Размножение — это всеобщее свойство живых организмов, заключающееся в способности производить подобных себе особей своего вида. Благодаря размножению происходит бесконечная смена поколений каждого вида. В процессе размножения могут возникать уникальные комбинации генетического материала, влекущие за собой появление наследственных изменений в организме. Таким образом, возникает генетическое разнообразие особей в пределах одного вида и закладываются основы изменчивости и дальнейшей эволюции вида.
Размножение — необходимое условие существования жизни на Земле.
Бесполое размножение.
Древнейшей формой размножения на нашей планете является бесполое размножение. Оно заключается в делении одноклеточного организма (или одной или нескольких клеток многоклеточного организма) и образовании дочерних особей. Чаще эта форма размножения встречается у прокариот, растений, грибов и простейших, наблюдается она и у некоторых видов животных.
Бесполое размножение происходит без образования специальных клеток, в нём участвует один организм, одна особь, при этом размножении образуются идентичные потомки. Единственным источником генетической изменчивости являются случайные мутации.
Формы бесполого размножения:
1. Почкование – это форма бесполого размножения при которой новая особь образуется в виде выростов (почки) на теле родительской особи, а затем отделяется от неё и превращается в самостоятельную особь (гидра, дрожжи).
2. Фрагментация – это разделение особи на две или более частей, каждая из которых растёт и образуется отдельная особь (высшие растения, губка, дождевой червь).
3. Образование спор. Спора – это одноклеточная репродуктивная единица, состоящая из ядра и небольшого количества цитоплазмы под плотной оболочкой. Из споры образуется новая особь (низшие растения).
4. Деление. Бинарное деление клетки на две части. Ядро родительской особи один или несколько раз делится митозом, при этом образуется два или несколько дочерних ядер. Каждое из них окружается цитоплазмой и развивается в самостоятельный организм.
5. Шизогония – это множественное деление клетки. Сначала в клетке многократно делится ядро, затем вокруг каждого ядра обособляется участок цитоплазмы, который окружается плазматической мембраной. Затем происходит распад на отдельные клетки (малярийный плазмодий).
6. Вегетативное размножение. Осуществляется формирование дочернего организма из группы клеток материнского организма. У растений это размножение происходит за счёт вегетативных органов: корневищ, луковиц, клубней, усов.
Особым видом вегетативного размножения организмов является полиэмбриония. В этом случае зародыш (эмбрион) высших животных вскоре после образования делится на несколько фрагментов, каждый из которых независимо развивается в полноценную особь. Такое деление эмбрионов встречается, например, у броненосцев. К полиэмбрионии также относится образование однояйцевых близнецов у человека. В этом случае зигота, возникшая в результате обычного оплодотворения, дробясь, образует зародыш, который, по пока не вполне понятным причинам, разделяется на несколько частей. Каждая из этих частей проходит путь нормального эмбрионального развития, в результате чего рождаются два и более практически одинаковых младенца, обязательно одного пола. Частота рождаемости однояйцевых близнецов не превышает одного случая на 250 обычных родов. Но иногда разделение формирующегося зародыша бывает неполным. В этом случае возникают организмы, имеющие общие части тела или внутренние органы.
Таких однояйцевых близнецов принято называть сиамскими, в честь Чанга и Энга Банкеров, родившихся в Таиланде (тогда Сиам) (рис. 50), Чанг и Энг были соединены в области грудной клетки плотной связкой толщиной около 9 см. Даже в те годы их, вероятно, можно было бы разделить хирургическим путем, однако они не согласились на это. Женившись на двух сестрах-американках, они стали зажиточными фермерами, У их жен родилось в общей сложности 22 ребенка.
Иногда природа совершает более серьезные ошибки. Во Франции у девочки-подростка, страдавшей малокровием и искривлением позвоночника, во время медицинского обследования неожиданно обнаружили в брюшной полости зародыш младенца. Однако находился этот зародыш не в матке, а был соединен кровеносными сосудами с сосудами брюшной полости, поскольку зародыш быстро рос, его пришлось удалять хирургическим путем, иначе бы его «мама» погибла. Зародыш достигал 30 см в длину. Как же могла возникнуть такая ошибка природы? Видимо, одна из клеток брюшной полости девочки начала дробиться так же, как дробится зигота после оплодотворения, и дала начало новому человеческому организму. Однако зародыш был изначально обречен, и он никогда бы не смог превратиться в полноценного здорового ребенка, так как развивался не в том месте, где нужно, и не снабжался необходимыми гармонами и питательными веществами. После удаления зародыша девочка быстро выздровела и ее внутренние органы, сдавленные растущим зародышем, стали развиваться нормально.
Значение бесполого размножения.
Бесполое размножение позволяет быстро увеличивать численность особей данного вида в благоприятных условиях. Но при таком способе размножения все потомки имеют генотип, идентичный родительскому. Следовательно, при бесполом размножении практически не происходит увеличения генетического разнообразия, которое могло бы оказаться очень полезным при необходимости приспособиться к изменившимся условиям обитания. По этой причине подавляющее большинство живых организмов периодически или постоянно размножаются половым путем.
Половое размножение.
При половом размножении особи каждого следующего поколения возникают в результате слияния двух специализированных гаплоидных клеток — гамет. Чаще всего гаметы формируются в специальных органах мужских и женских особей. Биологический смысл полового размножения заключается в объединении генетической информации родительских особей, благодаря чему увеличивается генетическое разнообразие потомства и его жизнестойкость.
