Помощь по Теле2, тарифы, вопросы

Вредные изменения тоже закрепляются на длительный период времени. Кроме того, в неблагоприятных, меняющихся условиях среды практически все особи погибнут, так как в среднем они практически идентичны одной родительской особи. Следует отметить, что способность вида к бесполому размножению не исключает способности к половому процессу , но тогда эти события разнесены во времени.

Наиболее распространённый способ размножения одноклеточных организмов - деление на две части, с образованием двух отдельных особей.

Амитоз

Митоз - один из фундаментальных процессов онтогенеза . Митотическое деление обеспечивает рост многоклеточных эукариот за счёт увеличения популяций клеток тканей . В результате митотического деления клеток меристем увеличивается количество клеток тканей растений . Дробление оплодотворённого яйца и рост большинства тканей у животных также происходит путём митотических делений .

На основании морфологических особенностей митоз условно подразделяется на стадии: профазу, прометафазу, метафазу, анафазу, телофазу. Первые описания фаз митоза и установление их последовательности были предприняты в 70-80-х годах XIX века . В конце 1870-х - начале 1880-х годов немецкий гистолог Вальтер Флемминг для обозначения процесса непрямого деления клетки ввёл термин «митоз» .

Продолжительность митоза в среднем составляет 1-2 часа . Митоз клеток животных, как правило, длится 30-60 минут, а растений - 2-3 часа. За 70 лет в теле человека суммарно осуществляется порядка 10 14 клеточных делений .

Мейоз

С уменьшением числа хромосом в результате мейоза в жизненном цикле происходит переход от диплоидной фазы к гаплоидной. Восстановление плоидности (переход от гаплоидной фазы к диплоидной) происходит в результате полового процесса .

В связи с тем, что в профазе первого, редукционного, этапа происходит попарное слияние (конъюгация) гомологичных хромосом, правильное протекание мейоза возможно только в диплоидных клетках или в чётных полиплоидах (тетра-, гексаплоидных и т. п. клетках). Мейоз может происходить и в нечётных полиплоидах (три-, пентаплоидных и т. п. клетках), но в них, из-за невозможности обеспечить попарное слияние хромосом в профазе I, расхождение хромосом происходит с нарушениями, которые ставят под угрозу жизнеспособность клетки или развивающегося из неё многоклеточного гаплоидного организма.

Этот же механизм лежит в основе стерильности межвидовых гибридов . Поскольку у межвидовых гибридов в ядре клеток сочетаются хромосомы родителей, относящихся к различным видам, хромосомы обычно не могут вступить в конъюгацию. Это приводит к нарушениям в расхождении хромосом при мейозе и, в конечном счёте, к нежизнеспособности половых клеток, или гамет . Определённые ограничения на конъюгацию хромосом накладывают и хромосомные перестройки (масштабные делеции , дупликации , инверсии или транслокации).

Размножение спорами

Нередко бесполому размножению бактерий предшествует образование спор. Бактериальные споры - это покоящиеся клетки со сниженным метаболизмом, окружённые многослойной оболочкой, устойчивые к высыханию и другим неблагоприятным условиям, вызывающим гибель обычных клеток. Спорообразование служит как для переживания таких условий, так и для расселения бактерий: попав в подходящую среду, спора прорастает, превращаясь в вегетативную (делящуюся) клетку.

Бесполое размножение с помощью одноклеточных спор свойственно и различным грибам и водорослям . Споры во многих случаях образуются путём митоза (митоспоры), причём иногда (особенно у грибов) в огромных количествах; при прорастании они воспроизводят материнский организм. Некоторые грибы, например злостный вредитель растений фитофтора, образуют подвижные, снабжённые жгутиками споры, называемые зооспорами или бродяжками. Проплавав в капельках влаги некоторое время, такая бродяжка «успокаивается», теряет жгутики, покрывается плотной оболочкой и затем, в благоприятных условиях, прорастает.

