Бесполое размножение у животных

Бесполое размножение у животных
Ключевые вопросы
Каковы основные формы бесполого размножения?
Чем отличаются процессы размножения у простейших одноклеточных организмов и плоских червей?
Какие преимущества дает организму образование большого количества спор?
Чем отличается процесс почкования от размножения путем деления клеток?
Как размножаются губки?
Какие существуют примеры вегетативного размножения у растений и животных?
Каковы недостатки и преимущества бесполого размножения?
Размножение представляет собой процесс, благодаря которому жизнь продолжается
из поколения в поколение. Другими словами, во всех случаях это сводится к отделению
жизнеспособной части генетического материала (ДНК) от родительского организма, для
того чтобы новый организм мог развиваться согласно данной генетической программе.
При бесполом размножении генетический материал от одного родителя передается
одной или нескольким дочерним клеткам. Это происходит без слияния специализированных половых клеток (яйцеклеток и сперматозоидов) и, следовательно, без объединения генетического материала. Поэтому поколения клеток и организмов, которые размножаются
бесполым путем, очень сходны друг с другом.
Существует ряд типов бесполого (вегетативного) размножения, включающих деление клеток, почкование, спорообразование и т. д.
1. Деление — это процесс образования двух идентичных особей из одной родительской. Деление - наиболее простая форма бесполого размножения, широко распространенного у бактерий и простейших (одноклеточных эукариотических организмов).
В зависимости от вида простейшие могут подвергаться либо поперечному бинарному
делению, если разделение на две клетки происходит вдоль короткой оси родительской
клетки, либо продольному бинарному делению, если разделение происходит вдоль длинной
оси (рис.1—1), либо шизогонии — дроблению на ряд дочерних клеток.
У всех организмов за исключением прокариот, деление можно определить как результат протекания процессов митоза и цитокинеза. Деление является механизмом размножения.
Некоторые многоклеточные организмы также размножаются делением, но оно происходит не во всех клетках. Например, у свободноживущих планарий (плоские черви) происходит поперечное деление. У некоторых таких животных перед делением в задней части
тела образуются добавочные глаза и пищеварительные структуры (рис. 1-2).
У простейших возможно бесполое и половое размножение. Бесполое осуществляется с
помощью деления (митоз), шизогонией, а также спорообразованием (мейоз).
Рис. 1. Деление при бесполом размножении. A. Поперечное деление у бактерии. Б. Поперечное деление у Рагатесшт: микронуклеус делится митотически, а макронуклеус простым делением на две части B. Продольное деление у Euglеna.
Рис. 2. Деление плоского червя Stenostomum. Последовательность делений отмечена
номерами.
Рис.3.
Деление может быть частью процесса полового размножения у простейших и у некоторых более сложных организмов. У человека и большинства животных однояйцевые
близнецы образуются, когда продукты деления одной оплодотворенной яйцеклетки
полностью обосабливаются друг от друга. Каждая из таких разделившихся клеток содержит всю информацию, необходимую для формирования новой особи. Сиамские
близнецы - это однояйцевые близнецы, которые не полностью разделились в эмбриональном периоде развития и имеют общие части тела или внутренние органы. Обычно
оплодотворенная яйцеклетка делится на шестой день после зачатия. Сиамские близнецы образуются, если яйцеклетка делится очень поздно, через 14—15 дней после оплодотворения. К этому времени клетки зародыша специализируются так, что полное разделение близнецов в утробе матери становится невозможным.
2. Почкование представляет собой процесс отщепления небольшой части родительского организма, из которой формируется новая особь. Почкование — относительно
простая форма бесполого размножения, наблюдающаяся как у одноклеточных, так и у
многоклеточных организмов.
Например, у многих дрожжей, которые представляют собой одноклеточные грибы,
почкование происходит в течение одной фазы жизненного цикла (рис. 1—3). Перед началом процесса почкования ДНК ядер удваивается (реплицируется). Сразу после этого
на одном конце клетки образуется небольшая почка. Ядро начинает делиться и перемещаться к почке, пока не достигнет плоскости перетяжки. Цитоплазма наполняет почку
до тех пор, пока ее объем не сравняется с объемом материнской клетки. В это же время
происходит митотическое деление ядра. Затем две части дрожжевой клетки отделяются
друг от друга, и каждая растет, пока не достигнет размера материнской клетки.
