Reproducerea sexuată este un tip de reproducere care implică un complex în care un gamet (celule reproductive , cum ar fi un spermatozoid sau un ovul) cu un singur set de cromozomi se combină cu un alt gamet pentru a produce un zigot care se dezvoltă într-un organism compus din celule cu două seturi de cromozomi ().John Maynard Smith & Eörz Szathmáry, The Major Transitions in Evolution, W. H. Freeman and Company, 1995, p 149 Acest proces este tipic pentru animale, deși numărul de seturi de cromozomi și modul în care acest număr se modifică în cadrul reproducerii sexuate variază, în special în rândul plantelor, ciupercilor și al altor eucariote.

Reproducerea sexuată este cel mai întâlnit ciclu de viață la eucariotele multicelulare, cum ar fi animalele, ciupercile și plantele. Acest tip de reproducere are loc și la unele eucariote unicelulare. Reproducerea sexuată nu are loc la procariote (organisme unicelulare fără nucleu celular, cum sunt bacteriile și arheele). Totuși, unele procese bacteriene, inclusiv conjugarea bacteriană, și , pot fi considerate analoage reproducerii sexuate prin faptul că încorporează informații genetice noi. Unele proteine și alte structuri cheie pentru reproducerea sexuată ar fi putut apărea în bacterii, dar se crede că reproducerea sexuată propriu-zisă s-a dezvoltat la un strămoș eucariot străvechi.

La eucariote, celulele precursoare diploide se divid pentru a produce celule haploide printr-un proces numit meioză. În meioză, ADN-ul este replicat pentru a produce în total patru copii ale fiecărui cromozom. Această etapă este urmată de două diviziuni celulare consecutive pentru a genera gameții haploizi. În timpul meiozei, după replicarea ADN-ului, se împerechează, astfel încât secvențele lor de ADN se aliniază. În această perioadă, dinaintea diviziunilor celulare, se realizează un schimb de informații genetice între cromozomii omologi prin recombinare genetică. Cromozomii omologi conțin informații foarte asemănătoare, dar nu identice, iar prin schimbul acestor regiuni, recombinarea genetică sporește diversitatea genetică a generațiilor viitoare.

În timpul reproducerii sexuate, doi gameți haploizi se unesc într-o singură celulă diploidă, cunoscută sub numele de zigot, printr-un proces numit fecundație. Nucleele gameților fuzionează, fiecare gamet contribuind cu jumătate din materialul genetic al zigotului. Ulterior, prin diviziuni celulare multiple prin mitoză (fără modificarea numărului de cromozomi), se dezvoltă o fază sau o generație diploidă multicelulară. La plante, faza diploidă, cunoscută sub numele de , produce spori prin meioză. Acești spori germinează apoi și se divid prin mitoză pentru a forma o fază multicelulară haploidă, , care produce gameți direct prin mitoză. Acest tip de ciclu de viață, care implică alternanța între două faze multicelulare (gametofitul haploid sexuat și sporofitul diploid asexuat), este cunoscut sub numele de .

Mecanisme generale la animale La animale, reproducerea sexuată reprezintă procesul prin care ovulul și spermatozoidul, provenite de la doi indivizi de sex opus, se contopesc și dau naștere unui nou organism. În acest proces participă cele două celule sexuale, numite gameți, produse de către gonade. Gonadele sunt glande reproductive, fiind împărțite în gonade feminine (ovare) și gonade masculine (testicule).

Gameții feminini (ovulele) se formează în ovare prin procesul numit ovogeneză. În natură, există ovule foarte diferite ca formă, dimensiuni sau culoare: Icrele peștilor și amfibienilor sunt gelatinoase și lipsite de o coajă dură protectoare. Ouăle reptilelor și cele ale păsărilor au coajă membranoasă, respectiv calcaroasă, fiind mai bine protejate de factorii de mediu. Sunt alcătuite dintr-o singură celulă specială, imobilă și foarte bogată în substanțe nutritive. Pentru o protecție superioară, ovulele mamiferelor nu sunt depuse în mediul extern, ci rămân în interiorul corpului femelei după fecundare pe întreaga perioadă de dezvoltare.