Вегетативное размножение

У некоторых растений могут укореняться отделившиеся от материнского растения побеги (у ивовых) или листья . У животных вегетативное размножение (которое зоологи часто называют бесполым) осуществляется либо путём деления, либо посредством почкования.

В основе вегетативного размножения лежат процессы, сходные с процессами регенерации ; как правило, при отсутствии способности к регенерации у данной группы организмов (например, коловратки , нематоды , пиявки) отсутствует и вегетативное размножение, а при наличии развитой регенерационной способности (кольчатые черви , гидроидные , плоские черви , иглокожие) встречается и вегетативное размножение.

Почкование

Некоторым видам одноклеточных свойственна такая форма бесполого размножения, как почкование . В этом случае происходит митотическое деление ядра . Одно из образовавшихся ядер перемещается в формирующееся локальное выпячивание материнской клетки , а затем этот фрагмент отпочковывается. Дочерняя клетка существенно меньше материнской, и ей требуется некоторое время для роста и достраивания недостающих структур, после чего она приобретает вид, свойственный зрелому организму. Почкование - вид вегетативного размножения. Почкованием размножаются многие низшие грибы , например дрожжи и даже многоклеточные животные, например пресноводная гидра. При почковании дрожжей на клетке образуется утолщение, постепенно превращающееся в полноценную дочернюю клетку дрожжей. На теле гидры несколько клеток начинают делиться, и постепенно на материнской особи вырастает маленькая гидра, у которой образуются рот со щупальцами и кишечная полость, связанная с кишечной полостью «матери».

Фрагментация (деление тела)

Некоторые организмы могут размножаться делением тела на несколько частей, причём из каждой части вырастает полноценный организм, во всём сходный с родительской особью (плоские и кольчатые черви , иглокожие).

Половое размножение

Половое размножение сопряжено с половым процессом (слиянием клеток), а также, в каноническом случае, с фактом существования двух взаимодополняющих половых категорий (организмов мужского пола и организмов женского пола).

При половом размножении происходит образование гамет , или половых клеток. Эти клетки обладают гаплоидным (одинарным) набором хромосом. Животным свойствен двойной набор хромосом в обычных (соматических) клетках, поэтому гаметообразование у животных происходит в процессе мейоза . У многих водорослей и всех высших растений гаметы развиваются в гаметофите, уже обладающим одинарным набором хромосом, и получаются простым митотическим делением.

По сходству-различию возникающих гамет между собой выделяют несколько типов гаметообразования:

• изогамия - гаметы одинакового размера и строения, со жгутиками
• анизогамия - гаметы различного размера, но сходного строения, со жгутиками
• оогамия - гаметы различного размера и строения. Мелкие, имеющие жгутики мужские гаметы, называются сперматозоидами , а крупные, не имеющие жгутиков женские гаметы, - яйцеклетками .

При слиянии двух гамет (в случае оогамии обязательно слияние разнотипных гамет) образуется зигота , обладающая теперь диплоидным (двойным) набором хромосом. Из зиготы развивается дочерний организм, клетки которого содержат генетическую информацию от обеих родительских особей.

Гермафродитизм

Животное, имеющее и мужские, и женские гонады, называется гермафродитом (от имени Гермафродита - мифического обоеполого существа). Гермафродитизм широко распространён среди низших животных и в меньшей степени у высших. Аналогичный признак у растений называется однодомностью (в отличие от двудомности) и сопряжён с общей эволюционной продвинутостью вида в меньшей степени, чем у животных.