Рис. 4. Стадии почкования дрожжей
Почкование очень эффективная форма размножения. Воспроизведение потомства
при почковании может занимать всего 30 мин.
Почкование наблюдается также у многоклеточных организмов, таких как гидра
(Hydra). Это животное получило свое название по имени мифологической змеи, у которой вырастали две головы взамен одной отрубленной. У гидры процесс почкования
начинается с появления небольшого скопления делящихся клеток на поверхности ее
мешкообразного тела. По мере увеличения количества клеток почка удлиняется и на ее
конце отрастают щупальца (рис. 1—4). В почке развиваются все части организма, присущие взрослой гидре, и, оставаясь прикрепленной, почка может самостоятельно захватывать и переваривать мелких животных. Наконец, развившаяся гидра отделяется от
материнского организма.
Рис. 5. Почкование у гидры
Полипы гидроидных и сцифоидных совершенно лишены способности к половому
размножению, зато они выпочковывают или отделяют не только подобных себе полипов, но совершенно не похожих на них медуз. Медузы и являются половыми особями.
Образование медуз у гидроидных и сцифоидных происходит по-разному. У гидрополипов медузы возникают из почек. Вначале такая почка внешне похожа на обычную
почку, из которой развивается полип, но затем появляются отличия. Медузоидная почка
сильно увеличивается в размере, становится полупрозрачной, внутри ее появляются 4
радиально расположенных канала и отходящий от места их скрещивания ротовой хоботок. Теперь молодая медузка внешне напоминает маленький колокольчик или зонтик. Вскоре она отрывается от колонии полипов и уплывает. Медузы самостоятельно
питаются и увеличиваются в размерах, затем у них возникают половые железы.
Наиболее просто устроены стелющиеся и коркообразные колонии. В таких колониях
отдельные полипы отходят непосредственно от сетчатой, нитевидной гидроризы (у гидроидов) или от мембрановидной мягкой пластинки, покрывающей субстрат (у мягких
восьмилучевых кораллов или зоантарий). В этих случаях ни нити гидроризы, ни мембрановидная пластинка не принадлежат какому-нибудь одному полипу, а представляют
собой общее тело всей колонии — ценосарк. Наиболее яркими примерами таких колоний являются гидроиды Hydractinia или Perigonimus и мягкие восьмилучевые кораллы
Clavularia. Гораздо чаще, однако, кишечнополостные образуют древовидные колонии.
Тогда от базальной пластинки или гидроризы отходит несущий ветви ствол, состоящий
из одной или нескольких соединенных между собой трубок.
Примечание: Бесполое размножение растений также происходит путем почкования.
Многие растения имеют локализованные узелки или группы клеток, из которых могут
образоваться новые растения. Ярким примером этого является род Kalenchoe, именуемый также «воздушным растением». Листья этих растений имеют зазубренные края, в
основании которых находятся небольшие группы специализированных клеток. По мере
роста листа или даже после его опадания эти клетки дифференцируются и из них развиваются маленькие растения, имеющие корень, стебель и листья (рис. 1—5).
Некоторые организмы используют «помощников» для осуществления бесполого
размножения. Известны растения и животные, которые размножаются путем регенерации фрагментов родительского организма. Морская звезда способна к регенерации из
любого фрагмента, который содержит щупальце и кусочек тела. Ловцы устриц с неприязнью относятся к морским звездам за то, что они истребляют устриц. Поэтому издавна
попавшихся в сеть морских звезд рыбаки разрубали на куски и выбрасывали за борт.
Теперь, узнав, что это приводит только к увеличению численности морских звезд, рыбаки бросают их в кипяток.
Бесполое размножение распространено у многих организмов и является надежным
способом воспроизведения потомства, генетически полностью сходного с родителями.
В известном смысле это является недостатком, поскольку, хотя бесполое размножение
— успешный и продуктивный метод, ему не хватает лабильности. Поколения, генетически идентичные с предшествующими, обладают пониженной способностью адаптироваться к изменениям среды.
Преимущества бесполого размножения
1. Энергетические требования для размножения минимальны. Поскольку для такого репродуктивного процесса требуется только один родитель, потребности в энергии на протяжении всего цикла воспроизводства снижаются. Нет необходимости в
половом акте, поэтому не происходит потери энергии. Такой способ также облегчает
для вида передачу генетической информации следующему поколению.
