Biologie basisschool en onderbouw · Grades 1–9
54Geslachtelijke voortplanting
Kikkergezang in mei, kersenbloesem in april, het burlen van het hert in de herfst, een zonnebloem die haar volgepakte gezicht naar de bijen draait: overal in de levende wereld wordt er enorm veel energie aan één project besteed — de volgende generatie. Eerdere jaren verzamelden de stukken (Hoofdstuk 23, Hoofdstuk 31); dit jaar zet ze in elkaar tot één theorie, en stelt de scherpere vraag: waarom eigenlijk twee ouders?
54.1 Eén mechanisme door de hele levende wereld
Definitie 54.1 (Gameten)
De voortplantingscellen uit Definitie 23.1 dragen de algemene naam gameten: de mannelijke gameet (de zaadcel bij dieren, de cel van de stuifmeelkorrel bij bloeiende planten) en de vrouwelijke gameet (de eicel, in eierstok of zaadknop). Gameten zijn losse cellen (Hoofdstuk 29), en elk is een half begin: alleen gaat een gameet dood; samengevoegd maken er twee een leven.
Propositie 54.2 (De onveranderlijke kern)
Waar de geslachtelijke voortplanting ook draait — vis of spar, slak of mens — de kern is onveranderlijk:
- twee ouders maken gameten, mannelijke en vrouwelijke;
- de bevruchting: één mannelijke gameet verenigt zich met één vrouwelijke gameet, en zo ontstaat één nieuwe cel — de bevruchte eicel, of zygote;
- de zygote deelt zich keer op keer (Propositie 29.7) en bouwt zo een nieuw individu dat van allebei de ouders iets meedraagt (Opmerking 23.3).
Rond die kern is al het andere variatie: waar de gameten elkaar treffen, hoeveel het er zijn, wie voor de jongen zorgt.
Bewijs. Op dit niveau zonder bewijs aangenomen. ∎
Voorbeeld 54.3 (De variaties, ingedeeld)
De oude verzameling laat zich netjes onder de kern archiveren. Uitwendige tegenover inwendige bevruchting (Propositie 23.6): de ontmoetingsplaats. Eierleggend tegenover levendbarend (Definitie 23.4): het onderdak van de zygote. De miljoenen van de kabeljauw tegenover het enkele kalf van de olifant (Propositie 23.7): de aantallenboekhouding. Bestuiving door bij of wind (Definitie 31.3): de reisdienst van de mannelijke gameet. Eén mechanisme, een catalogus vol instellingen.
Opmerking 54.4 (Planten draaien dezelfde kern)
Zet Hoofdstuk 31 naast Hoofdstuk 23 en de overeenkomst is exact: meeldraden en stamper maken de gameten, de stuifmeelbuis is de gang van de inwendige bevruchting, en het zaad huisvest het embryo van de plant met zijn lunchpakket (Definitie 9.1). Alleen de vegetatieve voortplanting (Definitie 24.5) staat apart — één ouder, geen gameten, exacte kopieën: het contrast dat de vraag van de volgende paragraaf scherp maakt.
54.2 Waarom twee ouders?
Propositie 54.5 (Geslachtelijke voortplanting schudt)
De aardbeienkopieën van de uitlopers (Opmerking 24.9) laten zien wat één ouder oplevert: eenvormigheid. Twee ouders leveren het tegendeel. Omdat elke zygote van elke ouder één gameet combineert — en omdat, zoals een later hoofdstuk zal laten zien, zelfs geen twee gameten van één ouder precies dezelfde erfelijke inhoud dragen — deelt de geslachtelijke voortplanting elk nakomelingetje een nieuwe combinatie uit. Broers en zussen verschillen; geen twee kiemplantjes uit één peul zijn gelijk; en de verscheidenheid binnen elke soort (Opmerking 30.4) is grotendeels het werk van dat schudden.
Bewijs. Op dit niveau zonder bewijs aangenomen. ∎
Voorbeeld 54.6 (De twee weddenschappen van de boomgaard)
De boomgaard uit Opmerking 24.9 speelt beide spellen met opzet. Entingen en stekken: één ouder, exacte kopieën van de uitstekende boom — en één gedeelde zwakke plek, zodat een ziekte die er één velt ze allemaal kan vellen. Pitjes: twee ouders, en elke zaailing een verse combinatie — de meeste onopvallend, sommige slechter, een enkele beter dan allebei de ouders, en geen twee gelijk voor een ziekte om weg te vagen. Kopiëren zet het heden op de bank; schudden verkent de toekomst.
