97189

РАЗМНОЖЕНИЕ ОРГАНИЗМОВ

Лекция

Биология и генетика

Строение и образование половых клеток. Бесполое размножение организмов осуществляется за счет отдельных неполовых клеток которые образуются путем митоза у эукариот или бинарного деления у прокариот. При этом могут быть варианты: равное деление надвое множественное деление сначала многократно митозом делится ядро а потом вокруг каждого...

Русский

2015-10-14

3.27 MB

1 чел.

Биология

Раздел 4. Размножение и индивидуальное развитие

ТЕМА 11.  РАЗМНОЖЕНИЕ ОРГАНИЗМОВ

План

I. Типы размножения организмов.

II. Неполовое размножение.

III. Половое размножение.

IV. Строение и образование половых клеток.

V. Полиэмбриония и партеногенез.

I. В результате размножения родительские особи передают потомкам определенную наел едет венную информацию. В одних случаях наследственная информация передается полностью и особи дочернего поколения являются генетической копией родителей. Это наблюдается, например, при бесполом и вегетативном размножении или партеногенезе. В других случаях (при половом размножении) потомки определенным образом отличаются от родителей набором наследственной информации, что обуславливает изменчивость вида.

Существует несколько различных классификаций  типов размножения, рассмотрим одну из наиболее популярных:

Следует, однако, отметить, что у некоторых гермафродитных организмов одна особь может брать на себя роль обоих родителей, оплодотворяя собственные женские половые клетки. Это явление – самооплодотворение – развилось в ходе эволюции из обычного полового процесса поэтому рассматривается как разновидность полового размножения, а не бесполого. Существуют и другие исключения, не вписывающиеся в выше представленную схему, например партеногенез (см. ниже).

II. Бесполое размножение организмов осуществляется за счет отдельных неполовых клеток, которые образуются путем митоза у эукариот или бинарного деления у прокариот. При этом могут быть варианты: равное деление надвое, множественное деление (сначала многократно митозом делится ядро, а потом вокруг каждого из дочерних ядер обособляется участок цитоплазмы, и материнская клетка распадается на множество мелких дочерних), почкование (от материнской клетки отделяются дочерние меньшего размера, свойственно, например, дрожжам) У многоклеточных организмов (водоросли, грибы, высшие споровые растения) бесполое размножение называется спорообразованием и приводит к образованию множества специальных клеток – спор. Споры обычно служат для расселения и поэтому часто имеют мелкие размеры, прочные  защитные оболочки (если расселение происходит по воздуху) либо жгутики (если расселение происходит водной среде. Изредка встречаются споры состоящие из двух или нескольких клеток. Они образуются тем же путем что и обычные одноклеточные споры, просто клетки остаются соединенными друг с другом. Поэтому не следует путать  бесполое размножение многоклеточными спорами с вегетативным, которое имеет совершенно иное происхождение. Также не следует смешивать споры эукариот с ранее нами упомянутыми спорами бактерий, которые не имеют никакого отношения к размножению, а служат лишь для перенесения неблагоприятных условий внешней среды.

Вегетативное размножение свойственно только для многоклеточных. Оно всегда происходит многоклеточными частями организма. В наиболее примитивных случаях речь идет об обычных органах и их частях, не предназначенных для размножения, но обладающих большими способностями к регенерации – восстановлению поврежденных или утраченных частей тела. Например, если отрезать луч морской звезды, то из него через некоторое время вырастет целая новая особь. Еще более поразительны регенерационные способности плоских червей и кишечнополостных. В экспериментах тела планарий и гидр разрезали на множество (до сотни и более) частей, каждая из которых впоследствии восстанавливалась в целый организм. Большинство высших растений можно размножить черенками – отрезанными фрагментами побега а некоторые - даже отдельными листьями (например, африканскую фиалку сенполию) Очевидно, что именно подобная способность к регенерации, благодаря которой нередко случайно образовались несколько особей из одной, в ходе эволюции развилась в специальные механизмы запланированного вегетативного размножения, свойственные некоторым животным и растениям. Например, усы земляники, выводковые почки каланхоэ, дочерные розетки на цветоножках хлорофитума – это уже специализированные органы вегетативного размножения. Аналогичные механизмы выработали и некоторые животные. Например, миогощетинковый червь додекацерия может распадаться на отдельные сегменты. Каждый из образовавшихся сегментов на переднем конце начинает восстанавливать передний конец тела, а на заднем хвостовой. Затем эти восстановившиеся участки отделяются от материнского сегмента и превращаются в самостоятельные дочерние особи. Через некоторое время материнский сегмент отделяет от себя еще пару дочерних особей, а затем погибает в результате истощения питательных веществ.

