Exercicis: Tipus i estructures de la reproducció

Diferencia la reproducció asexual i la sexual quant a nombre de progenitors, variabilitat genètica de la descendència i velocitat de reproducció, indicant un avantatge de cada tipus.

Esmenta dues modalitats de reproducció asexual (per exemple bipartició, gemmació o fragmentació), un organisme que les utilitzi i el tret que les distingeix.

Defineix fecundació interna i externa i explica la diferència entre animals ovípars, vivípars i ovovivípars, amb un exemple de cadascun.

Explica què és un gàmeta i dues diferències amb una cèl·lula somàtica (dotació cromosòmica, funció), raonant per què els gàmetes no poden tenir la mateixa dotació que la resta de cèl·lules.

Diferencia l'oviparitat de la viviparitat amb dos exemples de cadascuna, i assenyala un avantatge i un desavantatge de cada estratègia (protecció de l'embrió enfront d'inversió energètica del progenitor).

Què és el festeig nupcial? Posa dos exemples (cua del gall dindi reial, cant dels ocells, brama del cérvol) i explica les seves funcions (reconèixer l'espècie, seleccionar parella, sincronitzar la reproducció).

Explica què són les cures parentals i descriu tres formes diferents (incubació d'ous, alimentació de les cries, defensa del territori o transport de les cries) amb un exemple animal de cadascuna.

Distingeix desenvolupament directe i indirecte amb un exemple de cadascun (un mamífer i una papallona o un amfibi), i indica què implica l'existència d'una fase larvària en la vida de l'animal.

Compara l'estratègia reproductora d'un amfibi i d'un rèptil: tipus de fecundació, estructura de l'ou i lloc de desenvolupament, destacant quina novetat va suposar l'ou amniota per a la conquesta del medi terrestre.

Els cucs de terra i els cargols són hermafrodites. Explica què significa, quins avantatges aporta a animals de mobilitat reduïda i per què, tot i així, solen encreuar-se amb un altre individu en lloc d'autofecundar-se.

Descriu la metamorfosi d'una granota des de l'ou fins a l'adult, indicant els canvis anatòmics i fisiològics més importants i la seva relació amb el pas del medi aquàtic al terrestre.

Una estrella de mar pot regenerar un braç i una planària tallada en dues parts dona dos individus. Explica quina relació hi ha entre aquesta capacitat de regeneració i la reproducció asexual per fragmentació, i raona per què els vertebrats, amb cossos tan especialitzats, no poden reproduir-se així.

El cicle reproductor dels amfibis continua lligat a l'aigua: postes gelatinoses, fecundació externa i larves aquàtiques. Explica aquesta dependència i per què moltes espècies tornen cada any a la mateixa bassa (filopàtria), així com el risc que suposa la desaparició dels punts d'aigua.

Què és el dimorfisme sexual? Posa dos exemples (banyes del cérvol, colors dels ocells, crinera del lleó) i relaciona-ho amb la selecció sexual: competició entre mascles i elecció de parella per part de les femelles.

Molts coralls alliberen els seus gàmetes la mateixa nit de l'any, sincronitzats amb la lluna i les marees. Explica quin avantatge té aquesta sincronització massiva en animals de fecundació externa i quins senyals ambientals la poden guiar (fotoperíode, temperatura, cicle lunar).

El zel de molts mamífers té lloc en dates molt regulars. Explica com el fotoperíode (durada del dia) regula l'època reproductora i raona quin avantatge té programar els naixements per a la primavera (aliment, temperatura, temps de creixement abans de l'hivern).

Un naturalista afirma: «Per recuperar la fauna d'un aiguamoll degradat i sotmès a sequeres impredictibles, és preferible introduir espècies amb estratègia de la K abans que espècies amb estratègia de la r, ja que, en tenir cura de les seves cries, garanteixen una taxa de supervivència altíssima i assoliran abans una població viable». a) Rebat de manera raonada l'afirmació del naturalista utilitzant els conceptes de potencial biòtic, capacitat de càrrega ($K$) i corbes de supervivència. b) Prediu com evolucionarà la mida poblacional d'una espècie amb estratègia de la r enfront d'una altra amb estratègia de la K si, al cap de dos anys de la seva introducció, es produeix una sequera catastròfica imprevista.

En una illa oceànica acabada d'emergir després d'una erupció volcànica s'introdueixen accidentalment dues espècies d'insectes herbívors: una femella solitària de l'espècie A (que es reprodueix per partenogènesi obligada) i una parella (mascle i femella) de l'espècie B (reproducció sexual amfimíctica obligada). a) Prediu la dinàmica demogràfica i la velocitat de colonització d'ambdues poblacions durant les primeres 10 generacions en un ambient sense competència ni depredadors. b) A la generació 15, un fong patogen letal colonitza l'illa. Justifica quina població tindrà més probabilitats d'extingir-se completament i quina podrà presentar individus resistents. c) Basant-te en l'anterior, raona la paradoxa del «doble cost del sexe»: si la partenogènesi permet a una població créixer el doble de ràpid en no produir mascles, per què la reproducció sexual és la predominant en els animals pluricel·lulars?

Un equip de paleontologia troba els fòssils d'un nou tetràpode primitiu del Carbonífer. El seu esquelet no té estructures copuladores i al costat dels fòssils s'han trobat masses de milers de petits òvuls sense closca mineralitzada fossilitzats en指向 sediments d'una plana d'inundació fluvial. Un investigador de l'equip afirma que aquest animal ja presentava una reproducció plenament terrestre i independent de l'aigua. a) Rebat la hipòtesi de l'investigador assenyalant els impediments físics i cel·lulars (dessecació gamètica, motilitat dels espermatozoides i osmosi/osmoregulació del zigot) que fan inviable la fecundació externa en terra ferma. b) Justifica quines innovacions evolutives anatòmiques i fisiològiques en els gàmetes i en l'ou van ser necessàries perquè els amniotes aconseguissin independitzar-se del medi aquàtic per reproduir-se. c) Prediu quines diferències esperaries trobar en el volum de vitel dels òvuls i en el nombre de gàmetes produïts per cicle entre aquest fòssil i un rèptil terrestre de mida similar.