La mamiferele placentare, spermatozoizii părăsesc penisul prin uretra masculină și pătrund în vagin în timpul copulației, în timp ce ovulele trec prin oviduct spre uter. Alte vertebrate posedă o cloacă prin care se realizează eliberarea gameților (atât a spermatozoizilor, cât și a ovulelor) pentru ambele sexe.

Evoluția reproducerii sexuate este considerată un paradox, deoarece reproducerea asexuată ar trebui, teoretic, să fie mai eficientă, având în vedere că fiecare organism tânăr creat poate da naștere propriilor descendenți. Acest lucru implică faptul că o populație asexuată are o capacitate intrinsecă de a crește mult mai rapid cu fiecare generație.John Maynard Smith The Evolution of Sex 1978. Acest „cost de 50%” reprezintă un dezavantaj adaptativ al reproducerii sexuate.Ridley, M. (2004) Evolution, 3rd edition. Blackwell Publishing, p. 314. Costul dublu al sexului include acest aspect și faptul că orice organism poate transmite doar 50% din propriile gene către urmași. Cu toate acestea, un avantaj cert al reproducerii sexuate este că sporește diversitatea genetică și împiedică acumularea mutațiilor genetice dăunătoare.

Primele dovezi fosilizate ale reproducerii sexuate la eucariote provin din perioada , având o vechime de aproximativ 1,05 miliarde de ani.

Biologii evoluționiști propun mai multe ipoteze pentru explicarea menținerii reproducerii sexuate: Reducerea probabilității de acumulare a mutațiilor dăunătoare (). Accelerarea ratei de . Repararea ADN-ului și mascarea mutațiilor recesive dăunătoare.

De regulă, dimensiunea populației dictează dacă reproducerea sexuată este pe deplin avantajoasă, populațiile mai mari răspunzând mai rapid la beneficiile acesteia decât cele mici. Modelele recente sugerează, de asemenea, un avantaj de bază pentru organismele complexe cu reproducere lentă, permițându-le să dezvolte strategii de supraviețuire strâns dependente de nișa ecologică ocupată.

Selecția sexuală

Pentru a se reproduce, indivizii trebuie să își găsească un partener. În lumea animală, selecția este realizată adesea de către femele, în timp ce masculii concurează pentru a fi aleși. Aceasta duce la adaptări comportamentale extreme (lupte, ritualuri de curtare) sau la dezvoltarea unor trăsături fizice exagerate printr-un mecanism de feedback pozitiv cunoscut sub numele de .

Dimorfismul sexual reprezintă situația în care caracteristicile fenotipice de bază variază semnificativ între masculii și femelele aceleiași specii. Acesta se manifestă la nivelul organelor sexuale, al caracterelor sexuale secundare, dimensiunii corporale, forței fizice, ornamentației biologice și comportamentului.Dimijian, G. G. (2005). Evolution of sexuality: biology and behavior. Proceedings (Baylor University. Medical Center), 18, 244–258. Exemple comune includ penajul păunilor, coama leilor sau coarnele cerbilor.

Diversitatea în lumea animală

Artropode și insecte Majoritatea speciilor de insecte (care alcătuiesc peste două treimi din speciile de animale existente) se reproduc sexuat, deși unele sunt facultativ. În general, masculii produc spermatozoizi, iar femelele produc ovule. Ovulele se dezvoltă în ouă protejate de un înveliș numit , format înainte de fecundarea internă. Strategiile de împerechere sunt diverse; de cele mai multe ori, masculul depune un spermatofor în interiorul femelei, care îl stochează până când este gata pentru fecundare.