Opmerking 54.7 (Verscheidenheid is de reserve van de soort)
Waarom het schudden ook buiten de boomgaard telt: Propositie 30.5 liet zien hoe webben klappen opvangen door verscheidenheid aan soorten; binnen één soort speelt de verscheidenheid aan individuen dezelfde rol. Als de omstandigheden omslaan — een nieuwe ziekte, een strengere winter — heeft een gevarieerde soort meer kans dat er iemand bij zit die op de nieuwe voorwaarden past. Wat dat betekent voor de geschiedenis van het leven, zal Hoofdstuk 68 uitspreken; hou hier alleen vast dat de geslachtelijke voortplanting de reserve gevuld houdt.
54.3 De voortplanting van elke soort lezen
Methode 54.8 (Het voortplantingsdossier)
Stel voor elke soort samen:
- gameten: wie maakt welke, en waar;
- ontmoeting: uitwendige of inwendige bevruchting, en de reisdienst (water, paring, bestuiver, wind);
- onderdak: eieren gelegd of jongen gedragen; met welke proviand;
- aantallen en zorg: de positie op de strategielijn (Propositie 23.7);
- seizoen: wanneer, en waardoor getimed — de vraag van het volgende hoofdstuk.
Voorbeeld 54.9 (Twee dossiers naast elkaar)
De stekelbaars (Oefening 23.10): gameten in het water losgelaten, uitwendige bevruchting, eitjes in een gebouwd nest, enkele tientallen, bewaakt door de vader, in het voorjaar. De kers: gameten in de bloesem, inwendige bevruchting door de stuifmeelbuis omlaag, embryo’s ondergebracht in zaden binnen een vrucht, duizenden, van proviand voorzien en daarna aan de bezorgdienst van de vogels overgelaten (Oefening 39.12), getimed op april. Dezelfde vorm, voor elke soort: het dossier is de theorie in gebruik.
54.4 Oefeningen
Oefening 54.1 ★
Omschrijf gameet en zygote, en noem de twee gameten bij dieren en bij bloeiende planten.
Oefening 54.2 ★
Beschrijf de onveranderlijke kern in drie stappen.
Oplossing
Oplossing van Oefening 54.2.
Twee ouders maken mannelijke en vrouwelijke gameten; de bevruchting verenigt er één van elk tot een zygote; de zygote deelt zich keer op keer en bouwt een nieuw individu dat van allebei de ouders iets meedraagt.
Oefening 54.3 ★
Archiveer onder de kern: uitwendige/inwendige bevruchting, eierleggend/levendbarend, miljoenen/enkelingen — wat varieert elk paar?
Oplossing
Oplossing van Oefening 54.3.
De ontmoetingsplaats van de gameten; het onderdak van het zich ontwikkelende jong; de strategie van aantallen en zorg. Allemaal instellingen rond dezelfde kern.
Oefening 54.4 ★
Koppel de plantendelen aan de dierlijke rollen: meeldraad, stamper, stuifmeelbuis, zaad.
Oplossing
Oplossing van Oefening 54.4.
Meeldraad: de fabriek van de mannelijke gameet. Stamper (met haar zaadknoppen): die van de vrouwelijke. Stuifmeelbuis: de gang van de inwendige bevruchting. Zaad: het ondergebrachte embryo met zijn proviand — het eierleggende pakketje van de plant.
Oefening 54.5 ★
Wat levert voortplanting met één ouder op wat die met twee ouders nooit oplevert — en omgekeerd?
Oplossing
Oplossing van Oefening 54.5.
Eén ouder levert exacte kopieën — de eenvormigheid die het schudden nooit kan geven; twee ouders leveren elke keer nieuwe combinaties — de verscheidenheid die kopiëren nooit kan geven.
Oefening 54.6 ★
Waarom verschillen broers en zussen, volgens Propositie 54.5?
Oplossing
Oplossing van Oefening 54.6.
Elke broer of zus is uit een ander paar gameten gegroeid, en geen twee gameten dragen precies dezelfde erfelijke inhoud: elke bevruchting deelt een verse combinatie van de bijdragen van de twee ouders uit.
Oefening 54.7 ★★
Leg de twee weddenschappen van de boomgaard uit, en wanneer elk de juiste is.
Oplossing
Oplossing van Oefening 54.7.
Kopiëren (entingen, stekken) zet een bewezen uitmuntendheid op de bank — precies goed als de huidige eigenschappen precies zijn wat je wilt; de prijs is een gedeelde zwakke plek. Schudden (pitjes) verkent nieuwe combinaties — precies goed als je verbetering of verzekering wilt; de prijs is dat de meeste kaarten onopvallend zijn.
