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Tartaruga Liuto

Perché si riproducono gli esseri viventi?

Tika è un bellissimo esemplare di tartaruga liuto, lunga quasi due metri e con un peso di circa 600 chilogrammi. Lei e le sue 24 compagne, il 12 febbraio del 2009 monitorate con un dispositivo elettronico dagli scienziati dell’Università inglese dell’Essex, sono partite dalle coste del Gabon, uno stato dell’Africa Occidentale, e, dopo circa sei mesi, superando le insidie e l’inquinamento dell’Oceano Atlantico, sono arrivate in Brasile. A marzo ripartiranno per il viaggio di ritorno dalle coste dello Stato sudamericano e arriveranno a fine agosto sulle spiagge del Gabon dove scaveranno un nido nella sabbia del Parco Nazionale Mayumba depositando circa 150 uova a testa. Dopo 70 giorni su 1000 nati nasceranno solo due o tre piccole tartarughe. Tika, che vivrà per circa 50 anni, attraverserà, durante la sua vita una ventina di volte l’Oceano. Gli elefanti marini, ogni anno per riprodursi migrano percorrendo circa 8000 km. Sempre per lo stesso motivo, le anguille partono da Comacchio, in Emilia- Romagna e percorrono, in diversi anni, i 6000 km che le dividono dal mar dei Sargassi, nell’Atlantico Occidentale. La maggior parte degli individui di tutte le popolazioni si riproduce anche se la riproduzione non è una funzione vitale.

Cosa spinge le tartarughe, i leoni marini, le anguille e molti altri animali a percorrere migliaia di chilometri per riprodursi anche se potrebbero tranquillamente vivere senza farlo? Qual è il vero motivo? La riproduzione è lo strumento attraverso il quale gli esseri viventi sono riusciti a sconfiggere “la morte”, in questo modo, infatti, i nostri geni continuano a vivere dopo di noi. Italo Calvino in “Ti con zero” sintetizza così il fenomeno: “Ciò che i genitori mi hanno detto di essere in principio, questo io sono: e nient’altro. E nelle istruzioni dei genitori sono contenute le istruzioni dei genitori dei genitori alla loro volta tramandate di genitore in genitore in un’interminabile catena d’obbedienza“.

Riproduzione sessuata e riproduzione asessuata

Gli organismi più semplici, come i batteri, si riproducono asessualmente ossia un intero organismo o una parte di esso da origine a un nuovo individuo geneticamente uguale al genitore. Gli altri animali, invece, utilizzano la riproduzione sessuata che avviene quando due individui di sesso opposto producono cellule specializzate, i gameti, che unendosi formano un nuovo organismo con le caratteristiche genetiche di entrambi i genitori.

Perché alcuni individui scelgono la prima e altri la seconda riproduzione? Quali sono i vantaggi dell’una e dell’altra?

La riproduzione asessuata non richiede organi specializzati e, inoltre, è molto utile per gli organismi poco mobili o addirittura sessili (ossia che non si muovono affatto, come le spugne) che incontrerebbero enormi difficoltà nel cercare un individuo di sesso opposto. L’enorme vantaggio della riproduzione sessuata, invece, è la variabilità genetica: i nuovi individui, infatti, presentano alcuni geni di origine paterna e altri di origine materna. Questa grande varietà di geni è indispensabile per qualsiasi popolazione: infatti, visto che le condizioni ambientali si modificano nel tempo e che i nuovi individui sono tutti diversi, c’è una buona probabilità che alcuni di loro siano più adatti per il nuovo ambiente permettendo, quindi, alla propria specie di continuare a vivere.

In questa tabella sono riportati alcuni dei numerosi tipi di riproduzione vegetativa:

Scissione Binaria E’ tipica dei batteri e consiste in una semplice divisione della cellula in due parti uguali
Frammentazione E’ tipica di animali pluricellulari come i platelminti, le spugne, gli anellidi e gli echinodermi. Se l’animale viene suddiviso in alcuni frammenti ognuno di questi può dare origine ad un nuovo individuo.
Gemmazione E’ più frequente negli animali sessili come gli cnidari in cui alcune cellule del corpo formano delle gemme dalle quali ha origine un nuovo individuo

Abbiamo detto che la riproduzione sessuata è caratterizzata dalla formazione di gameti i quali unendosi danno origine al nuovo individuo. I gameti possono essere prodotti da individui diversi e allora si dice che i due sessi sono separati oppure possono essere prodotti dallo stesso individuo attraverso due organi distinti. In questo caso si parla di ermafroditismo. Se si uniscono i gameti che provengono da due individui diversi si parla di fecondazione incrociata se, invece, si uniscono i gameti che derivano dallo stesso individuo si parla di autofecondazione.

Lumache ermafrodite

Spesso alcuni ermafroditi ricorrono ugualmente alla fecondazione incrociata: ad esempio le chiocciole del genere Helix producono sia i gameti maschili sia quelle femminili; quando due individui si incrociano il gamete maschile del primo si unisce a quello femminile del secondo e viceversa: questo permette alle chiocciole di avere i vantaggi che derivano dalla riproduzione sessuata pur essendo organismi poco mobili. Esiste un altro tipo particolare di riproduzione la partenogenesi tipica delle api ma che è stata osservata anche in altri insetti, in alcuni crostacei e, addirittura in alcuni uccelli come i polli o i tacchini; in questo caso da una cellula femminile non fecondata si sviluppa un nuovo individuo. Nelle api abbiamo sia la riproduzione sessuata sia la partenogenesi: quando il gamete femminile chiamato ovulo viene fecondato nascono delle api di sesso femminile quando, invece, l’ovulo non è fecondato si formano le api di sesso maschile chiamate fuchi. Questo tipo di riproduzione non è considerata una riproduzione vegetativa perché il nuovo individuo sviluppa da un gamete ossia dall’ovulo che non contiene tutto il patrimonio genetico della madre ma soltanto la metà (vedi il capitolo sulla meiosi).

