riproduzione

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Nuovi individui per continuare la specie

Una proprietà fondamentale dei viventi è la capacità di riprodursi, di generare nuovi individui con le caratteristiche della specie di appartenenza. In alcuni animali esistono forme di riproduzione asessuale; nell’uomo e in molte altre specie la riproduzione è sessuale, cioè richiede la presenza di entrambi i sessi e dei relativi gameti, gli spermatozoi e le uova

Riproduzione è… vita

La nostra gattina ha appena partorito i piccoli. È un evento bellissimo: i micini sono buffi, sempre in cerca della protezione e del latte della mamma. Fanno allegria, e ci insegnano anche la legge fondamentale della vita. I cuccioli sono stati generati dall’accoppiamento della nostra gatta con un bel gatto di sesso maschile; dopo la fecondazione, gli embrioni si sono sviluppati nell’utero materno e infine sono stati partoriti ancora piuttosto inetti, ma pronti a mangiare e a crescere. Il colore del pelo e la forma ricordano quelli dei genitori, dimostrando di aver ricevuto un’eredità biologica profonda. Da grandi a loro volta si riprodurranno, mentre i genitori saranno ormai vecchi oppure già morti.

È la vita che continua.

I singoli organismi sono destinati a morire e una popolazione può superare il tempo della vita dei suoi componenti soltanto attraverso la riproduzione, cioè la genesi di nuovi individui a partire da quelli già esistenti.

Due possibilità

Nel mondo vivente esistono sia la riproduzione asessuale sia la riproduzione sessuale. La riproduzione asessuale (priva di sesso), o asessuata, comporta la formazione di nuovi individui a partire da un unico individuo genitore e senza che vi sia unione di spermatozoi e cellule uovo. In parecchi casi la riproduzione asessuale è basata esclusivamente su una serie di divisioni cellulari.

La riproduzione sessuale, o sessuata, consiste invece nella produzione di figli per mezzo dei gameti aploidi (dotati di un corredo singolo di cromosomi) dei due sessi, che unendosi danno origine a uno zigote (cellula uovo fecondata) diploide (fecondazione). I gameti si formano nel corso della meiosi: il gamete femminile, o cellula uovo, è di regola una cellula immobile e di grandi dimensioni, mentre quello maschile, o spermatozoo, è piccolo e nella maggior parte dei casi capace di movimento. La riproduzione sessuale aumenta la variabilità genetica della prole, in quanto dà origine a una combinazione unica di geni provenienti dai due individui genitori.

I cicli riproduttivi

La maggior parte degli animali mostra un’attività riproduttiva cadenzata da cicli ben definiti, spesso correlati alle variazioni stagionali. I diversi cicli riproduttivi che si osservano nel regno animale sono adattamenti molto importanti per l’evoluzione della specie. Le caratteristiche di periodicità della riproduzione consentono agli animali di conservare le loro riserve energetiche e di riprodursi quando sono disponibili maggiori fonti alimentari e le condizioni ambientali sono favorevoli alla sopravvivenza dei piccoli.

I cicli riproduttivi sono controllati da un insieme di fattori, ormonali e ambientali (fra questi ultimi, la temperatura, il regime delle piogge, la lunghezza della luce del giorno, i cicli lunari).

Certi animali possono alternare due modalità di riproduzione: le femmine dei piccolissimi Crostacei di acqua dolce del genere Daphnia (artemie e pulci d’acqua) possono produrre uova di due tipi, a seconda del periodo dell’anno. Le uova che devono passare il freddo inverno sono destinate a essere fecondate per svilupparsi in un nuovo organismo; l’altro tipo di uova può svilupparsi direttamente, senza l’unione con uno spermatozoo, attraverso un processo di riproduzione verginale o partenogenesi.

Partenogenesi ed ermafroditismo

La partenogenesi svolge un ruolo determinante nell’organizzazione sociale di certe specie di Insetti, come le api, le vespe, le formiche. I maschi delle api da miele, o fuchi, vengono generati per partenogenesi, mentre le femmine, siano esse operaie sterili o femmine riproduttive (regine), si formano da uova fecondate.