Oefening 54.8 ★★
Stel Methode 54.8 samen voor de kikker (alle stukken staan in Voorbeeld 23.2 en Voorbeeld 8.7).
Oplossing
Oplossing van Oefening 54.8.
Gameten: eitjes van het vrouwtje, zaad van het mannetje, in de vijver losgelaten. Ontmoeting: uitwendige bevruchting in het water, met het gezang van de mannetjes dat de vijver bijeenroept. Onderdak: eitjes in gelei, karig van proviand voorzien. Aantallen en zorg: duizenden, onverzorgd. Seizoen: het voorjaar — het koor van mei.
Oefening 54.9 ★★
Stel het dossier samen voor de paardenbloem — met één waarschuwing: veel paardenbloemen zetten in werkelijkheid zaad zonder bevruchting en klonen zich zo via zaad. Welke rubrieken worden vreemd, en wat leert die eigenaardigheid over dossiers?
Oplossing
Oplossing van Oefening 54.9.
De rubriek ontmoeting stort in — er is helemaal geen bevruchting — en toch lezen de rubrieken onderdak, aantallen en seizoen gewoon: duizenden gepluimde zaden, in de zomer. De eigenaardigheid leert dat het dossier een checklist is en geen aanname: vul het uit bewijs, en een “zaad” hoeft geen schudden te bewijzen. (De paardenbloem die zich via zaad kloont krijgt een kopieerweddenschap mét een verspreidingsdienst — het beste van twee werelden.)
Oefening 54.10 ★★
Een wijngaard teelt twee eeuwen lang één beroemd druivenras uit stekken; dan komt er een plaag die precies dat ras verrukkelijk vindt. Vertel Voorbeeld 54.6 na als het verhaal van deze wijngaard.
Oplossing
Oplossing van Oefening 54.10.
Twee eeuwen stekken maakten van de wijngaard één gedeelde constitutie — uitmuntendheid op de bank, zwakte gedeeld. De plaag die die constitutie verrukkelijk vindt, treft elke stok even smakelijk aan: geen gevarieerde individuen, geen reserve, en de kopieerweddenschap wordt aan de slechtst denkbare tafel opgeëist. De redding is, historisch net als in de oefening, de andere weddenschap: resistent materiaal inkruisen — het schudden.
Oefening 54.11 ★★
“Een gameet is een half begin.” Onderbouw die uitdrukking twee keer: vanuit stap 2 van de kern, en vanuit het schudden.
Oplossing
Oplossing van Oefening 54.11.
Vanuit de kern: een gameet gaat alleen dood — alleen de bevruchting, die er twee verenigt, maakt de zygote die leeft en zich deelt. Vanuit het schudden: elke gameet draagt maar de helft van één ouder van een combinatie die pas bij het samengaan uitgedeeld wordt.
Oefening 54.12 ★★★
Waarom zou een soort die allebei kan — de aardbei, met uitlopers en zaden — allebei houden? Wijs elke wijze haar dienst toe, met Opmerking 39.8 en Opmerking 54.7.
Oplossing
Oplossing van Oefening 54.12.
De uitlopers zijn de zekere dienst voor de korte afstand: exacte kopieën die de goede grond ernaast dicht in bezit nemen — de bewezen plant van dit jaar, op de bank gezet. De zaden zijn de verkennende dienst voor de lange afstand: geschudde combinaties die ver verspreid worden en de reserve van de soort vullen voor veranderde omstandigheden elders. Allebei houden koopt het heden en de toekomst tegelijk.
54.5 Probleem: Het veredelingsprogramma
Probleem 54.1
Weekendprobleem — een jaar van een plantenveredelaar, gedraaid op de theorie
Een veredelaarster wil een nieuwe appel: knapperig als ras A, bestand tegen ziekte als ras B. Haar gereedschap is precies dat van dit hoofdstuk.
Deel I — De kruising.
- Ze neemt met een penseel stuifmeel van de meeldraden van A en raakt daarmee de stampers van B aan, en verpakt de bloemen daarna in zakjes tegen de bijen. Noem de rol van elke stap in de kern — en waarom de zakjes ertoe doen (Methode 31.8 gebruikte hetzelfde penseel).
- Wat groeit er na haar bezoek in de vrucht van B, en welke twee erfenissen combineert elk pitje?
- Ze zaait driehonderd pitjes. Waarom verwacht ze driehonderd verschillende bomen, volgens Propositie 54.5?
- De meeste zaailingen zullen onopvallend zijn, een paar slechter dan allebei de ouders, en misschien één precies goed. Welk voorbeeld uit het hoofdstuk voorspelde precies die spreiding?
Deel II — De winnaar vastleggen.
