Размножение организмов

Размножение организмов
Размножение - всеобщее свойство живых организмов воспроизводить себе подобных,
обеспечивая тем самым непрерывность и преемственность жизни. Существуют два вида размножения - бесполое и половое (табл.).
Показатели
Родители
Бесполое
Половое
Одна особь
Обычно две особи (пример исключения
- самооплодотворение у цепней)
Клеточный источ- У
одноклеточных
клетка- Половые клетки - гаметы; каждый из
ник наследствен- организм; у многоклеточных - родителей исходно представлен в
ности
одна или несколько клеток ро- потомстве одной клеткой
дительской особи
Потомство
Полная генетическая копия ро- Отлично генетически от каждого из родительской особи
дителей
Основной клеточ- Митоз
Мейоз
ный
механизм
образования
Эволюционное
Способствует сохранению гене- Способствует генетическому разнообзначение
тической стабильности в неме- разию; обеспечивает движущую форму
няющихся условиях существо- естественного отбора; обеспечивает
вания; обеспечивает стабилизи- эволюционный процесс
рующую форму естественного
отбора
Бесполое размножение подразделяется на две основные формы — спорообразование и вегетативное размножение. Спорообразование характерно для грибов и растений. Споры гаплоидны (n) и образуются в результате мейоза. Вегетативное размножение характерно для неподвижных или малоподвижных живых существ: грибов,
растений, кишечнополостных и др. В этом случае размножение происходит за счет
митотического деления одной или нескольких клеток материнского организма. Бесполое размножение можно также подразделять на две группы в зависимости от того, из
скольких клеток материнского организма (одной или нескольких) образуются дочерние особи (табл.).
Из одной клетки
Деление клетки-родителя надвое (амебы)
Из группы клеток
Корневища, клубни, луковицы и т. п. (высшие
растения)
Множественное деление клетки-родителя Деление тела на фрагменты (ленточные чер(споровики)
ви, нитчатые водоросли)
Образование спор (водоросли, высшие расте- Почкование (кишечнополостные)
ния, грибы)
Деление эмбриона (образование однояйцевых близнецов у млекопитающих)
Бесполое размножение позволяет быстро увеличить численность вида в благоприятных условиях существования.
При половом размножении каждое следующее поколение возникает в результате слияния двух половых клеток — гамет.
Гаметы возникают в специальных органах родительских особей — мужской и
женской. Сущность полового размножения заключается в слиянии генетической информации родителей, благодаря чему генетическое разнообразие в потомстве увеличивается, а значит, растет по сравнению с родительской и жизнеспособность.
Частный случай полового размножения — партеногенез, когда особь развивается из неоплодотворенной яйцеклетки. Таким способом происходит образование самцов у пчел-трутней. В этом случае все соматические клетки имеют гаплоидный (n)
набор хромосом.
Половые клетки. Оплодотворение
Половые клетки - гаметы. Они формируются в половых железах: у
самцов в семенниках - сперматозоиды, у самок в яичниках - яйцеклетки.
Процесс образования мужских и женских гамет называют гаметогенезом.
Яйцеклетки неподвижны, обычно достигают крупных размеров и содержат запасы питательных веществ. Диаметр яйцеклетки млекопитающих около 0,1 мм; яйцеклетки рыб (икринки) содержат больше питательных веществ и значительно крупнее.
Еще крупнее яйцеклетки у птиц. Например, яйцеклетка курицы с питательными веществами (желтком) имеет диаметр около 3 см.
Сперматозоиды очень малы и подвижны. У млекопитающих сперматозоид состоит из головки (ее длина около 5—10 мкм), шейки и хвостика (их общая длина примерно 60 мкм). В головке расположено ядро, содержащее гаплоидный набор хромосом. Цитоплазмы в головке очень мало. В шейке находится небольшое число митохондрий, вырабатывающих энергию для движения сперматозоида, и центриоль, обеспечивающая колебания жгутика, лежащего вдоль оси хвостика.