Fra i Vertebrati, alcune specie di pesci, e Anfibi e di lucertole si riproducono esclusivamente mediante un complesso meccanismo partenogenetico che prevede la produzione di uova diploidi (con un doppio corredo cromosomico), senza che sia necessario ricorrere alla fecondazione.

La riproduzione sessuale rappresenta un problema particolare per certi animali, che possono avere grandi difficoltà nell’incontrare individui di sesso opposto. Esempio tipico sono gli organismi parassiti, come la tenia. Una soluzione a questo problema è rappresentata dall’ermafroditismo (dal nome delle divinità greche Hermes e Afrodite), una modalità riproduttiva in cui ciascun individuo è provvisto di apparato riproduttore sia maschile sia femminile. È una situazione che ha svantaggi evolutivi. Per questa ragione, in molte specie, gli individui non sono autosufficienti, capaci cioè di autofecondarsi, ma passano attraverso uno stadio maschile e uno femminile, garantendo quindi uno scambio di informazione genetica fra individui della popolazione.

Incontrarsi dentro o fuori

I meccanismi di fecondazione, ossia del processo di unione fra spermatozoi e cellule uovo, svolgono un ruolo determinante nella riproduzione sessuale. Alcune specie possiedono fecondazione esterna: le uova vengono rilasciate dalla femmina nell’ambiente esterno e successivamente fecondate dal maschio. Altre specie hanno invece fecondazione interna, in quanto gli spermatozoi sono emessi in prossimità o all’interno delle vie genitali femminili e la fecondazione avviene all’interno di queste.

Sia la fecondazione esterna sia quella interna dipendono da meccanismi che assicurano l’incontro tra spermatozoi maturi e ovociti fertili appartenenti a individui della stessa specie.

Devono cioè essere garantiti sia la sincronizzazione fra i due sessi sia un riconoscimento di specie.

La fecondazione interna richiede inoltre la cooperazione dei due partner, in modo da rendere possibile l’accoppiamento. Dal punto di vista anatomico, la fecondazione interna richiede la presenza di complessi apparati riproduttori, sia nel maschio sia nella femmina.

Come proteggere l’embrione

Molte specie di animali terrestri producono uova in grado di resistere a condizioni sfavorevoli. Uccelli, Rettili e Mammiferi Monotremi depongono le uova fuori dall’acqua; perciò forniscono all’embrione una riserva di liquido, l’amnios, e sono rivestite da un guscio che previene la disidratazione ed eventuali danni fisici. Al contrario, le uova di pesci e Anfibi sono provviste soltanto di un involucro gelatinoso.

In molti animali l’embrione si sviluppa all’interno del corpo della madre. Fra i Mammiferi, i Marsupiali come i canguri o gli opossum ritengono gli embrioni per un breve periodo nell’utero materno e i piccoli, partoriti precocemente, completano lo sviluppo fetale nel marsupio, nutrendosi grazie alle ghiandole mammarie.

Gli embrioni dei Mammiferi forniti di placenta si sviluppano completamente all’interno dell’utero e per tutto il periodo della gravidanza vengono nutriti dal sangue materno, attraverso uno speciale organo di scambio, la placenta appunto.

Le cure ai piccoli e il successo riproduttivo

Tutte le specie producono un numero di figli superiore a quello che effettivamente sopravvive e si riproduce a sua volta. Gli organismi a riproduzione esterna producono un numero imponente di zigoti, ma la percentuale di quelli che sopravvivono e che possono svilupparsi ulteriormente è spesso minima. Le specie caratterizzate da fecondazione interna producono di regola meno prole, ma i genitori spesso prestano più cure ai piccoli.

Quando un cangurino esce dal marsupio materno per la prima volta, o quando viene partorito un neonato d’uomo, il piccolo non è ancora in grado di condurre un’esistenza indipendente. Tutti noi sappiamo con quanta cura i genitori imbecchino i passerotti, o i cani allattino i cuccioli. Nel mondo animale, molte specie curano i piccoli attraverso una varietà incredibile di comportamenti. Il maschio di una rana tropicale, per esempio, trasporta i girini nello stomaco fino alla loro metamorfosi, fino al momento cioè in cui le giovani rane possono lasciare il loro insolito rifugio. Le cure prodigate ai piccoli aumentano le loro probabilità di sopravvivere e assicurano così un maggiore successo alla specie.