- Jaar acht: één boom draagt knapperige appels die tegen ziekte bestand zijn. Wat gebeurt er met de gewilde combinatie als ze zijn pitjes zaait — en waarom?
- In plaats daarvan vermeerdert ze de winnaar door te enten — welke voortplanting is dat, en wat garandeert die?
- Haar hele toekomstige boomgaard zal uit kopieën van die ene boom bestaan. Noem het risico dat ze daarmee aanvaardt, en de uitdrukking van het hoofdstuk ervoor.
- Stel de gebruikelijke verzekering voor: wat zou haar boomgaard daarnaast moeten aanhouden, en waarom echoot die strategie Opmerking 54.7?
Deel III — De theorie, doorgelicht.
- Haar programma gebruikte allebei de weddenschappen van de boomgaard achter elkaar. Zeg welke fase welke gebruikte, en wat elk haar opleverde.
- Een collega kweekt op dezelfde manier stekelbaarzen — ouders kiezen, de geschudde jongen grootbrengen, de beste houden. Noem de rubrieken van het dossier (Methode 54.8) waar de visserijpraktijk van de appelpraktijk verschilt, en de stappen van de kern waar dat niet kan.
- De veredelaarster zegt: “de seks stelt voor, de selectie beschikt — ik kies alleen uit wat het schudden uitdeelt”. Verbind haar slogan met de verscheidenheidsreserve uit Opmerking 54.7.
- Eén zin ter afsluiting: waar had het programma de geslachtelijke voortplanting voor nodig, en waar de vegetatieve?
Oplossing
Oplossing van Probleem 54.1.
1. Het penseel speelt bestuiver: het draagt mannelijke gameten van A naar de stampers van B — de stap van de ontmoeting. De zakjes sluiten bijen uit zodat verdwaald stuifmeel geen derde ouder toevoegt: beheersing van de kruising — de geest van de eerlijke proef, bij de bloem.
2. Zaden — elk pitje een embryo uit een van de eicellen van B, bevrucht door een van de stuifmeelcellen van A: de erfenissen van A en B gecombineerd.
3. Omdat elk pitje een andere uitdeling van het schudden is: aan beide kanten andere gameten, dus driehonderd verschillende combinaties van knapperigheid, weerstand en al het andere.
4. De twee weddenschappen van de boomgaard (Voorbeeld 54.6): de meeste zaailingen onopvallend, sommige slechter, een enkele beter — de bekende spreiding van het schudden.
5. De combinatie wordt weer weg geschud: de pitjes van de winnaar delen nieuwe mengsels uit van zijn erfenis met die van zijn stuifmeelouder, en knapperig-en-resistent valt in stukjes uiteen. De winnaar zaaien maakt hem onwinnaar.
6. Enten — vegetatieve voortplanting: één ouder, exacte kopieën. Het garandeert de gewilde combinatie, boom na boom.
7. Het risico van de gedeelde zwakke plek uit de kopieerweddenschap: één constitutie in de hele boomgaard — het verhaal van de wijngaard dat ligt te wachten om te gebeuren.
8. Een reserve aan verscheidenheid: andere rassen ertussen geplant, en veredelingslijnen die uit zaad in stand gehouden worden — zodat er, als een nieuwe ziekte of een nieuw klimaat aanklopt, materiaal is om uit te delen. De reserve op soortniveau, met opzet op boomgaardschaal aangehouden.
9. Fase één (de kruising en de driehonderd zaailingen): het schudden — dat vond de combinatie. Fase twee (de winnaar enten): het kopiëren — dat behield de combinatie. Eerst verkennen, dan op de bank zetten.
10. Verschillende rubrieken: ontmoeting (uitwendig, in het water, zonder penseel — de kweker koppelt alleen de ouders), onderdak (eitjes in een nest in plaats van zaden), zorg (de vader wuift het legsel), seizoen. Onveranderlijk: gameten gemaakt, een bevruchting die er twee tot een zygote verenigt, en een zygote die zich tot een geschud individu deelt — de kern kan niet verschillen, anders zou het geen geslachtelijke voortplanting zijn.
11. Het schudden vult de tafel — elke generatie deelt combinaties uit die niemand ontworpen heeft; het kiezen van de veredelaar is gewoon het reserveprincipe met opzet gedraaid: waar in de natuur de veranderde omstandigheden de passende uitkiezen, kiest zij de knapperige en resistente. Zonder uitgedeelde verscheidenheid valt er niets te kiezen.
12. De geslachtelijke voortplanting was nodig om de nieuwe combinatie te maken; de vegetatieve om haar onveranderd te vermenigvuldigen.