miniaturadaimagem|Ciclo reprodutivo com a produção de gâmetas durante a meiose, com genoma haploide. Na fertilização, gâmetas juntam-se para formar um zigoto diploide. A reprodução sexuada é um tipo de reprodução que envolve um ciclo de vida complexo no qual um gâmeta (células reprodutivas haploides, como um espermatozoide ou óvulo) com um único conjunto de cromossomas combina-se com outro gâmeta para produzir um zigoto que se desenvolve num organismo composto por células com dois conjuntos de cromossomas (diploides).John Maynard Smith & Eörz Szathmáry, As principais transições na evolução, W. H. Freeman and Company, 1995, p 149 Isso é típico em animais, apesar de o número de conjuntos de cromossomas variar, especialmente entre plantas, fungos e outros eucariotas.
A reprodução sexuada é o ciclo de vida mais comum em eucariotas multicelulares, como animais, fungos e plantas. A reprodução sexuada também ocorre em alguns eucariotas unicelulares. A reprodução sexuada não ocorre em procariontes, organismos unicelulares sem núcleo celular, como bactérias e archaea. No entanto, alguns processos em bactérias, incluindo conjugação, transformação e transdução bacteriana, podem ser considerados análogos à reprodução sexuada na medida em que incorporam nova informação genética. Algumas proteínas e outros componentes que são fundamentais para a reprodução sexuada podem ter surgido em bactérias, mas acredita-se que a reprodução sexuada tenha se desenvolvido num antigo ancestral eucariótica.
Nos eucariotas, as células precursoras diploides dividem-se para produzir células haploides, que se formam nas gónadas, num processo chamado meiose. Na meiose, o ADN é replicado para produzir um total de quatro cópias de cada cromossoma. Isto é seguido por duas divisões celulares para gerar gâmetas haploides. Depois que o ADN é replicado na meiose, os cromossomas homólogos emparelham-se de modo que as suas sequências de ADN fiquem alinhadas umas com as outras. Durante este período antes das divisões celulares, a informação genética é trocada entre cromossomas homólogos na recombinação genética. Os cromossomas homólogos contêm informações altamente semelhantes, mas não idênticas, e ao trocar regiões semelhantes, mas não idênticas, a recombinação genética aumenta a diversidade genética entre as gerações futuras.
Quando se dá a fecundação, também ocorre outro fenómeno — a cariogamia — que consiste na fusão dos núcleos dos dois gâmetas. Os núcleos dos gâmetas fundem-se e cada gâmeta contribui com metade do material genético do zigoto. Depois que estes processos ocorrem, forma-se o ovo (célula ovo) ou zigoto que, por mitoses sucessivas (sem alteração no número de cromossomas), vai originar um novo indivíduo. Nas plantas, a fase diploide, conhecida como esporófito, produz esporos por meiose. Esses esporos então germinam e dividem-se por mitose para formar uma fase multicelular haploide, o gametófito, que produz gâmetas diretamente por mitose. Este tipo de ciclo de vida, envolvendo alternância entre duas fases multicelulares, o gametófito sexual haploide e o esporófito diploide assexuado, é conhecido como alternância de gerações. Conquanto, por meiose, o número diploide de cromossomas é reduzido à metade (n — haploide); e pela fecundação, restabelece-se o número 2n (diploide) típico da espécie. Dessa maneira, ocorrem a troca e a mistura de material genético entre indivíduos de uma população, aumentando a variabilidade genética.
As espécies sexuadas são mais variáveis. Logo, um mínimo de tipos genéticos de uma mesma população podem adaptar-se às diferentes condições flutuantes, provendo uma chance maior para a continuação da população; ou até mesmo da sua espécie. Em geral, as espécies sexuadas são melhor adaptadas a ambientes novos e sob influência de mudanças abruptas. A vantagem da reprodução sexuada é que ocorrerá "diluição" das características parentais entre os descendentes, o que acarretará uma maior heterogeneidade. Isso é bom para aumentar as chances de sobrevivência dos organismos em caso de estresse ambiental. Assim, há chances de que, nesta diluição, ameaças parasitárias ou no próprio material genético dos progenitores seja superada. No entanto, experimentos demonstraram que a vantagem em sobrevivência de indivíduos gerados por reprodução sexuada não foi maior do que a de indivíduos gerados de forma assexuada.John Maynard Smith The Evolution of Sex 1978.