Apparati per riprodursi

Per poter realizzare la riproduzione sessuale, gli animali devono possedere apparati idonei alla maturazione di gameti e a consentire l’incontro con quelli dell’altro sesso. Gli apparati genitali più semplici non presentano ancora gonadi, ovvero organi specializzati nella produzione di cellule germinali. Gli apparati genitali più complessi comprendono invece le gonadi e un corredo di canali e di ghiandole, destinati al trasporto e alla protezione dei gameti e allo sviluppo dell’embrione. In tutti i Vertebrati, l’organizzazione anatomica dell’apparato riproduttore è sostanzialmente la stessa, sia pur con numerose varianti. Nei Vertebrati (ma non nei Mammiferi), l’apparato digerente, quello escretore e quello riproduttore possiedono un’apertura comune verso l’esterno, la cloaca, presente anche in diversi Invertebrati. La maggior parte dei Mammiferi, invece, presenta uno sbocco distinto per la via digerente, e le femmine hanno anche aperture separate per l’apparato escretore e quello genitale.

Infine, per potersi riprodurre, bisogna averne l’età. La maggior parte degli animali deve aver raggiunto l’età adulta, dopo una fase di preparazione (anatomica, ormonale, comportamentale), che nell’uomo viene chiamata pubertà.

Il percorso degli spermatozoi

Nell’uomo gli organi riproduttori interni comprendono le gonadi (testicoli), che producono gameti (spermatozoi) e ormoni, le ghiandole accessorie che secernono sostanze essenziali al movimento degli spermatozoi, e una serie di dotti che trasportano sia i gameti sia i prodotti delle ghiandole. Parti esterne sono il sacchetto che contiene i testicoli (lo scroto) e l’organo riproduttore (pene). Ciascun testicolo contiene una serie di tubuli seminiferi con andamento estremamente intricato. In questi tubuli maturano gli spermatozoi. Negli spazi fra i tubuli sono localizzati aggregati di cellule di Leydig, che producono gli ormoni sessuali maschili. Nella maggior parte dei Mammiferi la maturazione degli spermatozoi non può di regola avvenire all’interno del corpo a causa della temperatura troppo elevata. Per questo i testicoli dei maschi umani e della maggioranza degli altri Mammiferi maschi sono localizzati all’esterno della cavità addominale.

Dai tubuli seminiferi del testicolo gli spermatozoi passano in un altro sistema di tubuli attorcigliati (epididimo), che li accoglie sino alla loro completa maturazione. Al momento dell’attività sessuale, gli spermatozoi maturi vengono spinti a forza in due canali (uno per parte) che confluiscono nel tubicino che percorre il pene e dove usualmente passa l’urina. Il sistema riproduttivo maschile contiene inoltre alcune ghiandole, fra cui la prostata, che aggiungono il loro secreto al seme, il liquido che viene emesso durante l’attività sessuale. Un uomo emette circa 2÷5 ml di seme e ogni millilitro può contenere circa 50÷130 milioni di spermatozoi. Il pene umano è fondamentalmente formato da tre strutture spugnose, che nel corso dell’eccitazione sessuale si riempiono di sangue arterioso.

La maturazione dell’uovo

Nella donna i genitali femminili esterni sono rappresentati dal clitoride e da due coppie di labbra disposte attorno al clitoride e all’apertura della vagina. Le gonadi femminili, definite ovaie, sono nell’addome, ai lati dell’utero. Ogni ovaia è racchiusa entro una spessa capsula protettiva e contiene numerosi follicoli.

Ogni follicolo è costituito da un ovocita (la cellula uovo) circondato da uno o più strati di cellule follicolari che lo nutrono.

Tutti i 400.000 follicoli dei quali dispone una donna sono già presenti alla nascita. Ma, di questi, solo alcune centinaia matureranno nel corso del periodo di fecondità femminile. A partire dalla pubertà e fino alla menopausa, nel corso di ogni ciclo mestruale (circa 28 giorni) un follicolo di regola matura nell’ambito dell’una o dell’altra gonade; la maturazione termina con la rottura del follicolo e con l’emissione della cellula uovo (ovulazione).

