SINH SẢN HỮU TÍNH: ĐẶC ĐIỂM, CHỦNG LOẠI, THỰC VẬT, ĐỘNG VẬT - SINH HỌC - 2026

Sinh sản hữu tính là sự nhân lên của các cá thể từ hai cá thể bố mẹ có giới tính khác nhau: đực và cái - ngoại trừ khi đề cập đến sinh sản hữu tính ở vi khuẩn hoặc động vật nguyên sinh, ở đó không có sự phân biệt giới tính. Đó là một quá trình phân bố rộng rãi ở sinh vật nhân thực.

Mỗi cá thể tham gia sinh sản hữu tính tạo ra một loại tế bào dòng mầm chuyên biệt: tinh trùng và trứng. Đây là do một loại phân chia tế bào chuyên biệt, được gọi là meiosis. Sự kiện này là sự khác biệt cốt yếu giữa sinh sản vô tính và hữu tính.

Nguồn: Bởi Manojiritty, từ Wikimedia Commons

Quá trình này bắt đầu bằng sự kết hợp của hai giao tử để tạo ra một hợp tử. Sau đó, hợp tử sinh ra một cá thể mới với các đặc điểm của cả bố và mẹ của nó và với một số đặc điểm riêng biệt.

Do tính chất phổ biến của quá trình này, chúng tôi suy ra rằng sinh sản hữu tính có một loạt các ưu điểm so với sinh sản vô tính. Tuy nhiên, những nhược điểm có thể có của sinh sản hữu tính là đáng chú ý hơn: thời gian và năng lượng đầu tư vào việc tìm kiếm bạn tình, cạnh tranh con cái, chi phí tạo ra các giao tử không được thụ tinh, trong số những người khác.

Chi phí dường như rất cao, vì vậy chúng phải có những lợi thế đáng kể để giúp bù đắp nó. Những lợi ích của sinh sản hữu tính đã là một chủ đề tranh cãi và tranh luận của các nhà sinh học tiến hóa.

Một giả thuyết cho rằng sinh sản hữu tính là có lợi vì nó tạo ra các giống mà trong thời gian môi trường thay đổi, có thể có lợi cho loài. Trên thực tế, việc tạo ra các biến dị di truyền là một trong những lợi thế do giới tính mang lại.

Mặt khác, một số nhà nghiên cứu đề xuất rằng sinh sản hữu tính, cụ thể là tái tổ hợp, đã được lựa chọn như một cơ chế sửa chữa DNA. Tuy nhiên, mức độ phổ biến của quan hệ tình dục, bất chấp chi phí của nó, vẫn chưa được biết rõ.

Đặc điểm chung

Giới tính là một hiện tượng phức tạp rất khác nhau giữa các đơn vị phân loại sinh vật nhân thực. Nhìn chung, chúng ta có thể hiểu nó là một quá trình bao gồm ba bước: sự dung hợp của hai nhân đơn bội, hiện tượng tái tổ hợp tạo ra kiểu gen mới và sự phân chia của các tế bào lưỡng bội để tạo thành nhân đơn bội.

Theo quan điểm này, giới tính ở sinh vật nhân thực phụ thuộc vào một chu kỳ sống, trong đó tế bào lưỡng bội phải phân chia theo phương thức phân bào. Quá trình phân chia meiotic này chịu trách nhiệm phân phối vật chất di truyền của các giao tử trong tương lai.

Meiosis nhằm mục đích phân tách các nhiễm sắc thể tương đồng, theo cách mà mỗi giao tử có một nửa số nhiễm sắc thể soma. Ngoài việc giảm tải di truyền, trong meiosis còn xảy ra sự trao đổi vật chất giữa các chromatid không phải chị em, tạo ra các tổ hợp hoàn toàn mới.

Giao tử

Giao tử là tế bào sinh dục của sinh vật được tạo ra do nguyên phân và chứa một nửa tải lượng di truyền, tức là chúng đơn bội.

Các giao tử khác nhau ở cả thực vật và động vật, và được phân thành ba loại cơ bản tùy thuộc vào kích thước và khả năng di chuyển tương đối của chúng: đẳng giao, dị giao tử và giao tử.

