The Advantages of Asexual Reproduction

by Daniel Nelson

The main advantages of asexual reproduction are a higher number of offspring, a mating partner is not required to reproduce, one can clone their DNA, and ability to better dictate reproduction location, timing, etc.

There are two kinds of reproduction: sexual reproduction and asexual reproduction. Among mammals, sexual reproduction is the norm, yet there are many advantages to asexual reproduction. Asexual reproduction allows a species do rapidly populate without a need for things like mobility or mates. Yet how does asexual reproduction function exactly, and what are all the benefits that asexually reproducing species enjoy?

Though most, but not all, higher organisms like mammals reproduce sexually, a great many organisms reproduce asexually. Bacteria reproduce asexually, and so do things like sea sponges, starfish, slime molds, and some flowers.

Photo: Pexels via Pixabay

How Asexual Reproduction Occurs

Asexual reproduction happens when an organism reproduces without combining its DNA with another organism. In effect, the offspring of the parent are clones of the parent, with the exact same DNA (though sometimes mutations occur). There are various forms of asexual reproduction, including budding, parthenogenesis, fragmentation and fission. The form of asexual reproduction depends on the type of animal.

Binary fission occurs in species that are able to divide more or less down the middle, creating two individuals that are of the same size. Parthenogenesis is a form of asexual reproduction where embryos can grow without the fertilization of an outside source, and the offspring can be either haploid or diploid.

Budding is where a new organism forms while attached to the original organism, and at a certain point breaks away from the main body, though in some species the two organisms remain attached. Fragmentation is where the body of the original organism may break apart and separate individuals may grow, such as the case of sea stars where a sufficiently large broken limb can result in the generation of a new sea star.

Certain plants, like Muscari, are capable of reproducing asexually by the process of vegetative reproduction. Photo: Public Domain

In the case of asexually reproducing plants, two main types of asexual reproduction are used: apomixis and vegetative reproduction. Plants that are capable of vegetative reproduction mean they don’t need spores or seeds to reproduce, instead of using their roots. Plants that have bulbs like lilies, as well as stem tubers in potatoes are examples of vegetative reproduction. Plants which are capable of apomixis use seeds, but don’t need the seeds to be fertilized. The ovule or part of the ovary are diploid and can make new seeds.

Some organisms, like aphids and sea anemones, can reproduce either sexually or asexually. In this case, asexual reproduction usually occurs when the environment is favorable to reproduction, with stable shelter and climate. When the environment is most volatile, the organisms switch to sexual reproduction.

The Benefits Of Asexual Reproduction

Blacktip sharks are capable of a form of asexual reproduction called parthenogenesis. Photo: Public Domain

There are a number of different benefits to asexual reproduction. Asexual reproduction requires less energy, allows rapid replication, and can occur in a number of different environments.
Asexual reproduction doesn’t require as much energy as sex because there is only one source of the DNA. Energy doesn’t need to be used to combine genetic material, which means DNA can more easily and quickly be passed onto the next generation. Asexual reproduction can also occur in many different environments. If an asexually reproducing organism can manage to adapt to an environment, it can be virtually guaranteed that the offspring of the organism will also be able to thrive in the environment. The key traits within an organism that allow it to thrive in its environment will definitely be passed on since the DNA of the offspring is the same as the parent. Asexual reproduction can help a species ensure its survival even when there are few mates and resources around.

Because asexually reproducing organisms can replicate by themselves, it only takes one organism to establish a new population or colony. A single parent can lead to the growth of an entire colony over time, and it becomes very easy for this organism to out-compete other organisms in the same ecosystem. Asexual reproduction also helps an organism or species ensure that its DNA is passed on, even if there are threats in the immediate area. If one organism is eaten, the genes of the organism will be safe in its offspring or brethren.

Plants that reproduce asexually don’t need seeds to grow, which is helpful for both the species of plants that reproduce asexually and for humans who rely on the plant. Losses of crops can be balanced by taking advantages of asexually reproducing species. Asexually reproducing species typically mature very quickly, in contrast to sexually reproducing species. This means that crops which reproduce asexually can quickly be grown and harvested.