L’uovo si prepara

L’ovocita viene emesso nella cavità addominale, in prossimità dell’apertura a imbuto dell’ovidutto (tuba uterina). L’ovidutto è un canalino internamente rivestito da cellule cigliate, che con il loro movimento trasportano l’ovocita sino all’utero. Quest’organo è spesso e muscolare, ed è capace di dilatarsi durante la gravidanza per accogliere un feto che può raggiungere un peso di vari chilogrammi (gravidanza e parto). La porzione più stretta dell’utero è conformata come un collo (cervice) che confluisce nella vagina. Questa è una camera genitale a parete sottile, in grado di dilatarsi allorché si trasforma nel canale del parto, attraversato dal nascituro in corso di espulsione dal corpo materno. È nella vagina che avviene inoltre l’eiaculazione degli spermatozoi nel corso dell’accoppiamento sessuale.

Le cellule del follicolo ovarico sono anche coinvolte nella produzione degli estrogeni, gli ormoni sessuali femminili. Dopo l’ovulazione e l’espulsione dell’ovocita dal follicolo, il tessuto follicolare residuo all’interno dell’ovaia si sviluppa, portando alla formazione di una massa compatta definita corpo luteo. Esso è responsabile della produzione di ulteriori quantità di ormoni (estrogeni e progesterone), che mantengono la parete interna dell’utero pronta per un’eventuale gravidanza. Se l’ovocita non viene fecondato, esso viene espulso insieme a una parte del rivestimento dell’utero (mestruazione), e il corpo luteo degenera. Un nuovo follicolo si prepara per il ciclo ovarico successivo.

La riproduzione asessuale

La riproduzione asessuale offre una serie di potenziali vantaggi. Per esempio, essa permette a un animale che vive isolato di riprodursi comunque, anche in assenza di un partner. Si possono poi avere molti figli. Rapidamente. Teoricamente, la riproduzione asessuale è più vantaggiosa in condizioni ambientali stabili. Essa produce infatti figli geneticamente identici ai genitori e questo può essere un bene se la specie è già adattata a un determinato ambiente.

Al vantaggio di una facile moltiplicazione, si oppone però lo svantaggio di avere una minore capacità di rispondere ai cambiamenti ambientali.

Molti Invertebrati possono riprodursi in modo asessuato mediante scissione: l’organismo si suddivide in due o più individui figli, che alla fine raggiungeranno dimensioni pressoché identiche a quelle del genitore. Altrettanto comune fra gli Invertebrati è la gemmazione nella quale nuovi individui si originano come gemme sul corpo del genitore.

La prole che ne deriva può in seguito staccarsi dal genitore oppure rimanere unita a esso, magari formando fitte colonie. Certe madrepore, che possono superare 1 m di diametro, sono colonie formate da migliaia di individui fra loro interconnessi. Alcune Spugne liberano gruppi di cellule specializzate (gemmule) che danno origine a nuovi individui.

Un ulteriore tipo di riproduzione asessuale è la frammentazione, ossia la suddivisione del corpo di un individuo in numerosi frammenti, che successivamente si sviluppano in individui completi. Per un animale che si riproduce in questo modo, alla frammentazione segue necessariamente una rigenerazione, cioè la ricrescita delle parti corporee mancanti.

La riproduzione mediante frammentazione e rigenerazione si verifica in molte spugne, vermi Policheti e nei più antichi Cordati (i Tunicati). Molti animali sono inoltre in grado di sostituire appendici perdute mediante rigenerazione, come avviene per esempio per le braccia delle stelle di mare.

Selezione naturale e selezione artificiale

Le specie sopravvivono solo se hanno successo riproduttivo. Nello stesso tempo, la riproduzione è il meccanismo attraverso il quale introduciamo variabilità e novità nel genoma degli individui, offrendo alla selezione naturale la possibilità di agire. L’uomo ha influenzato in modo straordinario i processi riproduttivi degli organismi per lui utili (animali e piante), introducendo meccanismi di selezione artificiale.

Così, per risparmiare legno nella costruzione dei recinti, gli allevatori inglesi hanno incrociato le pecore che casualmente nascevano con le zampe più corte, finendo con il creare popolazioni di pecore bassotte. I nuovi strumenti della manipolazione genetica (geni, genetica) hanno poi accelerato la selezione artificiale.