Сперматозоиды образуются в результате сперматогенеза, который проходит
три стадии:
•размножение - в результате деления (митозом) диплоидных клеток
(сперматогониев) сперматогенной ткани семенников образуются 2n-сперматоциты;
•рост — сперматоциты увеличиваются, что сопровождается синтезом ДНК и
достраиванием второй хроматиды;
•созревание — сперматоциты (диплоидные) делятся (мейозом) с образованием
четырех гаплоидных n-сперматозоидов. В каждом сперматозоиде (человека и других
млекопитающих) хромосомные наборы будут различаться по половым хромосомам:
одни будут нести Х-хромосому, а другие Y-хромосому.
Яйцеклетки образуются в результате оогенеза, который проходит в яичниках
три стадии:
•размножение — в результате деления диплоидных клеток (оогониев) оогенной
ткани яичников образуются 2n-ооциты;
•рост — ооциты увеличиваются в размерах, что сопровождается синтезом ДНК
и построением второй хроматиды хромосом;
•созревание — ооциты делятся, в результате чего из ооцита образуется одна гаплоидная яйцеклетка с однохроматидными хромосомами и три редукционных, или полярных, тельца. В дальнейшем яйцеклетка участвует в половом процессе, а редукционные тельца отмирают. Отличия в строении сперматозоидов и яйцеклеток связаны с
их функциями. Яйцеклетки в процессе созревания покрываются оболочками (в неко-
торых случаях, например, у пресмыкающихся, птиц и млекопитающих возникает ряд
дополнительных оболочек). Функция оболочек - защита яйцеклетки и зародыша от
внешних неблагоприятных воздействий.
Функция сперматозоидов заключается в доставке в яйцеклетку генетической
информации и стимуляции ее развития. В связи с этим в сперматозоидах происходит
значительная перестройка: аппарат Гольджи располагается на переднем конце головки, преобразуясь в кольцевидное тельце — акросому, выделяющую ферменты, которые действуют на оболочку яйца. Митохондрии компактно упаковываются вокруг появившегося жгутика, образуя шейку. В сформированном сперматозоиде содержатся
также центриоли.
В зависимости от степени различий между яйцеклетками и сперматозоидами
различают:
•оогамию — яйцеклетка крупная и неподвижная, а сперматозоиды мелкие и подвижные (большинство животных);
• анизогамию — яйцеклетки и сперматозоиды мало различаются по форме, подвижные (некоторые водоросли);
• изогамию — половые клетки не различаются по величине и форме (некоторые
водоросли).
Слияние мужской и женской половых клеток с последующим слиянием их ядер
и образованием диплоидной зиготы называют оплодотворением. Биологическое значение этого процесса состоит в том, что при гаметогенезе образуется новый организм. При образовании гамет возникают клетки с разным сочетанием хромосом. Поэтому новые организмы, возникшие в результате оплодотворения, сочетают в себе
признаки обоих родительских особей в различных комбинациях. В результате значительно увеличивается наследственное разнообразие организмов.
В зависимости от числа сперматозоидов, проникающих в яйцеклетку, различают
следующие виды оплодотворения:
•моноспермию — в яйцеклетку проникает один сперматозоид (у большинства
живых существ);
•полиспермию — в яйцеклетку проникает несколько сперматозоидов, но с ядром
яйцеклетки сливается ядро только одного сперматозоида (у некоторых рептилий и
птиц).
Деление клетки и его значение
Деление клетки - процесс образования двух или нескольких дочерних
клеток из одной клетки, называемой материнской.
Такое деление лежит в основе размножения, передачи генетической информации, развития и регенерации. Клетка существует только в промежутке между двумя
делениями.
Период существования клетки от образования, происходящего при делении материнской клетки, до собственного деления или гибели называют клеточным циклом,
или жизненным циклом клетки.
Обычно жизненный цикл клетки подразделяют на следующие фазы:
•фаза деления;
•фаза роста, которая начинается вслед за делением клетки: клетка растет, достигая определенных размеров;
• фаза покоя, которая наблюдается не всегда: в этой фазе клетка может сразу
начать подготовку к следующему делению либо начать специализироваться;
•фаза специализации или дифференциации, в которой клетка приобретает определенные особенности строения для того, чтобы выполнять свои функции в организме;
• фаза зрелости — это период, в который клетка выполняет в организме свои
функции;
• фаза старения, когда клетка постепенно перестает выполнять свои функции и
либо переходит к делению, либо погибает. Существует несколько видов деления
клетки, основные из которых — митоз и мейоз.
