ إعادة ترتيب الجينات والتي تحدث أثناء الانقسام الاختزالي والإخصاب، وهي آلية يمكنها في التكاثر الجنسي القضاء على التركيبات غير المواتية وتفضيل التركيبات الجديدة المفيدة.
أمثلة على التبرعم
في بعض الحيوانات متعددة الخلايا ، مثل تجاويف الأمعاء والإسفنج والتونيكات ، يتم إجراء الانقسام الخلوي بواسطة البراعم. هذه تنشأ في جسم الكائن الأم ثم منفصلة لتتطور ككائنات جديدة مطابق للأول. هذه العملية ، المعروفة باسم التبرعم ، مماثلة لعملية التكاثر الخضري للنباتات.
من الأمثلة البارزة للكائنات الحية التي تتكاثر عن طريق التبرعم ما يلي:
- الإسفنج المائي. تشكل براعم خارجية أو داخلية (براعم صغيرة) تسمح لها بالبقاء على قيد الحياة في الظروف المعاكسة والانتشار إلى أماكن جديدة في البيئة المائية.
- أنواع معينة من فطريات الخميرة. تتشكل فيها براعم صغيرة على سطح الخلية الأم، وتنمو، وتنفصل في النهاية كخلايا مستقلة.
- بعض أنواع قنديل البحر. في دورة حياتها، يمكن للبوليبات أن تنتج قناديل البحر عن طريق التبرعم، مما يؤدي إلى توليد المرحلة التكاثرية المتحركة.
- هيدراس. تُنتج هذه اللاسعات التي تعيش في المياه العذبة نتوءات صغيرة تنمو وتصبح مستقلة كأفراد جديدة.
- الشعاب المرجانية. من خلال التبرعم، يمكن للبوليب أن يُنتج العديد من البوليبات الأخرى، التي تبقى معًا وتشكل مستعمرات يمكن أن تُنتج، بمرور الوقت، الشعاب المرجانية.
كما لوحظت أمثلة على التبرعم في الكائنات وحيدة الخلية، مثل بعض البكتيريا وبعض الطلائعيات (على سبيل المثال، بعض السوطيات الدوارة)، مما يدل على أن هذه الآلية نشأت بشكل مستقل في العديد من المجموعات التطورية نظرًا لفعاليتها في مضاعفة الأفراد عندما تكون البيئة مواتية.
يمثل التبرعم، إلى جانب آليات أخرى لا جنسية، استراتيجية فعالة للغاية لـ توسع سريع وهائل على الرغم من أن التكاثر اللاجنسي يقلل من التنوع الجيني للأنواع، إلا أنه في المقابل يوفر التنوع الجيني اللازم لتكيف التجمعات السكانية على المدى الطويل مع التغيرات البيئية. ويتيح الفهم الشامل لكلا نوعي التكاثر فهمًا أفضل لديناميكيات التجمعات السكانية الطبيعية، ووظائف النظم البيئية، وحتى العمليات ذات الأهمية الطبية الحيوية والتقنية الحيوية، لا سيما في حالة الكائنات الدقيقة كالخمائر.