Партеногенез и апомиксис

Партеногенез, являющийся половым, но однополым видом размножения, возник в процессе эволюции у раздельнополых организмов. В тех случаях, когда какие-то виды представлены только самками (всегда или периодически), одно из главных биологически преимуществ партеногенеза заключается в ускорении темпа размножения вида. Однополые таксоны, размножающиеся партеногенетически, часто занимают периферию видовых ареалов , где гибридизация и конкуренция с бисексуальными популяциями не препятствует установлению и распространению однополых (женских) популяций . Партеногенез описан для тлей , дафний , ящериц , некоторых рыб и других животных . Партеногенез не встречается у млекопитающих , у которых партеногенетические зародыши погибают на ранних стадиях эмбриогенеза .

Прогенез

Прогенез - это гаметогенез на личиночной стадии. Он подразделяется на:

У многих водорослей , у всех высших растений , у части простейших и кишечнополостных в жизненном цикле происходит чередование поколений, размножающихся соответственно половым и бесполым путём - метагенезис . У некоторых червей и насекомых наблюдается гетерогония - чередование разных половых поколений, например, чередование раздельнополых поколений с гермафродитными , или с размножающимися

Способность к размножению или самовоспроизведению является одним из обязательных и важнейших свойств живых организмов. Размножение поддерживает длительное существование вида, обеспечивает преемственность между родителями и их потомками в ряду многих поколений. Оно приводит к увеличению численности особей вида и способствует его расселению.

Различают два типа размножения: бесполое и половое

При бесполом размножении участвует только одна родительская особь, которая делится, почкуется или образует споры. При бесполом размножении организм возникает из соматических клеток и источником изменчивости могут быть случайные мутации.

В случае полового размножения особи нового поколения появляются при участии двух организмов: материнского и отцовского. Новый организм возникает из специализированных половых клеток или особей выполняющих эти функции.

Преимущество полового размножения (эволюционно оно появилось позднее бесполого) состоит в перекомбинации наследственных признаков обоих родителей, что является источником изменчивости. Потомство более жизнеспособное и приспособленное к условиям существования. Быстрее происходит эволюция.

В основе классификации форм размножения лежит тип деления клеток:
Бесполое – за счет митотического деления, у растений редко за счет мейотического деления.
Половое - за счет мейотического деления.

Схема форм размножения организмов:

Бесполое размножение у многоклеточных организмов

1. Вегетативное – основано на способности организмов восстанавливать (регенерировать) недостающие части. У растений наблюдается разнообразие этой формы размножения: оно происходит путем образованием новых почек на стеблях, корнях, листьях, из которых вырастают новые растения. Они могут существовать самостоятельно, без связи с материнским организмом. Например, у многоклеточных водорослей, грибов, лишайников размножение осуществляется обрывками нитей, гиф, обломками слоевищ. Покрытосеменные могут размножаться: частями стебля (кактусы, элодея), листом (фиалка, бегония, лилия), корнями (малина, крыжовник, одуванчик), видоизмененными побегами: клубнями (картофель), луковицами (лук, чеснок, тюльпан, нарцисс), корневищами (пырей, хвощ, иван-чай), усами (земляника) и т.д. У животных в силу высокой специализации клеток организма вегетативное размножение встречается реже. Ресничные и кольчатые черви делятся перетяжками на несколько частей, в каждой из них восстанавливаются недостающие органы и, таким образом возникает сразу несколько особей. У кишечнополостных – полипы начинают быстро расти, формируются поперечные перетяжки, в результате которых образуются дочерние особи, и такой способ называется стробиляция. В этот момент полип напоминает стопку тарелок. Образовавшиеся особи – медузы отрываются и начинают самостоятельную жизнь. У некоторых видов млекопитающих (броненосец) и насекомых (осы-наездники) встречается вегетативное размножение зародышей, когда на ранних стадиях эмбрионального развития делящийся зародышевый диск дает начало нескольким особям (от 4 до 8). Подобное можно наблюдать у человека, когда разделяются бластомеры из которых будут развиваться монозиготные близнецы, (такое увеличение количества особей, называется полиэмбриония.)
2. Почкование характерно для кишечнополостных (гидра). В почку (выпячивание) входят клетки экто- и энтодермы. Почка увеличивается, на ней формируются щупальцы и эта почка отделяется от материнской особи.
3. Размножение фрагментами - (фрагментация ) происходит при разделении особи на две или большее число частей, каждая из которых растет и образует новую особь. С фрагментацией связана регенерация, т.е. способность восстанавливать целостный организм. Фрагментация описана для плоских червей, немертин и морских звезд.
4. Спорообразование встречается у грибов, водорослей, мхов, плаунов, хвощей и папоротников. Споры образуются путем мейоза в обычных вегетативных клетках материнского организма или специальных органах – спорангиях и представляют собой микроскопические одноклеточные образования. При любой форме бесполого размножения – частями тела или спорами – наблюдается увеличение численности особей данного вида без повышения их генетического разнообразия: все особи являются точной копией материнского организма. Совокупность особей, произошедших от одного предка путем бесполого размножения называют - клонами (греч. clon – ветвь, отпрыск).