2. Лучшая выживаемость. Бесполое размножение, по сути, является процессом клонирования, поэтому нет необходимости во внешнем вмешательстве для размножения. Вместо того чтобы искать партнера или ожидать опыления, родитель может просто клонировать себя и отделить потомство от репродуктивного цикла.
3. Гарантированная передача генетического кода. Поскольку потомство, созданное
в процессе бесполого размножения, по сути, является дубликатом родителя, все положительные черты вида гарантированно будут переданы.
4. Для создания колонии требуется только одна особь. Тем организмам, которые размножаются половым путем, для создания колонии необходим партнер. При бесполом
размножении это необязательно. Одного родителя достаточно, чтобы производить
потомство, а значит со временем можно создать колонию практически неограниченного размера.
5. Обеспечивает защитный механизм. Более мелкие организмы, как правило, находятся во власти более крупных организмов из-за круговорота природы. Бесполое размножение позволяет таким организмам продолжать размножаться, особенно когда
есть возможность оставаться неподвижными в течение всего их жизненного цикла.
6. Устраняется необходимость в семенах. Благодаря бесполому размножению становится возможным разводить крупные растительные культуры, даже если они не растут из семян или не обладают ими. Растения, выращиваемые в процессе бесполого
размножения, имеют тенденцию приносить свои плоды раньше в вегетационный период, чем те, которые требуют опыления или полового размножения. Также стоит
отметить, что благодаря бесполому размножению становится возможным быстро регенерировать текущее поколение культур, для максимизации урожайности.
7. Быстрая зрелость. Для тех организмов, которые используют бесполый репродуктивный цикл, созревание может наступить уже через 6 недель. Для тех, которые полагаются на половое размножение, процесс созревания может составлять несколько
месяцев.
Недостатки бесполого размножения
1.
Отрицательные мутации дольше сохраняются в бесполых организмах. Поскольку потомство бесполого организма, по сути, является клоном родителя, любые
отрицательные мутации, которые находятся в генетике предкового организма, будут
переданы потомству. Это увеличивает риск вымирания вида, так как большинство
мутаций имеют тенденцию быть скорее отрицательными, чем положительными,
особенно с ограниченной эволюцией.
2.
Разнообразие ограничено. Поскольку только один родитель вовлечен в размножение бесполым организмом, разнообразие в пределах вида чрезвычайно ограничено.
Это делает вид более восприимчивым к различным заболеваниям и инфекциям, потому что отсутствует способность адаптироваться или бороться с такой проблемой.
Без вмешательства извне многие бесполые организмы либо должны были бы со временем адаптироваться для увеличения генетического разнообразия, либо их численность была бы крайне ограниченной.
3.
Трудно контролировать численность популяции. Численность популяции вида
может резко возрасти, особенно когда существуют благоприятные условия окружающей среды, которые поддерживают репродуктивный цикл. Добавьте к этому тот
факт, что нет конкуренции за размножение, и становится вероятной возможность
удвоения популяции организма с каждым репродуктивным циклом.
4.
Продолжительность жизни. Организмы, возникающие в результате бесполого репродуктивного цикла, имеют более короткую продолжительность жизни, чем у организмов, которые размножаются половым путем.
5.
Конкуренция. Некоторые формы бесполого размножения создают потомство, которое тесно связано друг с другом. Поскольку они так близки друг к другу, может
обостриться борьба за ресурсы.
6.
Переполненность может быть реальной проблемой. Один родитель может произвести большое количество потомков за ограниченный период. По мере того, как
каждое поколение переходит к следующему, может возникнуть большее количество
организмов, чем то, что может поддерживать окружающая среда. Переполненность
создает нехватку ресурсов, которые могут помешать организмам развиваться в будущем.
Вывод
Бесполое размножение отличается от полового тем, что для того, чтобы произвести
потомство, нужен всего один родитель. Происходит митоз, который приводит к полному
копированию родительского организма.
Однако все же половое размножение, несмотря на свою относительную сложность и
энергозатратность, ”побеждает” в эволюционной гонке, так как оно может обеспечить
возникновение новых видов.