מערכת הרבייה: רבייה זוויגית והתאמה לסביבת החיים

השיעור עוסק בקשר שבין תהליכי הרבייה בבעלי חיים לבין סביבת החיים שלהם. הרעיון המרכזי הוא שהמעבר האבולוציוני מהמים ליבשה חייב פתרונות לשמירה על סביבה לחה סביב תאי הרבייה, ההפריה והעובר. בעקבות זאת התפתחו מבנים כגון ביצה בעלת קליפה, רחם ושליה, ודרכי התפתחות שונות.

רבייה זוויגית ושמירה על סביבה לחה

רבייה זוויגית מאפשרת את המשך קיום המין, והיא מבוססת על איחוד של שני תאי רבייה, גמטות: תא זרע ותא ביצית. כל גמטה מכילה מחצית מכמות החומר התורשתי של תאי הגוף, ולכן איחוד הגמטות יוצר תא חדש בעל הרכב תורשתי ייחודי. האיחוד בין תא הזרע לתא הביצית נקרא הפריה, והתא שנוצר ממנו נקרא זיגוטה. הזיגוטה מתחלקת ומתפתחת לעובר.

תאי הזרע זקוקים לסביבה נוזלית כדי לנוע ולהגיע אל תא הביצית, ולכן רבייה זוויגית תלויה בלחות. במים הלחות זמינה, ואילו ביבשה נדרשים מנגנונים המונעים התייבשות של הגמטות, של ההפריה ושל העובר. הלחות נחוצה לא רק לתנועת הזרע, אלא גם לפעילות התקינה של תאי הרבייה ושל העובר בשלבים הראשונים. לפיכך, סביבת החיים משפיעה על מבנה איברי הרבייה ועל אופן התפתחות העובר.

הפריה חיצונית והפריה פנימית

בדגים רבים ובדו-חיים מתרחשת לרוב הפריה חיצונית: הנקבה מטילה ביציות למים, והזכר מפריש עליהן זרע. המים מאפשרים לזרע לנוע אל הביציות, אך הביציות והעוברים חשופים לטורפים, לזרמים ולשינויים בתנאי הסביבה.

ביבשה התפתחה הפריה פנימית: תאי הזרע מועברים אל גוף הנקבה, וההפריה מתרחשת בתוך סביבה לחה ומוגנת. כך קטן הסיכון להתייבשות, והסיכוי להפריה מוצלחת עולה. הפריה פנימית אינה תלויה במים חיצוניים, ולכן היא מאפשרת רבייה גם באזורים יבשים. הפריה פנימית מאפיינת זוחלים, עופות ויונקים, והיא מהווה התאמה מרכזית לחיים ביבשה.

ביצי דגים וביצי עופות

ביצי דגים מותאמות להתפתחות במים. בדרך כלל אין להן קליפה קשיחה, והן מוקפות במעטה ג'לטיני המאפשר מעבר מים, גזים וחומרים מומסים. העובר שבתוך הביצה מקבל חמצן מהמים ומפריש פסולת אל המים. מכיוון שהסביבה המימית תומכת בביצה, אין צורך בקליפה עבה או במאגרי מים פנימיים.

ביצי עופות מותאמות להתפתחות ביבשה. יש להן קליפה קשיחה המגינה על העובר ומונעת איבוד מים, אך היא נקבובית ומאפשרת מעבר חמצן ופחמן דו-חמצני. בתוך הביצה יש קרומים עובריים וחלמון עשיר. החלמון הוא חומר תשמורת הנמצא בביצה ומזין את העובר, ולכן ביצת העוף מהווה סביבה לחה ומוגנת בתוך היבשה.

התאמת התפתחות העובר לסביבה

מקום התפתחות העובר קשור לסביבת החיים. בדגים ובעופות העובר מתפתח בתוך ביצה: בדגים הביצה נמצאת בדרך כלל במים, ובעופות היא מוטלת על היבשה ומוגנת בקליפה. ביונקים העובר מתפתח בתוך רחם האם, סביבה פנימית יציבה ולחה. הרחם מספק לעובר הגנה פיזית, טמפרטורה יציבה ותנאי לחות קבועים.