Giao phối là hình thức sinh sản hữu tính mà các giao tử hợp nhất để tạo ra cá thể mới giống hệt nhau về kích thước, khả năng di chuyển và cấu trúc. Isogamy được biểu hiện chủ yếu ở thực vật.

Ngược lại, dị giao tử bao gồm sự kết hợp của hai giao tử khác nhau về kích thước và cấu trúc. Một kiểu dị giao đặc biệt là giao tử đực, trong đó các giao tử đực có kích thước tương đối nhỏ và số lượng dồi dào. Những con cái dễ thấy hơn nhiều và được sản xuất với số lượng ít hơn.

Sinh sản hữu tính ở động vật

Trong giới động vật, sinh sản hữu tính là hiện tượng phân bố rộng rãi giữa các thành viên trong nhóm.

Hầu như tất cả động vật không xương sống và động vật có xương sống đều sở hữu giới tính trong các sinh vật riêng biệt - tức là chúng ta có thể phân biệt một cá thể đực và một cá thể cái trong một loài. Tình trạng này được gọi là dioecious, một thuật ngữ có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp là "hai ngôi nhà"

Ngược lại, có một số loài ít hơn có giới tính trong cùng một cá thể được gọi là đơn tính: “một ngôi nhà”. Những con vật này còn được gọi là loài lưỡng tính.

Sự phân biệt giữa các giới không được quy định bởi các đặc điểm hình thái về kích thước hay màu sắc, mà bởi loại giao tử mà mỗi giới tạo ra.

Những con cái tạo ra noãn, có đặc điểm là kích thước lớn và khả năng bất động của chúng. Mặt khác, tinh trùng được tạo ra bởi con đực với số lượng lớn hơn, chúng nhỏ hơn nhiều và có cấu trúc đặc biệt để di chuyển và thụ tinh với noãn.

Tiếp theo chúng ta sẽ mô tả các cơ quan sinh dục đặc trưng của động vật và sau đó chúng ta sẽ trình bày chi tiết quá trình sinh sản ở từng nhóm động vật.

Cấu trúc liên quan đến sinh sản

Các tế bào chuyên biệt để sinh sản hữu tính - trứng và tinh trùng - được sản xuất trong các mô cụ thể gọi là tuyến sinh dục.

Ở nam giới, tinh hoàn chịu trách nhiệm sản xuất tinh trùng, trong khi các giao tử cái được hình thành trong buồng trứng.

Các tuyến sinh dục được coi là cơ quan sinh dục chính. Các cơ quan sinh dục phụ có mặt trong một nhóm metazoan quan trọng có nhiệm vụ nhận và chuyển trứng và tinh trùng. Ở phụ nữ, chúng tôi tìm thấy âm đạo, vòi tử cung hoặc ống dẫn trứng và tử cung, trong khi ở nam giới có dương vật.

Cực phẩm

Porifers thường được gọi là bọt biển và có thể sinh sản cả hữu tính và vô tính. Ở hầu hết các loài, quá trình tạo giao tử đực và cái diễn ra ở một cá thể duy nhất.

Choanocytes là một loại tế bào đặc biệt của dòng này, có thể biến đổi thành tinh trùng. Trong các nhóm khác, các giao tử có thể có nguồn gốc từ nguyên bào.

Nhiều loài là viviparous, điều này chỉ ra rằng sau hiện tượng thụ tinh, hợp tử được sinh vật bố mẹ giữ lại cho đến khi xuất hiện sự phóng thích của ấu trùng. Ở những loài này, tinh trùng được phóng vào nước và được một miếng bọt biển khác đưa lên.

Cnidarians

Cnidarians là sinh vật biển bao gồm sứa và các loài tương tự. Những loài động vật này có hai hình thái: hình thái đầu tiên là đa polyp và được đặc trưng bởi lối sống không cuống, trong khi hình thái thứ hai là sứa có khả năng di chuyển và nổi.

Polyp thường sinh sản vô tính bằng quá trình nảy chồi hoặc phân hạch. Sứa là loài đơn tính và sinh sản hữu tính. Vòng đời trong nhóm này rất thay đổi.

Acelomorphs và giun dẹp

Giun dẹp, chẳng hạn như giun dẹp, chủ yếu được biết đến với khả năng tái sinh và tạo ra nhiều dòng vô tính từ một cá thể duy nhất.