En la majoria dels vertebrats, els mascles competeixen intensament per les femelles i aquestes són les que trien parella a partir d'ornaments o festeigs. Tanmateix, en els cavallets de mar i els peixos pipa, són les femelles les que competeixen activament per accedir als mascles i mostren patrons de coloració més conspicus. a) Aplica la teoria de la inversió parental de Robert Trivers per justificar per què s'inverteixen els rols sexuals habituals en aquestes espècies. b) La femella triga només dos dies a madurar una nova tongada d'òvuls, mentre que el mascle necessita entre dues i quatre setmanes per incubar els embrions a la seva bossa marsupial. Prediu com afectarà aquesta diferència a la taxa operativa de sexes (proporció de mascles i femelles a punt per aparellar-se en un moment donat) i quin sexe actuarà com a recurs limitant. c) Dissenya un experiment senzill de laboratori per comprovar si els mascles de cavallet de mar prefereixen aparellar-se amb femelles de mida més gran.

Es comparen dues espècies d'ocells estretament emparentades en dos hàbitats diferents:

• Espècie 1: Crries altricials (neixen cegues, nues i termodependents) en un entorn on l'aliment es distribueix de manera escassa i homogènia per tot el territori.

• Espècie 2: Cries precoces o nidífugues (caminen i s'alimenten soles al cap de poques hores d'eclosionar) en un entorn on les clapes d'aliment són molt riques i concentrades en punts discrets fàcilment defensables per un mascle vigorós.

1. a) Prediu raonadament el sistema d'aparellament més probable (monogàmia o poligínia) per a cadascuna de les dues espècies, vinculant la necessitat de cura biparental i la capacitat de monopolitzar recursos. b) Imagina que una alteració de l'hàbitat de l'Espècie 1 provoca que l'aliment passi a ser superabundant al voltant dels nius, de manera que una sola femella sigui capaç d'alimentar tota la niada sense ajuda. Prediu com podria canviar a llarg termini el sistema d'aparellament d'aquesta població i justifica la teva resposta.

Compara tres espècies marines sotmeses a pesca comercial: el lluç (Merluccius merluccius, peix ossi que allibera entre 100 000 i uns quants milions d'ous pelàgics a l'any sense cap cura), el gatet (Scyliorhinus canicula, tauró ovípar que fixa unes 80 a 100 càpsules coriàcies al fons marí) i la mussola (Mustelus asterias, tauró vivípar placentari amb un període de gestació de 10 a 11 mesos que pareix entre 4 i 15 cries ja desenvolupades). a) Analitza el compromís evolutiu (trade-off) entre el nombre de descendents i la inversió energètica per gàmeta i embrió en aquestes tres espècies. b) Prediu quina de les tres poblacions patirà un col·lapse més ràpid i trigarà més dècades a recuperar-se si la pesca intensiva delma el 80 % dels adults reproductors. Justifica la teva resposta en funció de la maduresa sexual, la fecunditat i la taxa intrínseca de creixement. c) Des del punt de vista adaptatiu, raona quins avantatges i inconvenients va suposar per als taurons vivípars retenir internament els embrions enfront de l'estratègia ancestral de fresa massiva.

En un centre de conservació es gestiona una població en captivitat d'un mamífer amenaçat composta únicament per quatre exemplars: Mascle 1 i Femella 1 (germans complets capturats a la població silvestre A), Mascle 2 (procedent d'una població aïllada B) i Femella 2 (filla de Mascle 1 i Femella 1). A la població A s'han registrat casos de cataractes juvenils d'origen genètic autosòmic recessiu. a) Justifica genèticament per què un encreuament planificat entre el Mascle 1 i la Femella 2 implicaria un risc inacceptable per a la viabilitat de la ventrada, utilitzant els conceptes de coeficient de consanguinitat i depressió endogàmica. b) Dissenya el pla d'encreuaments òptim entre aquests quatre individus per minimitzar l'homocigosi d'al·lels deleteris i maximitzar la diversitat genètica de la generació següent. c) Un membre de l'equip suggereix solucionar la manca de reproductors clonant repetidament el Mascle 2, que mostra una salut i una mida excepcionals. Argumenta raonadament per què aquesta proposta no resol el problema de conservació de l'espècie a llarg termini.

Del rinoceront blanc del nord (Ceratotherium simum cottoni) només sobreviuen al món dues femelles vives, totes dues estèrils per dur a terme una gestació. Tanmateix, es disposa de semen criopreservat de diversos mascles morts i de femelles emparentades de la subespècie de rinoceront blanc del sud en zoològics i reserves. a) Dissenya un protocol biotecnològic seqüencial (des de l'obtenció del material biològic fins al naixement d'una cria) que permeti rescatar la subespècie utilitzant tècniques de reproducció assistida com ara l'aspiració transvaginal d'ovòcits, la microinjecció espermàtica (ICSI) i la transferència embrionària a mares subrogades. b) Justifica per què la inseminació artificial convencional no és aplicable en aquesta situació i quina rellevància biològica té la criopreservació del banc de gàmetes per a la conservació de la diversitat al·lèlica de l'espècie. c) Si mitjançant aquesta estratègia s'aconsegueixen tres cries vives procedents d'un sol mascle i una femella, avalua críticament la viabilitat biològica de reintroduir aquesta nova nissaga a la natura sense encreuar-la amb el rinoceront blanc del sud.