Reproducerea la vertebrate

Vertebratele se reproduc sexuat, dar felul în care gameții se întâlnesc și cum se dezvoltă embrionul diferă. La multe specii de pești și amfibieni, fecundația are loc în apă, în afara corpului. La reptile, păsări și mamifere, fecundația este internă. Ouăle unor vertebrate conțin învelișuri și rezerve care protejează și hrănesc embrionul. La mamiferele placentare, embrionul și fătul se dezvoltă în corpul mamei, iar placenta susține schimburile cu organismul ei.

Aceste exemple nu împart animalele în grupe „mai bune” și „mai slabe”. Fiecare mod de reproducere are avantaje și costuri în mediul său. Numărul de urmași, protecția lor și îngrijirea parentală variază între specii. Nu presupune că toți peștii au fecundație externă sau că toate mamiferele nasc pui complet dezvoltați; există excepții. Pentru o comparație corectă, notează mediul, locul fecundației, sursa hranei embrionului și forma de protecție. Lecțiile Sistemul reproducător al omului și Dezvoltarea embrionară și fetală prezintă exemplul uman, care este unul dintre numeroasele modele întâlnite la vertebrate.

La broască, dezvoltarea se urmărește în ordinea ou → mormoloc → broască tânără → adult; mormolocul are coadă și branhii, apoi apar membrele și se modifică respirația în metamorfoză. Oul păsării cuprinde coaja, membranele cochiliere, albușul, gălbenușul cu embrionul la suprafață și camera cu aer la capătul mai lat. Coaja și membranele protejează, gălbenușul furnizează rezerve, iar unele păsări construiesc cuiburi și își îngrijesc puii. Strigătele sau mișcările prin care partenerii se atrag sunt comportamente de reproducere.

Exemplu pe pași: compară reproducerea la pește, broască și pasăre.

1. Peștele (crap): fecundație externă. Femela depune în apă un număr foarte mare de icre, masculul eliberează lapții cu spermatozoizi, iar embrionii se dezvoltă în ou. Părinții se ocupă puțin de pui.
2. Broasca: fecundație externă, în apă. Din ou ies mormoloci cu branhii, care se transformă prin metamorfoză în broaște cu plămâni. O broască depune sute sau mii de ouă într-un sezon.
3. Pasărea (găina): fecundație internă. Oul are coajă, albuș și gălbenuș; se clocește aproximativ 21 de zile, iar puii sunt îngrijiți de părinți.
4. Compară: pe măsură ce crește protecția oferită oului și puiului, scade numărul de ouă. Peștele depune multe ouă și nu le protejează; pasărea depune puține și le clocește.

Mamiferele placentare (de exemplu câinele) au fecundație internă, embrionul se dezvoltă în uter, iar puii sunt hrăniți cu lapte.

Fecundația externă este frecventă în medii acvatice, dar există și pești cu fecundație internă. Oul amniotic al reptilelor și păsărilor are membrane extraembrionare care susțin dezvoltarea pe uscat. Mamiferele monotreme depun ouă, marsupialele au alt tipar de dezvoltare, iar placentarele folosesc placenta pentru schimburi materno-fetale. Strategiile variază și în funcție de numărul de urmași și investiția parentală.

La broască, mormolocul iese din ou, dezvoltă membre, pierde treptat coada și ajunge la forma de adult; aceasta este metamorfoza. În oul păsării, embrionul utilizează rezerva din gălbenuș, iar camera cu aer și învelișurile participă la protecția și schimburile necesare dezvoltării. Comportamentele de reproducere, precum atragerea partenerului, construirea cuibului sau îngrijirea puilor, diferă între specii și cresc șansele urmașilor în condițiile mediului lor.

La pești, fecundația este în general externă (icrele sunt eliberate în apă, de exemplu la crap sau somon), dar la rechini și la peștii vivipari este internă. La amfibieni, fecundația este externă la broaște și brotăcei (ouă fără coajă, depuse în apă), dar internă la tritoni și salamandre, unde masculul depune un spermatofor (pachet cu spermatozoizi) pe care femela îl preia; larva (mormolocul) respiră prin branhii, iar metamorfoza este controlată de hormonii tiroidieni. Reptilele au fecundație internă și ou cu coajă coriacee sau calcaroasă, cu membrane extraembrionare (amnios, alantoidă), care permit dezvoltarea pe uscat; unele șerpi și șopârle sunt ovovivipare. Păsările au fecundație internă și ou cu coajă calcaroasă; dezvoltarea embrionului are loc în timpul clocitului, de exemplu 21 de zile la găină. Mamiferele se împart în monotreme (ornitorincul și echidna depun ouă), marsupiale (puiul foarte mic se termină de dezvoltat în marsupiu; cangurul gestează aproximativ 33 de zile) și placentare (dezvoltarea în uter, cu placentă; gestația la șoarece este de aproximativ 20 de zile, la om 266 de zile, la elefant aproximativ 22 de luni). Strategiile reproductive diferă: speciile cu mulți urmași și fără îngrijire parentală (cod, broască) compensează mortalitatea mare, iar cele cu puțini urmași și îngrijire parentală (păsări, mamifere) au supraviețuire mai mare.

Exemplu rezolvat 1: strategii de reproducere. O broască depune 2 000 de ouă, din care 1% ajung la maturitate. O mamiferă naște 2 pui, dintre care 80% ajung la maturitate.

1. Broasca: $2000\cdot 0,01=20$ de adulți.
2. Mamifera: $2\cdot 0,8=1,6$ adulți în medie.
3. Broasca produce mai mulți adulți decât mamifera, dar cu un cost foarte mare în ouă; mamifera investește energie mare în puțini urmași.
4. Concluzie: fiecare strategie este adaptată mediului și nu este superioară celeilalte.

Exemplu rezolvat 2: oul de găină. Se pun 12 ouă la clocit în ziua de 3 martie.

1. Clocitul durează 21 de zile; data eclozării este $3+21=24$ martie.
2. Condițiile sunt temperatura de aproximativ 37,5 °C și umiditatea relativă de 50–60%, iar ouăle se întorc de mai multe ori pe zi, pentru ca embrionul să nu se lipească de coajă.
3. Embrionul se hrănește din gălbenuș; camera cu aer de la capătul mai lat al oului crește pe parcursul clocitului și furnizează aer pentru ultimele zile.

Greșeli frecvente

• Greșit: Toți peștii au fecundație externă.
  Corect: Există și pești cu fecundație internă.
• Greșit: Toate mamiferele nasc pui vii.
  Corect: Monotremele sunt mamifere care depun ouă.
• Greșit: Toate reptilele depun ouă cu coajă tare, ca păsările.
  Corect: Multe reptile depun ouă cu coajă coriacee (flexibilă), iar unele șopârle și șerpi sunt ovovivipari.

Înainte și după