Половое размножение

Половое размножение имеет очень большие эволюционные преимущества по сравнению с бесполым. Это обусловлено тем, что генотип потомков возникает путем комбинации генов, принадлежащих обоим родителям. В результате повышаются возможности организмов в приспособлении к условиям окружающей среды. Половой процесс заключается в слиянии двух клеток – гамет. Формированию гамет предшествует особая форма деления – мейоз, который приводит к уменьшению количества хромосом вдвое.

Половое размножение у одноклеточных животных

1. Коньюгация – когда специальные половые клетки (половые особи) не образуются. Например: а) у инфузорий - две особи попарно сближаются, между ними образуется протоплазматический мостик, по которому идет обмен микронуклеусами. Затем особи расходятся и сохраняют самостоятельность, но благодаря новой наследственной информации, появляются новые признаки; б) у бактерий – особи, отличающиеся физиологическими знаками, сближаются, и части ДНК переходят от одной особи к другой. Это приводит к комбинативной изменчивости; в) у нитчатых водорослей (спирогира) - две ниточки сближаются, образуется мостик, по которому идет обмен наследственной информацией.
2. Копуляция – это половой процесс у одноклеточных организмов, при котором две особи приобретают половые различия, т.е. превращаются в гаметы и полностью сливаются, образуя зиготу. В процессе эволюции формируется механизм отличия в строении гамет. На первом этапе полового размножения гаметы еще морфологически не отличаются – изогамия (гр. Isos – равный, gamos – брак), т.е. обе гаметы имеют малые размеры и обе подвижные. Например, такое размножение встречается у корненожек, жгутиковых, водорослей (хламидомонады). В дальнейшей эволюции гаметы дифференцируются на мелкие (мужские) и крупные (женские), но обе еще сохраняют подвижность, т.е. анизогамия (гр. anisos – неравный, gamos – брак). Например, такое размножение встречается у колониального жгутикового организма – Пандорины. Завершающий путь эволюции - Овогамия – когда крупная (женская) клетка теряет подвижность, а мелкая (мужская) - подвижная. Например, у колонии вольвокс из класса Жгутиковые.

Половое размножение у многоклеточных животных

Половой диморфизм

Это различия между самцами и самками в строении тела, окраске, инстинктах и ряде других признаков. Половой диморфизм проявляется уже на ранних ступенях эволюции.
Например, у круглых червей - самки крупнее, самец имеет загнутый конец тела, у членистоногих самки и самцы различаются по величине и окраске, у рыб – по величине окраске и особенностям строения тела. У тритонов – самцы в брачный период имеют яркую окраску брюшка и гребень на спине. У птиц – самцы в брачный период имеют яркую окраску.

У человека, женщины и мужчины отличаются такими признаками как: рост, массивность костей скелета, массивностью мускулатуры, величиной черепа (больше у мужчин) и соотношением лицевой и мозговой его частей, шириной таза и плеч, растительностью на лице, низким тембром голоса, выступающим вперед щитовидным хрящом гортани (кадык), развитием грудных желез, развитием подкожной жировой клетчатки.