Como já foi abordado, a meiose é um tipo especial de divisão celular, que tem como objetivo a produção de gâmetas. Por isso, a meiose ocorre em tecidos especiais. Estes tecidos denominam-se gametângios.
Ao contrário do que sucede com os animais, em que os gâmetas se formam por meiose a partir das células das gónadas, nas plantas raramente resultam diretamente da meiose. Geralmente, a meiose origina esporos. Neste caso, ocorre em estruturas denominadas esporângios. Os tipos de plantas que fazem esse tipo de reprodução são, principalmente, as gimnospermas, plantas que conseguem produzir sementes, mas não conseguem produzir frutos.
A seleção sexual é um modo de seleção natural em que alguns indivíduos reproduzem melhor que outros de uma população porque são melhores em garantir o interesse dos parceiros pela reprodução sexual. É descrita como "uma poderosa força evolutiva que não existe em populações assexuadas".
Evolução A primeira evidência fossilizada de reprodução sexuada em eucariotas é do período Steniano, com cerca de 1,05 mil milhões de anos.
Os biólogos que estudam a evolução propõem várias explicações para o desenvolvimento da reprodução sexuada e a sua continuidade. Estas razões incluem a redução da probabilidade de acumulação de mutações deletérias, o aumento da taxa de adaptação a ambientes em mudança, lidar com a competição, reparação do ADN, mascarando mutações deletérias e reduzindo a variação genética a nível genómico.Bernstein, H.; Bernstein, C.; Michod, R. E. (2012) "DNA Repair as the Primary Adaptive Function of Sex in Bacteria and Eukaryotes ". Chapter 1, pp. 1–50, in DNA Repair: New Research, Editors S. Kimura and Shimizu S. Nova Sci. Publ., Hauppauge, New York. Open access for reading only. Todas estas ideias sobre o porquê de a reprodução sexual ter sido mantida são geralmente apoiadas, mas, em última análise, o tamanho da população determina se a reprodução sexual é totalmente benéfica. As populações maiores parecem responder mais rapidamente a alguns dos benefícios obtidos através da reprodução sexual do que as populações mais pequenas.
No entanto, modelos mais recentes apresentados nos últimos anos sugerem uma vantagem básica para a reprodução sexuada em organismos complexos de reprodução lenta.
A reprodução sexuada permite a estas espécies exibir características que dependem do ambiente específico que habitam e das estratégias particulares de sobrevivência que empregam.
Seleção sexual Para se reproduzirem sexualmente, tanto os machos como as fêmeas têm de encontrar um parceiro. Geralmente, a escolha do parceiro nos animais é feita pelas fêmeas, enquanto os machos competem entre si para serem escolhidos. Isto pode fazer com que os organismos façam grandes esforços para se reproduzirem, como lutar e exibir-se, ou produzir características extremas causadas por retroalimentação positiva chamada selecção de fuga de Fisher (Fisherian runaway). Assim, a reprodução sexuada, enquanto forma de selecção natural, tem um efeito na evolução. O dimorfismo sexual consiste na diferença de características fenotípicas básicas entre machos e fêmeas da mesma espécie. O dimorfismo encontra-se nos órgãos sexuais e características sexuais secundárias, tamanho do corpo, força física e morfologia, ornamentação biológica, comportamento e outras características corporais. No entanto, a seleção sexual só pode ocorrer durante um longo período de tempo, conduzindo ao dimorfismo sexual.Dimijian, G. G. (2005). Evolução da sexualidade: biologia e comportamento. Annals (Baylor University. Medical Center), 18, 244–258.