Еще один распространенный способ вегетативного размножения животных – почкование. В результате этого процесса от материнского организма отделяется одно или несколько многоклеточных образований -почек, которые со временем развиваются в самостоятельные организмы (полипы кишечнополостных, некоторые кольчатые черви). Если же почки остаются связанными с материнским организмом на протяжении всей жизни, то возникают колонии (например, губки, коралловые полипы).

Бесполое и вегетативное размножение служат только для увеличения количества особей. Рекомбинации наследственного материала не происходит, поэтому дочерние особи являются, по сути, копиями материнской.

III. Половой процесс - соединение генетического материала двух различных клеток. Он может осуществляться в формах конъюгации  или копуляции.

Конъюгация - общее название нескольких форм полового процесса, известных у некоторых групп организмов. Их объединяет общий признак – отсутствия образования специализированных половых клеток (гамет).

У бактерий в процессе конъюгации две временно контактирующие клетки через временный цитоплазматический мостик обмениваются участками своих молекул ДНК. У некоторых водорослей и грибов при конъюгации происходит слияние двух сходных безжгутиковых клеток, принадлежащих различным талломам или мицелиям. Через образовавшиеся цитоплазматические мостики содержимое одной клетки (условно называемой мужской) переходит в другую (женскую). В результате слияния образуется зигота, которая делится после периода покоя.

У одноклеточных животных инфузорий в процессе конъюгации происходят обмен ядрами: через цитоплазматические мостики мигрирующие (мужские) ядра каждой из клеток переходит в другие и там сливаются со стационарными (женскими). После обмена ядрами клетки расходятся, и путем нескольких делений у каждой из них восстанавливается характерный набор ядер. Затем обычно следует бесполое размножение путем серии делений.

Биологическое значение конъюгации заключается в обмене генетическим  материалом между особями. Это усиливает наследственную изменчивость и повышает устойчивость популяций организмов к изменениям условий окружающей среды.

Копуляция - слияние двух специализированных половых клеток (гамет). При этом половые клетки могут быть одинаковыми (например, у водоросли хламидомонады) или же отличатся по форме, размерам и особенностям строения (высшие растения, хордовые животные и др.)

Половые клетки специализированы на осуществлении функции передачи наследственной информации от особей родительского поколения к потомкам. Они всегда имеют половинный (гаплоидный) набор хромосом. В то время как неполовые (соматические) клетки могут иметь либо гаплоидный либо диплоидный набор в зависимости от вида организма (у человека диплоидный). При слиянии половых клеток образуется зигота, всегда имеющая диплоидный набор. У человека, позвоночных и многих других организмов диплоидный набор сохраняется на протяжении всей жизни, и его редукция до гаплоидного посредством мейоза происходит только при образовании половых клеток. У некоторых других организмов мейоз происходит сразу при первом же делении зиготы и в дальнейшем все клетки гаплоидны. У высших растений, некоторых водорослей, простейших, беспозвоночных животных и др. в ходе жизненного цикла происходит чередование гаплоидного и диплоидного поколений.