Митоз
Митоз - непрямое деление клетки, в результате которого сначала происходит удвоение
наследственного материала, а затем его равномерное распределение между двумя дочерними
клетками. На процесс деления клетки митозом уходит 1-3 часа. Промежуток между двумя клеточными делениями называют интерфазой, продолжительность которой обычно занимает около 90% времени клеточного цикла (рис. 4. 25).
Интерфаза состоит из трех периодов.
1) пресинтетический период (G1), который начинается сразу же за завершением
предыдущего митоза. В этот период в клетке синтезируются РНК и белки, образуется
достаточное число органоидов, клетка растет. Количество генетического материала в
клетке не меняется. Число хромосом в клетке равно двойному, гаплоидному (2n), но
каждая хромосома все еще состоит из одной хроматиды, то есть из одной молекулы
ДНК. Таким образом, формула клетки в этот период — 2n2с;
2) синтетический период (S) характеризуется тем, что происходит удвоение молекул ДНК, и к концу этого периода каждая хромосома состоит из двух одинаковых
хроматид, а значит, из двух абсолютно одинаковых молекул ДНК. Таким образом,
формула клетки становится: 2n4с;
3) в течение постсинтетического периода (G1) происходит подготовка клетки к
делению: синтезируются белки, необходимые для образования веретена деления и для
формирования хромосом; запасается АТФ. Формула клетки не меняется, оставаясь
2n4с.
Непосредственно процесс деления клетки подразделяют на четыре фазы: профазу, метафазу, анафазу и телофазу (рис.).
В профазе в ядре появляются тонкие нити. Эти нити – хромосомы. В профазе
они спирализуются и начинают укорачиваться и утолщаться. Оболочка ядра разрушается. К концу профазы все хромосомы становятся хорошо видны в световой микроскоп, можно определить их размеры, форму, строение, число. Каждая хромосома – это
удлиненное плотное тельце, состоящее из нескольких частей, отделенных друг от друга перетяжками. Различают первичную перетяжку, или центромеру. На хромосоме
может быть и вторичная перетяжка.
Каждая хромосома состоит из двух свернутых в спираль нитей (молекул) ДНК,
которые называют хроматидами или дочерними хромосомами.
Центриоли расходятся к полюсам клетки, формируется веретено деления —
2n4с. в конце профазы ядерная оболочка растворяется и хромосомы свободно располагаются в цитоплазме, ядрышки исчезают.
В метафазе завершается образование веретена деления и хромосомы располагаются в экваториальной плоскости клетки. Хромосом образуют метафазную пластинку, и нити веретена деления прикрепляются к центромерам хромосом. У каждой
хромосомы происходит отделение хроматид друг от друга — 2n4с.
В анафазе центромеры делятся, и хроматиды хромосом расходятся к полюсам
клетки за счет укорочения нитей веретена деления. При движении хромосом используется энергия АТФ. Формула клетки становится 4n4с.
В телофазе заканчивается кариокинез — деление ядра. Хромосомы деспирализуются, образуется ядерная оболочка. А далее происходит цитокинез - деление клетки. В конце телофазы из материнской клетки (4n4с) образуются две идентичные клетки с наборами генетического материала 2n2с.
Продолжительность митоза. В жизненном цикле клетки митоз занимает более
короткий промежуток времени (1 -–2 часа), чем интерфаза.
Биологическое значение митоза в том, что в итоге его образуются две клетки с
совершенно одинаковой наследственной информацией. Митоз позволяет увеличивать
число клеток в организме, обеспечивая рост, вегетативное размножение, регенерацию
и заживление повреждений тела.
Телофаза РИС. Фазы митоза
Иногда наблюдается амитоз, или непрямое деление клеток. При амитозе хромосомы не образуются, и клетка делится без видимых предварительных изменений. При
амитозе не происходит равномерного распределения генетического материала. Иногда
при амитозе делится только ядро клетки, и тогда образуются многоядерные клетки.
Амитоз встречается при разрастании опухолей, у простейших и др.