Proporção sexual Com exceção de algumas vespas eussociais, os organismos que se reproduzem sexualmente têm uma proporção sexual de nascimentos de machos para fêmeas de 1:1. O estatístico e biólogo inglês Ronald Fisher descreveu uma explicação para tal chamada princípio de Fisher. Baseia-se no seguinte:
Admita que os nascimentos de homens são menos comuns do que os nascimentos de mulheres. Um macho recém-nascido tem melhores perspectivas de acasalamento do que uma fêmea recém-nascida e pode esperar ter mais descendentes. Assim sendo, os pais geneticamente propensos a ter filhos do sexo masculino tendem a ter um maior número médio de netos nascidos desses filhos do sexo masculino. Portanto, os genes que levam à tendência para produzir machos estão a espalhar-se, e os nascimentos de machos estão a tornar-se mais comuns. À medida que se aproximam da proporção sexual de 1:1, a vantagem associada à produção de machos diminui. O mesmo raciocínio pode ser feito para as fêmeas se fossem completamente substituídas por machos. Logo, a relação de equilíbrio é de 1:1.
Animais Fertilização e cópula Dependendo do local onde ocorre a fertilização, dentro ou fora do corpo da fêmea, é designada por fertilização interna ou externa, respetivamente. miniatura|Desova de um coral duro. Os gâmetas são fertilizados na água A fertilização externa ocorre geralmente na água e é maioritária nos animais aquáticos. O macho e a fêmea libertam os seus gâmetas na água, onde se fundem (fertilização). Geralmente, o macho e a fêmea fazem algum tipo de cortejo e libertam os seus gâmetas muito próximos, facilitando o encontro do óvulo e do espermatozóide (por exemplo, nos peixes teleósteos). Outras vezes, são libertadas enormes quantidades de gâmetas de forma sincronizada, flutuando até que a fertilização ocorra por acaso, como nos corais. Entre os vertebrados, a fecundação externa é típica da maioria dos peixes e nos anfíbios anuros, como os sapos e as rãs.
A fecundação externa geralmente não requer cópula, mas pode exigir um contacto próximo entre os sexos, como no exemplo dos anfíbios anuros; por exemplo, o sapo macho permanece abraçado às costas da fêmea e quando esta deposita os seus ovos na água, o macho deposita o seu esperma sobre os ovos. Mas pode haver casos em que a cópula ocorre e a fecundação é, no entanto, externa, como acontece em oligoquetas como minhocas; estes animais são hermafroditas e os dois membros do par copulam penetrando um no outro, mas o esperma de cada um fica armazenado num receptáculo seminal do outro, onde não existem óvulos; então, o animal cria um casulo de espuma na zona do clitelo, e esse casulo envolve essa parte do seu corpo na parte exterior, e a minhoca liberta os gâmetas no casulo, pelo que a fecundação ocorre aí, sendo portanto exterior; sai então do casulo com os ovos fertilizados. thumb|Acoplamento e fertilização interna em Diptera A fecundação interna ocorre no interior do corpo da fêmea. É característico dos animais terrestres, mas também dos animais aquáticos, como os peixes cartilagíneos e alguns invertebrados. A fertilização interna requer quase sempre cópula, através da qual o macho deposita os espermatozóides dentro do trato genital feminino. Normalmente, o órgão copulador é um pénis, ou uma barbatana modificada como pénis (tubarões), mas podem ser outras estruturas, como os pedipalpos das aranhas (por onde passa o esperma) ou o braço hectocótilo dos cefalópodes (que quando encontrado dentro da cavidade palial das fêmeas foi inicialmente considerado um verme parasita). Alguns pássaros machos têm pénis, mas muitas espécies não, e simplesmente juntam as suas cloacas para que a fertilização interna possa ocorrer. Também a juntar-se às cloacas está o réptil primitivo tuatara da Nova Zelândia.