По-видимому, исторически более древние обоеполые животные — гермафродиты, такие как кишечнополостные, плоские и кольчатые черви, некоторые моллюски. Но в ходе эволюции стали преобладать раздельнополые виды. Почему же некоторые гермафродитные виды сохранились до сих пор? Преимущество обоеполости в возможности самооплодотворения. Это очень важно, например, для крупных паразитических червей — цепней, которые обычно встречаются в организме хозяина по одному. Вероятность встретить полового партнера для них мала. Однако, если есть такая возможность, у гермафродитов наблюдается и перекрестное оплодотворение, т. е. сливаются гаметы двух различных особей.
Половой процесс возник очень давно. Его простейшие формы наблюдаются у бактерий и простейших. Например, у инфузории-туфельки половой процесс получил название конъюгации. В ходе ее две инфузории сближаются и обмениваются друг с другом частями генетического материала. При этом обе инфузории приобретают новые свойства, полезные для выживания в меняющихся условиях окружающей среды. Однако число особей при этом не увеличивается, поэтому-то конъюгацию у инфузорий называют половым процессом, а не размножением.
У некоторых одноклеточных организмов наблюдается разновидность полового процесса, которую называют копуляцией. При копуляции целые клетки-организмы превращаются в неотличимые друг от друга гаметы и сливаются, образуя зиготу. У наиболее древних организмов формируется только один вид гамет; нельзя сказать, женскими они являются или мужскими. Такой тип полового размножения называется изогамией. Однако в процессе эволюции появились значительные отличия женских гамет (яйцеклеток) от мужских (сперматозоидов). В настоящее время яйцеклетки подавляющего большинства животных — крупные и неподвижные, а сперматозоиды очень малы и способны передвигаться. Такой тип полового размножения (при котором формируется два вида гамет) называется гетерогамией.
Яйцеклетки. У животных яйцеклетки формируются в женских половых железах — яичниках. Обычно яйцеклетки — это округлые, относительно крупные клетки, содержащие в цитоплазме запас питательных веществ в виде желтка. Например, яйцеклетка кистеперой рыбы латимерии имеет диаметр около 10 см, а хрящевой рыбы сельдевой акулы – до 23 см.
В ядрах яйцеклеток, помимо ДНК, находятся также запасные иРНК, в которых записана структура ряда важнейших белков будущего зародыша. Яйцеклетки животных подразделяют на несколько видов, в зависимости от количества и характера распределения желтка в клетке. Например, у моллюсков и ланцетника желток распределен по клетке равномерно, ядро находится в центре, а сама яйцеклетка мала. У некоторых рыб, птиц, рептилий и яйцекладущих млекопитающих желтка в клетке очень много, и цитоплазма с ядром сдвинуты на один из полюсов клетки. Сама же яйцеклетка у этих животных может быть очень крупной. У плацентарных млекопитающих яйцеклетки малы, их диаметр составляет 0,1—0,2 мм. Желтка они практически не содержат, и будущий зародыш сможет питаться только за счет материнского организма.
Сперматозоиды. У животных сперматозоиды формируются в мужских половых железах — семенниках. У большинства млекопитающих, в том числе и у человека, семенники расположены в особом выпячивании брюшной стенки — мошонке. Мошонка выполняет роль «физиологического холодильника», так как благодаря ей в семенниках поддерживается более низкая, чем во всем теле, температура — 33—34 °С. Такая температура является обязательным условием для созревания нормальных сперматозоидов.
Обычно сперматозоиды — очень мелкие клетки. Например, длина головки сперматозоида человека всего 4,5—5,5 мкм. Он состоит из головки, которая почти полностью занята ядром с гаплоидным набором хромосом; шейки, в которой находится структура, сходная по строению с центриолями, и митохондрии; хвоста, образованного микротрубочками и обеспечивающего подвижность всего сперматозоида. В передней части головки сперматозоида находится видоизмененный комплекс Гольджи, называемый акросомой. В ней запасается особый фермент, который необходим для растворения оболочки яйцеклетки, без чего невозможно оплодотворение.
Одной из модификаций полового размножения является партеногенез.
Партеногенез – это процесс, при котором женская гамета развивается в новую особь без оплодотворения (встречается у животных (пчёлы) и растений). Преимущество в том, что увеличивается скорость размножения.
1. Что такое размножение?
2. Какие виды размножения существуют на Земле?
3. Какой вид размножения является самым древним?
4. В чём сущность полового размножения?
5. В чём сущность бесполого размножения?
6. В результате чего при половом размножении получается потомство?
7. Что является цитологической основой бесполого размножения?
8. Что является молекулярной основой бесполого размножения?
9. Что такое оплодотворение?
10. Раскройте смысл почкования, как одной из формы бесполого размножения.
11. Раскройте смысл фрагментации, как одной из формы бесполого размножения?
12. В чём заключается биологический смысл оплодотворения?
13. Что является источником генетической изменчивости при бесполом размножении?
14. Раскройте смысл деления, как одной из формы бесполого размножения.
15. Раскройте смысл шизогонии, как одной из формы бесполого размножения.
16. В результате, какого процесса образуются гаметы при половом размножении?
17. Раскройте смысл вегетативного размножения, как одной из форм бесполого размножения?
18. Что такое партеногенез? В чём его сущность?
19. В чём состоит преимущество партеногенеза?
20. Сделайте вывод о скорости бесполого размножения и условиях его протекания