Desvantagens da Reprodução Assexuada

While there are many advantages to asexual reproduction, there are also many drawbacks and disadvantages to asexual reproduction. Asexually reproducing species must deal with negative mutations longer than sexually reproducing species, lack diversity, have difficulty controlling population numbers, and have shorter lifespans.

Maladaptive mutations stay around longer in asexually reproduction species. Because there isn’t another set of DNA to combine with, the maladaptive traits are passed down to offspring for generations. Because diversity is so limited in populations of asexually reproducing organisms, not only do maladaptive trains stick around longer but populations of organisms are also at greater risk from disease or parasites. If a parasite or disease is capable of compromising one organism, it is capable of compromising all of the organisms within that population, meaning that populations of asexually reproducing organisms can quickly fall. Changes in climate can also devastate asexually reproducing lifeforms.

Not only do asexually reproducing lifeforms struggle with the threat of being wiped out due to disease or climate change, they also struggle with overpopulation and crowding. Organisms which reproduce asexually tend to reproduce very quickly and in large numbers, frequently meaning their population levels balloon up to the point where the ecosystem can no longer sustain them, causing mass die-offs. If the species which reproduces asexually can’t move, this problem is even worse as the organisms must compete for space and resources in a small area. Asexually reproducing species also tend to have shorter lifespans than organisms that reproduce sexually, meaning there is less time to grow and pass on their DNA.

Advantages of Asexual Reproduction:

• Energy isn’t needed to find a mate.
• Large colonies can outcompete other organisms.
• Quick reproduction and maturation.
• Adaptive traits are preserved in new generations.

Disadvantages of Asexual Reproduction:

• Entire population can be susceptible to disease or parasites.
• Competition over resources and space may occur.
• Unfavorable climates can destroy whole colonies.

Asexual reproduction has its advantages and disadvantages, but it works extremely well for those relatively simple species which live in a uniform, slowly changing ecosystem.

Filhotes sem pais

Relatos de casos de reprodução por partenogênese em tubarões e raias intrigam cientistas

 

Por: Márcio Luiz V. Barbosa Filho e Salvatore Siciliano
 Publicado em 29/06/2015 | Atualizado em 29/06/2015

 

Em 2001, cientistas observaram pela primeira vez a reprodução por partenogênese em um tubarão-martelo. Análises do DNA do filhote comprovaram que não houve contribuição de um macho em sua geração. (foto: Barry Peters / Flickr / CC BY 2.0) 

 

O Zoológico de Henry Doorly no Nebraska, Estados Unidos, foi palco de uma sensacional descoberta em 2001. Uma fêmea de tubarão-martelo deu à luz a um filhote sem que ela tinha tido contato anterior com qualquer macho da sua espécie. A história teve contornos trágicos, já que o filhotinho foi atacado e morto por uma raia mantida no mesmo tanque. Mas trouxe novidade para a ciência: refinadas análises genéticas no DNA do filhote do tubarão-martelo comprovaram que não havia contribuição paternal na sua geração, o que levava à tese de reprodução por partenogênese.

Geralmente, a partenogênese ocorre em seres invertebrados, como abelhas e mariposas, entre outros. A maioria dos vertebrados se reproduz de forma sexuada

A maioria dos vertebrados se reproduz de forma sexuada, em que há a contribuição de um óvulo (gameta feminino) e de um espermatozoide (gameta masculino) para a concepção da nova prole. No entanto, na natureza, alguns grupos animais apresentam a reprodução assexuada, em que não é preciso a contribuição de indivíduos de diferentes sexos para que os filhotes nasçam. Na partenogênese, modo de reprodução assexuada, ocorre o crescimento e desenvolvimento de um embrião sem que a fêmea seja fertilizada pelo macho, ou seja, existe a participação unicamente de um gameta feminino.