IV. Строение гамет у различных организмов сильно варьирует, и описать его разнообразие хотя бы в общих чертах в рамках данной лекции не представляется возможным. Поэтом далее речь пойдет только о половых клетках позвоночных.

Женские половые клетки – яйцеклетки —отличаются от мужских большими размерами, так как содержат запас питательных веществ, необходимых для развития зародыша. Яйцеклетки могут быть окружены нескольким и различными оболочками. Например, у птиц яйцеклетка дополнительно покрыта толстой белочной оболочкой, двумя тонкими подскорлуповыми, твердой известковой скорлупой и тонким наружным кутикулярным слоем. Эти оболочки выполняют защитную функцию, а белочная служит также источником воды для развивающегося зародыша.

Размеры яйцеклетки зависят от количества запасных питательных веществ в цитоплазме. Например, у млекопитающих, зародыши которых получают питательные вещества от организма матери через плаценту, размеры яйцеклетки (без наружных оболочек) варьируют от 50 мкм (мышевидные грызуны - полевки) до 180 мкм (овцы). Диаметр яйцеклетки человека составляет 90 мкм.

Если же в яйцеклетке накапливается значительный запас питательных веществ (желток), ее диаметр (баз наружных оболочек) может составлять несколько сантиметров: 5-7 (акулы), 8 (страусы). С учетом наружных оболочек размеры таких яйцеклеток еще больше. Например, у африканского страуса длина яйца может достигать 15 см и более при массе 1,5-2 кг.

Мужские половые клетки - сперматозоиды - по размерам меньше яйцеклеток. Их длина составляет от 10 до 800 мкм. Сперматозоиды имеют жгутик (хвост) и способны к активному движению.

Рассмотрим строение сперматозоида млекопитающих. Он имеет короткую головку, в которой содержится ядро. На ее переднем конце находится особая органелла (акросома), формирующаяся за счет элементов комплекса Гольджи. Они обеспечивает проникновение сперматозоида в яйцеклетку (выделяет ферменты, растворяющие ее оболочку) и переход яйцеклетки от состояния покоя к периоду развития.

За головкой расположена шейка, за ней - промежуточный отдел и хвост. В шейке содержатся одна или две центриоли, а в промежуточном отделе - митохондрии, обеспечивающие энергией работу хвоста.

В половом процессе, как правило, принимают участие две особи. У них в особых половых железах образуются половые клетки - мужские или женские. Животные, имеющие только один тип половых желез и образующие только один тип половых клеток, называются раздельнополыми. В некоторых случаях мужские и женские половые железы закладываются в одном организме, который способен продуцировать как мужские, так и женские половые клетки. Таких животных называют гермафродитами. Часто гермафродиты могут одновременно образовывать мужские и женские половые клетки (например, многие плоские черви). Иногда организм сначала функционирует как особь одного пола, а через определенное время - другого (некоторые рыбы, ракообразные). Изредка гермафродитные особи встречаются у раздельнополых животных и человека.

Биологическое значение гермафродитизма заключается в том, что у гермафродитных организмов повышается вероятность оставить потомство, уменьшаются затраты энергии на поиски партнера для размножении. Это особенно важно дли организмов, ведущих прикрепленный образ жизни, паразитов, я также видов, обитающих на больших глубинах (определенные виды ракообразных, рыб, двустворчатых моллюсков). Преимущество разделнополости заключается в специализации особи на выполнении мужских или женских функций. Например, самки многих животных накапливают в организме большой запас питательных веществ для обеспечения развития яиц и зародышей (у живородящих видов), в то время как самцы обладают большей подвижностью, необходимой для поиска самок. Гермафродитная особь должна нести  на себе оба этих бремени.У большинства гермафродитов существуют различные механизмы, препятствующие самооплодотворению (неодновременное созревание мужских и женских половых клеток, определенные особенности строении половой системы и т.д.). Однако встречаются и исключения, например, при дефиците насекомых-опылителей некоторые растения переходят к самоопылению. Отдельные виды вообще утратили способность к перекрестному опылению (например, горох посевной размножается только путем самоопыления).