Hầu hết các loài động vật dạng giun đũa này là đơn tính cùng gốc. Tuy nhiên, họ đang tìm bạn tình để thực hiện việc thụ tinh chéo.

Hệ thống sinh sản của nam giới bao gồm một số tinh hoàn và một cấu trúc giống như nhú tương tự như dương vật của động vật có xương sống phức tạp.

Động vật thân mềm

Hầu hết các loài động vật thân mềm đều đơn tính và sự sinh sản của chúng tạo ra một ấu trùng bơi tự do gọi là trocófera (rất giống với ấu trùng hiện diện trong loài annelids) và thay đổi tùy theo loài nhuyễn thể.

Tương tự, loài annelid có giới tính riêng biệt và ở một số loài chúng có các tuyến sinh dục xuất hiện tạm thời.

Động vật chân đốt

Động vật chân khớp là một nhóm động vật vô cùng đa dạng, đặc trưng bởi bộ xương ngoài bao gồm kitin và các phần phụ có khớp. Dòng dõi này bao gồm các loài giáp xác, giáp xác, động vật giáp xác và động vật chân sáu.

Các giới nhìn chung tách biệt nhau, các cơ quan chuyên sinh sản xuất hiện thành từng cặp. Hầu hết các loài đều có thụ tinh trong. Chúng có thể đẻ trứng, đẻ trứng, hoặc đẻ trứng.

Da gai

Da gai bao gồm sao biển, hải sâm, nhím biển, và các loại tương tự. Mặc dù có một số loài lưỡng tính, hầu hết đều có đặc điểm là có giới tính riêng biệt. Các tuyến sinh dục là những cấu trúc lớn, các ống dẫn đơn giản và không có các cơ quan giao cấu phức tạp.

Sự thụ tinh xảy ra bên ngoài và một ấu trùng phát triển hai bên có thể di chuyển tự do trong vùng nước. Một số loài có sự phát triển trực tiếp.

Hợp âm

Hầu hết các giới tính là riêng biệt. Trong nhóm này, chúng tôi tìm thấy các cơ quan phức tạp hơn để sinh sản. Mỗi lần quan hệ tình dục đều có các tuyến sinh dục với các ống dẫn hướng các sản phẩm của chúng đến một ống dẫn tinh hoặc một số lỗ đặc biệt nằm gần hậu môn. Tùy từng nhóm mà sự thụ tinh có thể là bên ngoài hoặc bên trong.

Quá trình sinh sản ở động vật

Quá trình sinh sản là một hiện tượng đại diện rộng rãi trong giới động vật, chủ yếu ở động vật không xương sống và một số động vật có xương sống, cho phép tạo ra một cá thể mới với cha hoặc mẹ duy nhất. Mặc dù là hình thức sinh sản vô tính nhưng một số kiểu sinh sản đơn tính được coi là kiểu sinh sản hữu tính.

Trong quá trình sinh sản sinh học, trứng được hình thành bởi quá trình meiosis và có thể có hoặc không được thụ tinh bởi tinh trùng của nam giới.

Trong một số trường hợp, trứng phải được kích hoạt bởi giao tử đực. Trong trường hợp này, không có sự hợp nhất của cả hai nhân, vì vật chất di truyền từ tinh trùng bị loại bỏ.

Tuy nhiên, ở một số loài, noãn có thể phát triển tự phát mà không cần đến quá trình kích hoạt.

Sinh sản hữu tính ở thực vật

Tương tự như trường hợp của động vật, thực vật có thể trải qua quá trình sinh sản hữu tính. Nó bao gồm sự kết hợp của hai giao tử đơn bội sẽ làm phát sinh một cá thể mới với các đặc điểm di truyền độc đáo.

Thực vật có thể có các cơ quan đực và cái trong một cá thể riêng lẻ hoặc chúng có thể tách rời nhau. Ở dưa chuột và hoa sưa, các giới được tách biệt nhau, trong khi ở hoa hồng và dạ yến thảo, các giới ở cùng nhau.

Hoa

Cơ quan phụ trách quá trình sinh sản hữu tính là hoa. Các cấu trúc chuyên biệt này có các vùng không tham gia trực tiếp vào quá trình sinh sản: đài hoa và tràng hoa, và các cấu trúc hoạt động sinh dục: androecium và gynoecium.