מקור המזון של העובר תלוי במקום התפתחותו. בביצת דג או עוף העובר ניזון בעיקר מהחלמון. ביונקי שליה העובר מקבל חומרי מזון מדם האם דרך שליה. השליה היא איבר זמני המתפתח ברחם ומאפשר מעבר חומרים בין דם האם לדם העובר, בלי ערבוב ישיר של הדם.

גם חילוף הגזים מותאם לסביבה: בעוברי דגים הוא מתרחש בין העובר למים, בעוברי עופות בין העובר לאוויר דרך הקליפה, ובעוברי יונקים בין דם האם לדם העובר בשליה. גם פסולת העובר מופרשת לסביבה מתאימה: אל המים בדגים, אל שק השתן העוברי בעופות, ואל נוזל השפיר או אל דם האם ביונקים.

הפרשת פסולת חנקנית מהעובר

חומרי פסולת חנקנית נוצרים מפירוק חלבונים וחומצות אמינו. סוג הפסולת קשור לרעילותה ולכמות המים הדרושה להפרשתה, ולכן הוא מותאם לסביבת ההתפתחות של העובר. לכן סוג הפסולת קשור לתנאי הלחות שבהם מתפתח העובר.

בעוברי דגים, המתפתחים במים, מופרשת לרוב אמוניה. האמוניה רעילה מאוד, אך היא מסיסה במים וניתנת להפרשה ישירה אל הסביבה המימית. מכיוון שבמים יש שפע מים, אין צורך להשקיע אנרגיה רבה בהמסת הפסולת או באגירתה.

בעוברי עופות, המתפתחים בביצה סגורה, מופרשת חומצת שתן. חומצת שתן פחות רעילה מאמוניה וכמעט אינה מסיסה במים. לכן אפשר לאגור אותה בתוך שק השתן העוברי, שהוא קרום עוברי האוגר פסולת בתוך הביצה, בלי לפגוע בעובר ובלי לאבד מים רבים.

בעוברי יונקים נוצר בעיקר שתנן, המכונה גם אוריאה. השתנן פחות רעיל מאמוניה, מסיס במים ודורש פחות מים להפרשה מאמוניה, אך יותר מים מחומצת שתן. חלק מהפסולת של העובר עובר דרך השליה אל דם האם ומופרש על ידי הכליות שלה, ושתן העובר מופרש אל נוזל השפיר, שהוא הנוזל הממלא את שק השפיר ברחם. כך נשמרת סביבה מימית יציבה סביב העובר, והפסולת מטופלת בלי לפגוע בהתפתחותו.

הטלה, השרצה והמלטה

דרכי סיום ההתפתחות העוברית משקפות אף הן התאמה לסביבה. הטלה היא שחרור ביצים אל הסביבה החיצונית, והעובר ממשיך להתפתח מחוץ גוף האם. הטלה נפוצה בדגים ובעופות, והיא מחייבת הגנה על הביצים או ייצור מספר גדול של ביצים כדי להגדיל את סיכויי ההישרדות.

השרצה היא מצב שבו הביצים בוקעות בתוך גוף האם, והצאצאים יוצאים החוצה כשהם חיים. בהשרצה העובר ניזון בעיקר מהחלמון, ואין קשר דמי ישיר בינו לבין האם. תופעה זו קיימת אצל מינים אחדים של דגים, זוחלים וחסרי חוליות, והיא מאפשרת הגנה נוספת לעובר בלי להעביר אליו מזון ישירות מהאם.

המלטה היא לידה של צאצא חי לאחר התפתחות בתוך גוף האם. ביונקים המלטה מתרחשת בדרך כלל אחרי התפתחות ממושכת ברחם, שבה העובר מקבל מזון וחמצן מהאם דרך השליה. כך העובר מוגן בתוך סביבה לחה ויציבה עד לשלב שבו הוא מסוגל לחיות מחוץ לגוף האם. המלטה מאפשרת לעובר לצאת אל הסביבה רק לאחר שהתפתח מספיק כדי לשרוד מחוץ לרחם.