Pești Marea majoritate a speciilor de pești depun ouă (icre) care sunt apoi fecundate extern de către mascul. Totuși, unele specii utilizează fecundarea internă: Peștii ovovivipari (cum ar fi gupii sau speciile de ) dezvoltă ouăle în interiorul corpului femelei, unde puii eclozează direct. La căluții de mare, masculul poartă ouăle într-o pungă incubatoare specială. Unele specii sunt hermafrodite, fie simultan, fie succesiv (schimbându-și sexul pe parcursul vieții). Specii precum folosesc un proces numit , unde sperma de la alte specii doar stimulează dezvoltarea oului fără a contribui cu material genetic.

Reptile Toate activitățile reproductive la reptile au loc prin intermediul cloacei. Majoritatea reptilelor au organe copulatoare care sunt de regulă retractate în interiorul corpului (un penis median la țestoase și crocodilieni sau o pereche de hemipenisuri la șerpi și șopârle). Tuatara, însă, nu are organe copulatoare externe, transferul spermei realizându-se prin simpla presare a cloacei masculului de cea a femelei. Majoritatea reptilelor depun ouă amniotice acoperite cu coajă pergamentoasă sau calcaroasă.

Mamifere Există trei grupuri de mamifere: monotreme, marsupiale și placentare, toate prezentând fecundare internă. La mamiferele placentare, puii se nasc complet formați, dar devin după o perioadă de timp variabilă. Majoritatea femelelor sunt fertile doar în anumite perioade ale ciclului estral, moment în care acceptă împerecherea.

Plante Spre deosebire de animale, plantele prezintă în ciclul lor de viață o . Zigotul plantelor se divide prin mitoză pentru a forma diploid multicelular. Sporofitul matur produce spori haploizi prin meioză, care germinează și formează faza de multicelular. Dimensiunea gametofitului variază de la câteva milioane de celule (la mușchi) până la doar trei celule în cadrul unui grăunte de polen la angiosperme.

Reproducerea sexuată a plantelor se realizează în principal prin semințe, fiind caracteristică pentru: Gimnosperme Angiosperme (plante cu flori)

Plantele cu flori (Angiospermele) Plantele cu flori sunt forma dominantă de vegetație terestră. Organele lor reproductive sunt localizate în floare. Antera produce grăunțe de polen (care conțin gametofitul masculin). Pentru ca polenizarea să aibă loc, polenul trebuie să ajungă pe stigmatul (organul feminin), în interiorul căreia se află ovulele.

După ce tubul polinic crește prin stilul carpelei, nucleele spermatice migrează în ovul pentru a realiza (fuzionând cu ovulul și cu nucleele endospermei). Zigotul rezultat devine embrion, endospermul triploid formează țesutul nutritiv al seminței, iar ovarul se transformă în fruct. Plantele pot practica atât , cât și polenizarea încrucișată.

În anul 2013, flori datând din Cretacic (aproximativ 100 de milioane de ani în urmă) au fost găsite conservate în chihlimbar, reprezentând cea mai veche dovadă fosilă directă a reproducerii sexuate la plantele cu flori.

Ferigi

Ferigile produc diploide mari, prevăzute cu rizomi, rădăcini și frunze. Frunzele fertile produc sporangi care conțin spori haploizi. Sporii sunt eliberați și germinează pentru a produce gametofiți mici și subțiri, care au de regulă formă de inimă și culoare verde. Acești gametofiți (numiți și ) produc spermatozoizi mobili în și celule ou în , localizate pe același individ sau pe plante diferite. După ploi sau atunci când roua depune o peliculă de apă, spermatozoizii mobili sunt stropiți și îndepărtați de anteridii (care se dezvoltă de obicei pe partea superioară a talului) și înoată prin pelicula de apă către arhegoane, unde fecundează oul. Pentru a favoriza polenizarea încrucișată sau fecundarea încrucișată, spermatozoizii sunt eliberați înainte ca ovulele să devină receptive, sporind astfel șansele ca spermatozoizii să fecundeze ovulele unui tal diferit. În urma fecundării se formează un zigot, care se dezvoltă într-o nouă plantă sporofitică. Existența separată a plantelor sporofite și gametofite este cunoscută sub numele de .

Briofite