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	Бесполое	Половое
Родители	Одна особь	Обычно две особи (при­мер исключения - само­оплодотворение у цепней)
Клеточный источник наследственности	У одноклеточных клетка-организм; у многоклеточных - одна или несколько клеток родительской особи	Половые клетки - гаметы; каждый из родителей исходно представлен в потомстве одной клет­кой
Потомство	Полная генетическая копия родительской особи	Отлично генетически от каждого из родителей
Основной клеточный механизм образования	Митоз	Мейоз
Эволюционное значение	Способствует сохранению генетической стабильно­сти в неменяющихся условиях существования; обеспечивает стабилизи­рующую форму естест­венного отбора	Способствует генетиче­скому разнообразию; обеспечивает движущую форму естественного отбора; обеспечивает эволюционный процесс

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	Из группы клеток
Деление клетки-родителя надвое (амебы)	Корневища, клубни, луковицы и т. п. (высшие растения)
Множественное деление клетки-родителя (споровики)	Деление тела на фрагменты (ленточные черви, нитчатые водоросли)
Образование спор (водоросли, высшие растения, грибы)	Почкование (кишечнополостные)
Деление эмбриона (образование одно-яйцевых 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 некоторых 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.