Виды растений, у которых органы, формирующие мужские и женские половые клетки, расположены на разных особях, называют двудомными (кукушкин лен, ива, облепиха), на одной особи - однодомными (кукуруза, яблоня).

Процесс образования половых клеток называется гаметогенезом. Рассмотрим процессы образования половых клеток на примере млекопитающих.

Яйцеклетки и сперматозоиды имеют гаплоидный (одинарный) набор хромосом. Они обрадуются в половых железах из первичных диплоидных половых клеток. Процесс образования половых клеток проходит ряд последовательных стадий: размножения, роста, созревания и формирования. На стадии размножения первичные половые клетки делится путем последовательных митозов, в результате чего их количество многократно возрастает. На стадии роста образовавшиеся клетки увеличиваются до определенных размеров. На стадии созревания первичные диплоидные половые клетки делятся мейотически и превращаются к незрелые гаплоидные гаметы. Этот процесс имеет свои особенности при образовании сперматозоидов и яйцеклеток.

При созревании мужских половых клеток в результате двух мейотических делений обрадуются четыре одинаковые гаплоидные клетки. На стадии формирования ядро и цитоплазма сперматозоидов уплотняются, благодаря чему размеры зрелого сперматозоида уменьшаются. Только после созревания сперматозоиды способны самостоятельно двигаться и оплодотворять яйцеклетку.

При созревании женских половых клеток после первого делении мейоза образуются две разные по размерам гаплоидные клетки: крупная, содержащая запас питательных веществ, и мелкая - полярное тельце. После второго деления мейоза образуются четыре гаплоидные клетки, одна крупная яйцеклетка и три мелких полярных тельца. Полярные тельца в процессе размножения участив не принимают и через некоторое время исчезают. На стадии формирования у яйцеклетки образуется часть внешних оболочек.

Различия в образовании сперматозоидов и яйцеклеток объясняются тем, что сперматозоид при оплодотворении только вносит в яйцеклетку половину наследственного материала и поэтому его масса  не имеет значения для развития будущего зародыша. Яйцеклетка, кроме своей половины наследственного материала, содержит все органеллы и запас питательных веществ, используемых зародышем в процессе его развития. Сохраняя максимальную массу цитоплазмы, яйцеклетка должна стать гаплоидной. Это достигается двумя последовательными, но неравномерными делениями мейоза; мелкие полярные тельца как раз и предназначены для удаления излишнего наследственного материала.

Процесс слияния гамет – оплодотворение  – будет детально рассмотрен в следующей лекции.

Таким образом, половой процесс, будь то конъюгация или копуляция, обеспечивает рекомбинацию наследственного материала родительских особей в их потомстве. Это многократно увеличивает наследственную изменчивость наследственную изменчивость, по сравнению с организмам. размножающимися только бесполым путем, единственный источник изменчивости для которых –  мутации, которые происходят относительно редко.

Не всегда половой процесс имеет непосредственную связь с размножением. У многих бактерий и простейших обмен генетическим материалом и размножение – явления независимые друг от друга. Поэтому не  следует смешивать понятия «половой процесс» и «половое размножение». Если половой процесс – это соединение генетического материала двух различных клеток (за редким исключением, принадлежащих разным особям), то половое размножение – это увеличение числа особей вида при участии полового процесса.

V. В процессе эволюции у некоторых животных и растений на базе половой репродуктивной системы развились необычные виды размножения без слияния гамет, то есть, по сути неполового. К ним относятся полиэмбриония и партеногенез. Это вторичные явления, ни имеющее исторической связи с рассмотренным ранее бесполым или вегетативным размножением, которые происходят без участия половой системы, и развились независимо от полового процесса.