Nesse fenômeno, metade do material genético de uma fêmea se agrega a uma cópia idêntica, que também se encontra nas suas células. Assim, pode-se dizer que o embrião é um clone da mãe pela metade. Geralmente, a partenogênese ocorre em seres invertebrados, como abelhas e mariposas, entre outros, mas alguns animais vertebrados – como répteis, aves e peixes – também são capazes de se reproduzir desse modo. No final de 2006, causou sensação o artigo na conceituada Nature que relatava o nascimento de filhotes de dragões-de-Komodo a partir de fêmeas mantidas em diferentes instituições na Inglaterra. Como elas não tinham tido contato anterior com machos, por anos deduziu-se que foram capazes de produzir ninhadas a partir de ovos gerados por partenogêse. Alguns testes com o material genético dos filhotes confirmaram as suspeitas dos cientistas e provaram que os dragões-de-Komodo podem se valer dessa estratégia para manter suas reduzidas populações.

Dragões-de-komodo também são capazes de se reproduzir de maneira assexuada. Esse comportamento foi observado em 2006 em diferentes instituições na Inglaterra e confirmado pela análise genética dos filhotes. (foto: Neil / Wikimedia Commons / CC BY-SA 3.0)

  De volta aos tubarões e raias, são conhecidas suas diversas estratégias de reprodução sexuada, fruto de mais de 400 milhões de anos de evolução. Mas, a partir do ano de 2001, a ocorrência de alguns casos de reprodução assexuada por partenogênese em tubarões mantidos em cativeiro tem surpreendido os cientistas e aumentado ainda mais a fascinação que os seres humanos sentem por estes animais.

Foi observada pela primeira vez a ocorrência de partenogênese viável em peixes cartilaginosos em seu ambiente natural

 

Nos primeiros registros de partenogênese em tubarões, os filhotes quase sempre morriam com poucos dias de nascidos. Contudo, existem registros de filhotes de tubarões nascidos de reprodução por partenogênese que sobreviveram até cinco anos. Além disso, apenas muito recentemente, em 1º de junho de 2015, foi registrada a ocorrência de partenogênese viável em peixes cartilaginosos em seu ambiente natural. O caso foi descrito com a espécie de raia denominada peixe-serra-de-dentes-pequenos (Pristis pectinata), que hoje encontra-se criticamente ameaçada de extinção.

Testes genéticos de paternidade foram realizados em amostras de DNA provenientes de 190 exemplares de peixes-serra que vivem nos rios Caloosahatchee e Peace e na região das Ten Thousand Islands, na Flórida, Estados Unidos. Sete desses exemplares, todas fêmeas, eram altamente aparentadas entre si, com mais de 80% de índice de parentesco interno. Ou seja, as análises genéticas mostraram que eram praticamente cópias idênticas do DNA contido no óvulo de sua mãe, comprovando a partenogênese.

Os cientistas que fizeram esta descoberta discutem que a ocorrência facultativa de partenogênese na natureza pode estar relacionada a baixas densidades populacionais destes peixes e pode figurar como uma saída ao fato de as fêmeas não encontrarem machos para acasalarem.

Cientistas desconfiam que a reprodução por partenogênese em peixes-serra esteja relacionada à redução das populações deste animal na natureza. (foto: Catarina Chagas)

A ocorrência de partenogênese levanta questões importantes sobre a conservação do grupo. Como nos filhotes provenientes da partenogênese só existe material genético da mãe, esse tipo de reprodução diminui a variabilidade genética das populações, o que, por sua vez, reduz a capacidade destes animais de se adaptarem a ambientes que cada vez mais sofrem mudanças drásticas.

De maneira prudente, cientistas estão longe de realizar inferências detalhadas a respeito dos impactos que este fenômeno acarreta nas populações destes peixes. Todavia, é bem provável que mais e mais casos de reprodução assexuada em tubarões sejam registrados em um futuro próximo, o que irá nos esclarecer mais a este respeito. Além disso, por meio do desenvolvimento de novas técnicas em pesquisa genética e estudos populacionais detalhados, será possível saber com precisão as implicações evolutivas e ecológicas da reprodução por partenogênese em populações destes tão ameaçados e magníficos animais.

Márcio Luiz V. Barbosa Filho
Programa de Pós-graduação em Zoologia, Universidade Estadual de Santa Cruz

Salvatore Siciliano
Instituto Oswaldo Cruz, Fundação Oswaldo Cruz