Androecium là cơ quan sinh sản của nam giới bao gồm một nhị, lần lượt được chia thành một sợi và một bao phấn. Vùng cuối cùng này chịu trách nhiệm sản xuất hạt phấn.

Các vòi trứng là cơ quan hoa cái và được tạo thành từ các đơn vị gọi là lá noãn. Cấu trúc tương tự như một “bầu” thuôn dài và được chia thành các đầu nhụy, kiểu dáng và cuối cùng là bầu nhụy.

Thụ phấn

Quá trình sinh sản hữu tính ở thực vật xảy ra chủ yếu thông qua quá trình thụ phấn, bao gồm quá trình vận chuyển hạt phấn từ bao phấn đến đầu nhụy.

Sự thụ phấn có thể xảy ra ở cùng một loài hoa (các hạt phấn đi đến cơ quan cái của cùng một cây) hoặc có thể xảy ra chéo, nơi các hạt phấn thụ tinh cho một cá thể khác.

Ở hầu hết các loài thực vật, sự can thiệp của động vật là cần thiết để thực hiện quá trình thụ phấn. Chúng có thể là động vật không xương sống như ong hoặc côn trùng khác hoặc động vật có xương sống như chim và dơi. Cây cung cấp mật hoa cho người thụ phấn như một phần thưởng và chúng có nhiệm vụ phân tán phấn hoa.

Các cấu trúc hoa không tham gia trực tiếp vào quá trình sinh sản là tràng hoa và đài hoa. Đây là những lá đã biến đổi, trong nhiều trường hợp có màu sắc tươi sáng và rực rỡ, có nhiệm vụ thu hút các loài thụ phấn tiềm năng về mặt hình ảnh hoặc hóa học.

Tương tự, một số loài thực vật không cần động vật thụ phấn và sử dụng gió hoặc nước để phân tán phấn hoa.

Bón phân, hạt và quả

Quá trình này bắt đầu với sự xuất hiện của các hạt phấn đến đầu nhụy của hoa. Chúng di chuyển theo kiểu cho đến khi chúng tìm thấy buồng trứng.

Sự thụ tinh kép là đặc trưng của thực vật có hoa và duy nhất ở tất cả các sinh vật. Hiện tượng xảy ra như sau: một nhân của tinh trùng hợp nhất với noãn, và một nhân khác của tinh trùng hợp nhất thành một phôi lưỡng bội của thể bào tử.

Kết quả của sự kiện thụ tinh bất thường này là nội nhũ tam bội sẽ hoạt động như một mô dinh dưỡng cho sự phát triển của sinh vật. Khi noãn trưởng thành thành công, chúng sẽ biến đổi thành hạt. Trái lại, trái cây được hình thành bởi các buồng trứng trưởng thành.

Trái cây có thể được phân loại là đơn giản nếu nó xuất phát từ một buồng trứng trưởng thành và được bổ sung nếu nó phát triển từ một số buồng trứng, chẳng hạn như dâu tây.

Sinh sản hữu tính ở vi khuẩn

Vi khuẩn chủ yếu được biết đến với khả năng sinh sản vô tính.

Trong dòng sinh vật nhân sơ này, một cá thể có khả năng phân chia làm hai bằng một quá trình gọi là phân hạch nhị phân. Tuy nhiên, có một loạt cơ chế ở vi khuẩn gợi nhớ đến sinh sản hữu tính vì có sự trao đổi vật chất di truyền.

Cho đến giữa những năm 1940, người ta cho rằng vi khuẩn chỉ sinh sản vô tính. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu Joshua Lederberg và Edward Tatum đã bác bỏ niềm tin này thông qua một thí nghiệm khéo léo sử dụng vi khuẩn E. coli với các yêu cầu chế độ ăn uống khác nhau làm mô hình.

Thí nghiệm bao gồm một chủng A phát triển trong môi trường tối thiểu với methionine và biotin, và chủng B chỉ phát triển trong môi trường có threonine, leucine và thiamine. Nói cách khác, mỗi dòng mang một đột biến ngăn cản nó tổng hợp các hợp chất này, do đó chúng phải được tổng hợp trong môi trường nuôi cấy.