Полиэмориония - процесс развития нескольких зародышей из одной оплодотворенной яйцеклетки. Она встречается среди разных групп животных (у ресничных и кольчатых червей, иногда у членистоногих, рыб, птиц, млекопитающих). Как постоянное явление полиэмбриония встречается у некоторых насекомых (например, у некоторых наездников из одной зиготы развивается до 3000 личинок) и млекопитающих (например, броненосцев – до 12 зародышей). Известна полиэмбриония и у растений, когда в одном семени развивается несколько зародышей (тюльпаны, лилии, кувшинки, земляника и др.). У людей вследствие полиэмбрионии рождаются однояйцовые близнецы, обладающие идентичной наследственной информацией.

Партеногенез (девственное размножение) - развитие нового организма из неоплодотворенной яйцеклетки. Это могло бы показаться парадоксальным, поскольку, как мы уже знаем, яйцеклетка гаплоидна, а зигота восстанавливает диплоидный набор хромосом благодаря слиянию со сперматозоидом. Однако, как выяснили ученые, у партеногенетичски размножающихся организмом существует большое разнообразие механизмов восстановления диплоидности без участия мужских половых клеток. У одних организмов яйцеклетка развивается без мейоза и остается диплоидной, у других хромосомы гаплоидной яйцеклетки удваиваются (как при митозе, но без деления клетки), у третьих яйцеклетка сливается с полярным тельцем вместо сперматозоида и др. Как и при полиэмбрионии, при партеногенезе дочерние организмы имеют наследственный материал, идентичный материнскому. Существуют организмы, для которых партеногенез является единственным способом размножения (например, обитающая дыбка степная), у них вид представлен одними самками, а самцы утрачены в ходе эволюции. А например, у ящериц существуют раздельнополые и партеногенетические популяции. В жизненном цикле тлей и дафний закономерно чередуются поколения, размножающиеся половым способом и партеногенетически.

По значению партеногенез и полиэмбриония сходны с бесполым и вегетативным размножением.

Литература:

Общая биология: Учебн. для учащихся 10–11-х кл. сред. общеобразоват. шк.: Пер. с укр./ Н.Е.Кучеренко, , Ю.Г.Верес, П.Г.Балан и др. – К..: Генеза, 2001. С.133-145..

 

PAGE  10


РАЗМНОЖЕНИЕ

Половое

Объединение наследственной информации  двух родительских особей и передача ее потомству.

Неполовое

В процессе учувствует только одна родительская особь, потомство несет только ее наследственную информацию.

Вегетативное

Многоклеточными частями материнского организма.

Бесполое

У одноклеточных – делением,

у многоклеточных   –

с помощью специальных клеток – спор.

Копуляция

С образованием  специальных половых клеток, которые в ходе полового процесса сливаются.

Конъюгация

Без образования половых клеток, в размножении учувствуют обычные клетки организмов, которые сливаются либо обмениваются ядрами.

2

3

Бесполое размножение: 1 – деление амебы; 2 – почкование дрожжей; 3 – спорообразование улотрикса (нитчатая зеленая водоросль).

Различные формы вегетативного размножения растений и животных

А

Б

Конъюгация водоросли спирогиры (А) и инфузории-туфельки (Б)