4. Формы размножения организмов

Преемственность поколений организмов в природе осуществляется за счет воспроизведения. Размножение - это способность организма воспроизводить себе подобных. В природе существует два типа размножения: бесполое и половое.

Виды бесполого размножения

Бесполое размножение - образование нового организма из одной клетки или группы клеток исходного материнского организма. В этом случае в размножении участвует только одна родительская особь, которая передает свою наследственную информацию дочерним особям. При бесполом размножении образуются идентичные потомки. Единственным источником изменчивости являются случайные наследственные изменения, которые могут возникнуть в процессе индивидуального развития.

В основе бесполого размножения лежит митоз. Встречается несколько видов бесполого размножения.

Интересно бесполое размножение у бактерий (рис. 7).

Рис. 7. Бесполое размножение бактерии: А - общая схема размножения; Б - схема деления клетки

Кольцевая молекула ДНК закрепляется на клеточной мембране и реплицируется. В клетке начинает образовываться поперечная перегородка со стороны прикрепления молекул ДНК. Затем поперечная перегородка раздваивается, перемещая закрепленные ДНК в разные части клетки. Рибосомы равномерно распределяются между двумя дочерними клетками, образуется перетяжка, которая разделяет клетку на две дочерние.

Почкование - это форма бесполого размножения, при которой от родительской особи отделяется небольшой вырост (почка) и образуется дочерний организм. Новый организм развивается из группы клеток исходного организма. Такой вид бесполого размножения характерен для кишечнополостных (гидры) и некоторых других животных и растений. Почкованием размножаются и одноклеточные грибы - дрожжи. В отличие от простого деления, при почковании материнская клетка делится на неравные части, отпочковывая постоянно меньшую дочернюю клетку (рис. 8, Б).

Рис. 8. Виды бесполого размножения: А - простое деление надвое эвглены зеленой (продольное); Б - почкование дрожжей и гидры; В - споруляция мхов; Г - вегетативное размножение листьями бегонии

Размножение спорами (споруляция ) характерно для споровых растений (водорослей, мхов, папоротников). Размножение происходит с помощью специальных клеток - спор, образующихся в материнском организме (рис. 8, В). Спора представляет собой небольшую клетку, состоящую из ядра и небольшого количества цитоплазмы. Они образуются в большом количестве в исходном материнском организме. Каждая спора, прорастая, дает начало новому организму. Так как они микроскопически малы, то легко переносятся ветром, водой или другими организмами, что способствует расселению этих растений. Спорами размножаются и грибы, например пенициллум, шляпочные грибы.

Вегетативное размножение - это размножение отдельными органами, частями органов или тела. Вегетативное размножение чаще всего встречается у растений, которые могут размножаться корнями, побегами и частями побегов (стеблями, листьями), видоизмененными побегами. Способы вегетативного размножения растений весьма разнообразны. Это размножение луковицами (тюльпан), подземными столонами - клубнями (картофель), корневищами (пырей), корневыми шишками (георгин), отводками (смородина), корневыми отпрысками (малина), листьями (бегония, фиалка), надземными столонами - усами (земляника) и т. д. (рис. 8, Г).

Фрагментация - это разделение особи на две и более части, каждая из которых может дать начало новому организму. Этот способ основан на регенерации - способности организмов восстанавливать недостающие части тела. Характерен он для низших беспозвоночных животных (кишечнополостных, плоских червей, морских звезд и др.). Тело животного, разделенное на отдельные части, достраивает недостающие фрагменты. Например, при неблагоприятных условиях плоский червь планария распадается на отдельные части, каждая из которых при наступлении благоприятных условий может дать новый организм.

Встречается фрагментация и у растений, например, многоклеточные водоросли могут размножаться частями слоевища.