Gli animali e gli organi della riproduzione

In tutti gli animali le cellule coinvolte nella riproduzione, i gameti (spermatozoi nell’uomo e ovuli nelle donne), sono prodotte all’interno di strutture specializzate, le gonadi (testicoli nei maschi e ovaie nelle femmine). A parte in alcuni organismi più semplici come le spugne o le meduse, l’apparato riproduttore è completato dai gonodotti che sono piccoli tubuli attraverso i quali i gameti vengono trasportati all’esterno. Nei maschi troviamo anche alcune ghiandole che producono il liquido nel quale si muovono i gameti e l’organo copulatore che permette agli spermatozoi di essere introdotti nel corpo femminile. Nelle femmine sono presenti l’utero, un organo nel quale avviene lo sviluppo dell’embrione e la vagina che riceve l’organo copulatore maschile.

La fecondazione

Fecondazione

La fecondazione è il processo attraverso il quale il nucleo di uno spermatozoo si fonde con il nucleo dell’ovulo. Molti spermatozoi circondano il gamete femminile ma solo uno di loro riesce a perforare la membrana cellulare dell’ovulo e rilasciare il proprio nucleo all’interno della cellula femminile: questo processo attiva una serie di reazioni chimiche che trasformano la membrana dell’ovulo in una barriera impenetrabile per tutti gli altri spermatozoi. A questo punto il nucleo dello spermatozoo e quello dell’ovulo si fondono insieme dando origine al primo nucleo del nuovo individuo, chiamato zigote.

Fecondazione interna e fecondazione esterna

Per favorire l’incontro tra il gamete maschile e quello femminile è necessario un liquido attraverso il quale gli spermatozoi possano raggiungere l’ovulo; per questo motivo gli animali che vivono in ambiente acquatico o tutti quelli che tornano in acqua per riprodursi, adottano la fecondazione esterna ossia liberano i gameti nell’ambiente in cui vivono. Gli altri animali utilizzano la fecondazione interna ossia gli spermatozoi vengono trasferiti all’interno del corpo femminile attraverso l’organo copulatore: anche in questo caso, però, i gameti maschili devono essere trasportati e nutriti da un liquido che è prodotto dalle ghiandole dell’apparato riproduttore.

Lo sviluppo dell’embrione

In alcuni animali, i vivipari (quasi tutti i mammiferi, alcuni serpenti e alcuni pesci), lo zigote si sviluppa all’interno del corpo femminile stabilendo un rapporto molto stretto con la madre dalla quale riceve le sostanze nutrienti.

Anche negli ovovivipari lo zigote si sviluppa all’interno del corpo della madre ma le sostanze nutrienti non vengono dalla madre e sono contenute nell’uovo.

Vi è un terzo gruppo di animali, gli ovipari in cui lo sviluppo dello zigote avviene fuori dal corpo della madre e all’interno di un uovo. Ovviamente in questo caso, se l’uovo si sviluppa fuori dall’acqua deve avere involucri che proteggono l’embrione.

Lo zigote

Una volta si pensava che all’interno dello spermatozoo, fosse già presente un organismo in miniatura pronto, dopo la fecondazione, ad iniziare il suo sviluppo.

Oggi sappiamo che non è così e che i due nuclei, quello maschile e quello femminile, contengono, al proprio interno, le istruzioni per lo sviluppo delle singole parti che costituisco un organismo.

Queste istruzioni sono contenute nei geni ma è importante ricordare che l’ambiente attraverso fattori fisici come la luce, la temperatura e il suono, o chimici come le sostanze nutrienti influenzano lo sviluppo del nuovo individuo. Il sesso dei coccodrilli, ad esempio, dipende dalla temperatura a cui si sviluppano le uova: sotto i 29° centigradi il piccolo coccodrillo sarà una femmina, a temperatura superiore diventerà un maschio.

Da Zigote a Morula

Nello sviluppo embrionale possiamo riconoscere diverse fasi: nella segmentazione l’uovo fecondato si suddivide molte volte diventando un ammasso di cellule di forma sferica chiamate morula perché simile al frutto dei rovi, la mora. A questo punto si forma la blastula ossia le cellule si spostano verso l’esterno, lasciando una cavità interna piena di liquido. La fase successiva si chiama gastrulazione: le cellule esterne si ripiegano al centro e si forma una nuova cavità, che sarà il futuro intestino, con una (negli animali come le spugne o le meduse) o due (in tutti gli altri), aperture verso l’esterno. Intanto le cellule ripiegate formano tre strati e ognuno di essi darà origine a tessuti e organi diversi: dallo strato esterno (ectoderma) si formeranno la pelle, l’encefalo e il sistema nervoso, da quello centrale (mesoderma) lo scheletro, il cuore e le gonadi e da quello interno (endoderma), il tubo digerente, il fegato e i polmoni.