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

79188. Проблематика генезиса техники и научного статуса технознания. Историко-философские проблемы развития науки и техники, типология основных подходов 46.5 KB
  Историкофилософские проблемы развития науки и техники типология основных подходов. В современной литературе по философии техники можно выделить следующие основные подходы к решению проблемы изменения соотношения науки и техники: 1 техника рассматривается как прикладная наука; 2 процессы развития науки и техники рассматриваются как автономные но скоординированные процессы; 3 наука развивалась ориентируясь на развитие технических аппаратов и инструментов; 4 техника науки во все времена обгоняла технику повседневной жизни;...
79189. Специфика технознания, философско-методологические аспекты соотношения с фундаментальной и прикладной наукой 34 KB
  Выявление специфики технических наук осуществляется обычно следующим образом: технические науки сопоставляются с естественными и общественными науками и параллельно рассматривается соотношение фундаментальных и прикладных исследований. При этом могут быть выделены следующие позиции: 1 технические науки отождествляются с прикладным естествознанием; 2 естественные и технические науки рассматриваются как равноправные научные дисциплины; 3 в технических науках выделяются как фундаментальные так и прикладные исследования. Технические науки...
79190. Техническая и научная рациональность в их соотношении. Типология рациональных обобщений в технознании, историческая эволюция и современные тенденции 54 KB
  Техническая и научная рациональность в их соотношении. Эффективность лишь самый общий признак рациональных действий и если сводить рациональность лишь к нему то можно впасть в ошибку слишком широкого определения. Рациональность это свойство выбора между альтернативами поведения человека: осмысление им окружающей действительности и последующие действия могут в большей или меньшей степени ей соответствовать. Рациональность категория мышления отражающая следование при достижении цели обусловленным эффективностью методологических нормам...
79191. Проблематика соотношения рационального и иррационального в технознании. Техника как артефакт 41.5 KB
  Именно здесь выступает контур грандиозной картины: как без внешних принуждений и насилия привести человека к хорошей и счастливой жизни в разреженном воздухе рациональности Отсюда вытекает дополнительный пункт при рассмотрении ошибки в дискурсе о рациональности. пища тоже; явления же первой природы интересуют нас или как сырье то есть опять как момент техники или как экологические условия параметры которых мы должны поддерживать для жизни человека а следовательно это тоже продукт нашей деятельности или как эстетический феномен...
79192. Проблема онтологического статуса техники. Абстракция и идеализация в технознании, особенности идеального объекта технической теории 31.5 KB
  Их следует отличать от объектов реальности. Реальные объекты представлены в эмпирическом познании в образе идеальных объектов обладающих жестко фиксированным и ограниченным набором признаков. Ни одна теория не строится без применения таких объектов. Идеализированные теоретические объекты в отличие от эмпирических объектов наделены не только теми признаками которые мы можем обнаружить в реальном взаимодействии объектов опыта но и признаками которых нет ни у одного реального объекта.
79193. Философско-методологические аспекты соотношения науки и техники. Методология технознания и проектирования в соотношении с научной методологией 17.83 KB
  Философскометодологические аспекты соотношения науки и техники. В современной литературе по философии техники можно выделить следующие основные подходы к решению проблемы изменения соотношения науки и техники: техника рассматривается как прикладная наука; процессы развития науки и техники рассматриваются как автономные но скоординированные процессы; наука развивалась ориентируясь на развитие технических аппаратов и инструментов; техника науки во все времена обгоняла технику повседневной жизни; до конца XIX в. Рассмотрение техники как...
79194. Убийство при превышении пределов необходимой обороны 32.26 KB
  Общественные отношения обеспечивающие жизнь человека. совершение действий по средствам которых осуществляется физическое механическое химическое или биологическое воздействие на организм человека либо не совершается действие которое лицо должно и могло было совершить для устранения опасности грозящей жизни человека.
79195. Причинение смерти по неосторожности 32.84 KB
  От причинения смерти по неосторожности следует отличать невиновное причинение смерти казус которое исключает уголовную ответственность ст. От умышленного причинения тяжкого вреда здоровью повлекшего смерть потерпевшего по неосторожности ч. 111 УК РФ причинение смерти по неосторожности ст.
79196. Понятие и виды телесных повреждений 34.48 KB
  Понятие вред здоровью в уголовном законе не раскрывается. Определение вида вреда производилось в соответствии судебно медицинской экспертизой тяжести вреда здоровью на основании критериев указанных в постановлении Правительства РФ от 17 августа 2007 г. N 522 Об утверждении правил определения степени тяжести вреда здоровью человека . С медицинской точки зрения под вредом здоровью понимают нарушение анатомической целостности органов и тканей или их физиологических функций либо заболевания или патологические состояния возникшие в результате...