Khi các khuẩn lạc tiếp xúc trong một vài giờ, các cá thể có được khả năng tổng hợp các chất dinh dưỡng mà trước đây chúng không thể. Do đó, Lederberg và Tatum đã chứng minh rằng có một quá trình trao đổi DNA tương tự như quá trình sinh sản hữu tính và gọi nó là sự tiếp hợp.

Sự kết hợp

Quá trình tiếp hợp xảy ra thông qua một cấu trúc giống cầu được gọi là pili sinh dục, liên kết vật lý hai vi khuẩn với nhau và cho phép chúng trao đổi DNA.

Vì vi khuẩn không có giới tính lưỡng hình nên chúng ta không thể nói về nam và nữ. Tuy nhiên, chỉ có một loại có thể tạo ra pili và chúng có các đoạn DNA đặc biệt được gọi là yếu tố F, cho "khả năng sinh sản". Yếu tố F sở hữu các gen sản xuất pili.

DNA tham gia trao đổi không nằm trong nhiễm sắc thể đơn của vi khuẩn. Thay vào đó, nó là một phần tròn cô lập được gọi là plasmid, có hệ thống sao chép riêng của nó.

Chuyển đổi

Ngoài quá trình tiếp hợp, có những quá trình khác mà vi khuẩn có thể lấy thêm DNA và có đặc điểm là đơn giản hơn quá trình tiếp hợp. Một trong số đó là sự biến nạp, bao gồm việc lấy DNA trần từ môi trường bên ngoài. Đoạn DNA ngoại sinh này có thể được tích hợp vào nhiễm sắc thể của vi khuẩn.

Cơ chế chuyển hoá đi vào khái niệm sinh sản hữu tính. Mặc dù vi khuẩn lấy DNA tự do, nhưng vật liệu di truyền này phải đến từ một sinh vật khác - ví dụ một vi khuẩn đã chết và giải phóng DNA của nó vào môi trường.

Truyền tải

Cơ chế thứ ba và cuối cùng được biết đến ở vi khuẩn để có được DNA ngoại lai là sự tải nạp. Điều này ngụ ý có sự tham gia của một loại virut lây nhiễm vi khuẩn: vi khuẩn.

Trong quá trình tải nạp, vi rút lấy một phần DNA của vi khuẩn và khi nó lây nhiễm vi khuẩn, một sự khác biệt có thể truyền đoạn này cho nó. Một số tác giả sử dụng thuật ngữ "sự kiện sinh sản vô tính" để chỉ ba cơ chế này.

Quan điểm tiến hóa

Sự phổ biến của sinh sản hữu tính ở các sinh vật là một thực tế đáng chú ý. Do đó, một trong những câu hỏi lớn nhất trong sinh học tiến hóa là tại sao quan hệ tình dục lại được lan truyền trên nhiều dòng giống như vậy nếu nó là một hoạt động tốn kém năng lượng - và trong một số trường hợp thậm chí còn nguy hiểm.

Các lực chọn lọc dẫn đến sinh sản hữu tính ở sinh vật nhân chuẩn được nghi ngờ là giống với các lực duy trì quá trình sinh sản vô tính được mô tả ở vi khuẩn.

Chi phí tình dục

Trong ánh sáng của sự tiến hóa, thuật ngữ "thành công" đề cập đến khả năng của một cá nhân để truyền gen của họ cho thế hệ tiếp theo. Nghịch lý thay, tình dục là một quá trình không đáp ứng đầy đủ định nghĩa này, vì một loạt các chi phí liên quan đến sinh sản.

Sinh sản hữu tính liên quan đến việc tìm kiếm bạn đời và trong hầu hết các trường hợp, nhiệm vụ này không hề tầm thường. Phải đầu tư một lượng lớn thời gian và năng lượng cho nỗ lực này sẽ quyết định sự thành công của thế hệ con cái - về mặt tìm kiếm "người bạn đời lý tưởng".

Các con vật thể hiện một loạt các nghi thức để thu hút bạn tình tiềm năng của chúng và trong một số trường hợp, chúng phải chiến đấu để lộ mạng sống của chính mình để đạt được giao cấu.