Клонирование. Искусственный метод размножения, который появился сравнительно недавно, в начале 60-х гг. XX в. Он основан на получении нового организма из одной клетки исходного. Так как ядро клетки содержит весь набор хромосом, а значит, и генов, то при определенных условиях его можно заставить делиться, что приведет к образованию нового организма. В основе образования клона лежит митоз. Для клонирования растений отделяют клетки образовательной ткани и выращивают их на специальных питательных средах. Клетка растения, последовательно делясь, дает начало целому организму. Этот метод в настоящее время широко используется для получения ценных сортов растений.

Имеется опыт клонирования животных. Впервые он был поставлен английским биологом Д. Гёрдоном и дал положительные результаты в опытах с южноамериканской жабой. В качестве донора ядер были использованы клетки кишечника головастика. Ядра яйцеклеток-реципиентов разрушили ультрафиолетовыми лучами и пересадили в эти клетки ядра эпителия кишечника. В результате опыта удалось получить несколько клонированных особей жабы, полностью идентичных друг другу. В 1995 г. английским ученым удалось получить клон овец, которые были похожи на исходную материнскую особь. Однако ягнята умерли в раннем возрасте, не дожив до девяти месяцев.

В 1997 г. клонированием была получена овечка Долли. Для этого были взяты ядра клеток молочной железы овцы одной породы (донор ядер) и пересажены в яйцеклетки с предварительно разрушенными ядрами овцы другой породы (реципиент). Клонированная овечка не отличалась от донора ядер, но сильно отличалась от реципиента.

Применение метода клонирования позволит не только сохранить ценных в хозяйственном отношении животных, но и безгранично размножать их. В настоящее время ведутся работы по клонированию человека, что вызывает бурные споры не только среди ученых, но и различных групп населения. Однако при помощи этого метода предполагается воспроизводить лишь отдельные органы и ткани для последующей пересадки в организм донора, а не создание отдельных индивидуумов. Этот метод позволит решить проблему несовместимости тканей различных организмов.

Особенности полового размножения

Половое размножение - это образование нового организма при участии двух родительских особей. Новый организм несет наследственную информацию от двух родителей, а образующиеся потомки отличаются генетически друг от друга и своих родителей. Этот процесс свойствен всем группам организмов, в простейшем варианте он имеет место даже у прокариот.

При половом размножении в организме формируются специальные половые клетки - гаметы мужского и женского типа, которые способны сливаться. Мужские гаметы - сперматозоиды , или спермии (если они неподвижны). Женская гамета - яйцеклетка. Гаметы отличаются от всех других клеток организма, которые называются соматическими (от лат. сома - тело). Они всегда имеют гаплоидный набор хромосом (n).

В результате слияния двух гамет диплоидный набор хромосом вновь восстанавливается. При этом половина всех хромосом является отцовской, а другая половина - материнской. Например, у человека 46 хромосом, из которых 23 получены от матери и 23 - от отца.

Половое размножение имеет целый ряд преимуществ. В результате этого процесса происходит изменение наследственной информации, а у новых особей сочетаются признаки двух родителей. Это приводит к появлению новых комбинаций признаков и генов. Половое размножение делает организм более конкурентоспособным и адаптированным к изменяющимся условиям окружающей среды, так как повышает шансы к выживанию. В процессе эволюции половое размножение оказалось более предпочтительным и прогрессивным.

Вопросы для самоконтроля

1. Какие типы размножения встречаются у организмов? Чем они отличаются друг от друга?

2. Какой тип деления клетки лежит в основе бесполого размножения?

3. Сравните размножение спорами и вегетативное размножение у растений. В чем их сходство и отличие?

4. Какое преимущество организму дает размножение спорами?

5. Охарактеризуйте особенности каждого вида бесполого размножения.

6. В чем заключаются особенности полового размножения? Какие преимущества дает такой тип размножения?

7. Какие клетки называются гаметами? В чем их особенность?