Ngay cả ở cấp độ tế bào, giới tính cũng rất tốn kém, vì quá trình phân chia theo meiosis mất nhiều thời gian hơn so với nguyên phân. Vậy tại sao phần lớn sinh vật nhân thực lại sinh sản hữu tính?

Có hai lý thuyết cơ bản. Một lý thuyết liên quan đến sự dung hợp tế bào như một cơ chế truyền theo chiều ngang của một yếu tố di truyền "ích kỷ", trong khi lý thuyết thứ hai đề xuất tái tổ hợp như một cơ chế sửa chữa DNA. Dưới đây chúng tôi sẽ mô tả ưu và nhược điểm của từng lý thuyết:

Lợi ích tình dục

Để trả lời câu hỏi này, chúng ta phải tập trung vào những lợi ích có thể có của sinh sản hữu tính ở sinh vật nhân thực đầu tiên.

Sự hợp nhất của các giao tử để tạo thành hợp tử dẫn đến sự kết hợp của hai bộ gen khác nhau có khả năng bù trừ các gen khiếm khuyết có thể có trong một bộ gen này bằng một bản sao bình thường của bộ gen kia.

Ví dụ, ở người, chúng ta thừa kế một bản sao từ mỗi cha mẹ. Nếu chúng ta thừa hưởng một gen khiếm khuyết từ mẹ, thì gen bình thường từ bố có thể bù đắp cho nó (trong trường hợp bệnh lý hoặc bệnh tật chỉ biểu hiện dưới dạng đồng hợp tử lặn).

Lý thuyết thứ hai - không trực quan như lý thuyết đầu tiên - đề xuất rằng meiosis hoạt động như một cơ chế sửa chữa trong DNA. Thiệt hại đối với vật chất di truyền là một vấn đề mà tất cả các sinh vật phải đối mặt. Tuy nhiên, có những sinh vật chỉ sinh sản vô tính và DNA của chúng không bị tổn thương đặc biệt.

Một giả thuyết khác cho rằng giới tính có thể đã tiến hóa như một sự thích nghi ký sinh giữa các yếu tố di truyền ích kỷ, để được phân phối cho các dòng di truyền khác. Một cơ chế tương tự đã được chứng minh ở E. coli.

Mặc dù có thể có những lời giải thích, nhưng sự tiến hóa của giới tính vẫn là một chủ đề tranh luận sôi nổi giữa các nhà sinh học tiến hóa.

Lựa chọn giới tính

Lựa chọn giới tính là một khái niệm do Charles Darwin đưa ra chỉ áp dụng cho các quần thể sinh sản hữu tính. Nó được sử dụng để giải thích sự hiện diện của các hành vi, cấu trúc và các thuộc tính khác mà sự tồn tại của chúng không thể được hình thành bởi chọn lọc tự nhiên.

Ví dụ, bộ lông rất sặc sỡ và có phần hơi “phóng đại” của chim công không mang lại lợi ích trực tiếp cho cá thể, vì nó khiến những kẻ săn mồi tiềm năng dễ nhìn thấy hơn. Hơn nữa, nó chỉ xuất hiện ở nam giới.

Người giới thiệu

1. Colegrave, N. (2012). Sự thành công trong tiến hóa của tình dục: Loạt bài Khoa học & Xã hội về Tình dục và Khoa học. Báo cáo EMBO, 13 (9), 774-778.
2. Crow, JF (1994). Ưu điểm của sinh sản hữu tính. Di truyền học phát triển, 15 (3), 205-213.
3. Freeman, S., & Herron, JC (2002). Phân tích tiến hóa. Sảnh Prentice.
4. Goodenough, U., & Heitman, J. (2014). Nguồn gốc sinh sản hữu tính ở sinh vật nhân chuẩn. Các quan điểm của Cold Spring Harbor trong Sinh học, 6 (3), a016154.
5. Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC, & Garrison, C. (2001). Nguyên lý tổng hợp của động vật học. New York: McGraw-Hill.
6. Leonard, J., & Córdoba-Aguilar, A. (Eds.). (2010). Sự tiến hóa của các nhân vật sinh dục sơ cấp ở động vật. Nhà xuất bản Đại học Oxford.
7. Sawada, H., Inoue, N., & Iwano, M. (2014). Sinh sản hữu tính ở động vật và thực vật. Springer-Verlag GmbH.