Тексты для изучения к погружению «Половое размножение как источник многообразия»

Тексты для изучения к погружению «Половое размножение как источник многообразия».

Текст № 1 (по Панову)

Вопросы для конспектирования к тексту:

кто такие солнечники?(рисунок прилагается отдельным файлом)

Что такое мейоз? (зарисовать, просмотрев соответствующие картинки)

Что такое половой процесс?

Что такое гамета?

Что такое гаплоидный набор хромосом?

Что такое диплоидный набор хромосом?

Чем половой процесс отличается от полового размножения?

Наблюдая за жизнью солнечников (родственников амебы) в аквариуме, ученым удалось проследить преемственность в потомстве одного-единственного солнечника на протяжении 1244 поколений. Уже в десятом поколении число солнечников, берущих начало от своего прародителя-одиночки, должно теоретически составлять 1424 особи, а к моменту появления тысячного поколения его численность выражается поистине астрономической цифрой.

Казалось бы, благополучие в царстве солнечников должно быть полностью гарантировано этой их способностью к бесполому размножению. Однако более пристальное изучение образа жизни этих созданий показало, что дело обстоит не совсем так. Если мы будем день за днем наблюдать за солнечниками, пользуясь сильным микроскопом, то однажды сможем заметить нечто странное, происходящее с одним из этих созданий. Начинается все с того, что солнечник втягивает внутрь цитоплазматического тельца свои лучи-псевдоподии, теряя сходство с великим светилом, по имени которого он получил свое название. Затем вокруг ставшего шарообразным комочка цитоплазмы образуется плотная оболочка, после чего тело солнечника делится пополам, как и при обычном бесполом размножении.

Но этим дело не ограничивается, и ядро каждой из двух образовавшихся клеток делится снова, а затем еще раз. После каждого из этих делений одна “половинка” ядра отмирает. В результате всех этих преобразований, именуемых редукционным делением, или мейозом, под наружной оболочкой мы снова обнаруживаем две клетки — столько же, сколько их было здесь после первого деления солнечника надвое. Но сейчас каждая клетка несет в себе как бы лишь “четвертушку” своего первоначального ядра. Вскоре после этого одна из двух клеток выпячивает короткие псевдоподии, направленные в сторону второй клетки. Псевдоподии внедряются в тело последней, цитоплазма обоих соседей постепенно сливается воедино, а их ядра движутся по направлению друг к другу и тоже соединяются. После этого оболочка распадается, заключенная в ней единственная клетка выпускает из себя длинные лучи-псевдоподии и превращается в полное подобие того солнечника, с которым произошли все эти странные метаморфозы. Наше возродившееся создание отправляется в свободное плавание и вскоре делится пополам, давая начало новым поколениям солнечников.

Все те события, которые только что прошли перед нашими глазами, есть не что иное, как половой процесс, вклинившийся в череду бесполых поколений солнечников. Это утверждение может звучать несколько странно, если принять во внимание, что у солнечников пол, по сути дела, отсутствует. У этих созданий нет подразделения на женских и мужских индивидов, на самцов и самок. И если ученые убеждены, что наблюдавшиеся нами метаморфозы тесно связаны с явлением пола, то в данном случае имеет место нечто вроде самооплодотворения. И в самом деле, те две клетки, которые слились друг с другом на конечной стадии процесса, мы вынуждены считать половыми клетками, или гаметами, начало которым дал один и тот же бесполый (или двуполый) организм. Та гамета, которая начала захватывать свою соседку псевдоподиями, может быть названа мужской гаметой, вторая же, в конце концов слившаяся с первой, — женской гаметой.

Что же дает нам право называть эти клетки гаметами, уподобляя их спермию и яйцеклетке, сливающимся друг с другом при зачатии у человека и у других двуполых животных?

Прежде всего то, что ядра интересующих нас клеток, как и ядро любой другой “типичной” гаметы, несет в себе одинарный (гаплоидный) набор хромосом в отличие от породившего ее индивида, все клетки которого у многих (хотя далеко не у всех) организмов имеют в своих ядрах двойной (диплоидный) набор хромосом. Уменьшение числа хромосом вдвое при образовании гамет у всех животных и растений осуществляется за счет двукратного деления диплоидной клетки родительского организма. Этот процесс двукратного деления клетки, как это ни удивительно, мало чем отличается у солнечника и у высших двуполых организмов, например у человека. Диплоидные клетки организма мужчины и женщины содержат в своих ядрах по 46 хромосом, а в ядрах гамет их число сокращается до 23. Единственная клетка солнечника несет в себе 44 хромосомы, а в сливающихся друг с другом гаметах этого вида содержится по 22 хромосомы.

Итак, на вопрос, возможна ли жизнь в отсутствие пола, приходится ответить положительно. Если пример солнечника не вполне убеждает нас в этом, поскольку в бесконечной череде бесполого размножения он все же изредка прибегает к половому процессу, то амеба, скажем, не знает ничего иного, кроме бесполого деления пополам. С другой стороны, половой процесс в той или иной своей форме присущ подавляющему большинству органических видов — от бактерии до человека. А это значит, что он может давать какие-то преимущества перед монотонностью бесполого существования. И, наконец, на вопрос о том, имеется ли простая и однозначная связь между полом и размножением, следует с определенностью ответить: нет. И в самом деле, мы видели, что у солнечника размножение (то есть увеличение числа особей) происходит путем деления их надвое (с сохранением после каждого деления двойного набора хромосом), а в результате полового процесса место приступившего к нему солнечника занимает всего лишь один-единственный индивид.

Я хотел было написать “тот же самый солнечник”, но вовремя остановился. Ибо это вроде бы тот же самый экземпляр, возникший из “половинок” солнечника, претерпевшего метаморфоз, но, с другой стороны, не совсем тот же. Он не тождественен своему предку, поскольку во время полового процесса была утрачена часть ядерного материала (при отмирании трех “четвертушек” от каждого ядра тех клеток, которые превратились в гаметы). Важнейшим последствием этих преобразований оказывается изменение набора генов в самих хромосомах. В результате тот солнечник, который приступил к половому процессу, и тот, который по окончании его отправился странствовать по воле волн, — это генетически два неодинаковых существа. Именно в этой реорганизации генетической конституции клеток биологи видят главное значение полового процесса у низших организмов и полового размножения — у высших.

Текст № 2. Еще древними было замечено, что если у растения, не повреждая его цветка, удалить пыльцу, то никакого оплодотворения не произойдет и новых семян не образуется. Но опыт древних египтян по выращиванию финиковых пальм не мог убедить европейцев в существовании пола у растений.

Вопросы для конспектирования к тексту:

Какие части цветкового растения определяют его пол (зарисуйте цветок из учебника ботаники или с таблицы и подпишите названия частей)?

Какую классификацию растений можно предложить, основываясь на различиях в строении частей растений, ответственных за размножение?

Что такое гибрид?(проверьте себя по словарю)

В чем состоял (можно зарисовать) и что доказал опыт Камерариуса?

Что нового обнаружилось в опыте Гледича?

Что нового обнаружилось в опыте Кельрейтера?

Как производится искусственное опыление растений для получения гибридов?

Что предоставляется “сделать природе” после искусственного опыления?(проверьте себя по учебнику ботаники)

1) 1691 год. Камерариус посадил два экземпляра перелески, у которых были только пестики, вдалеке от экземпляров с тычинками и получил от них вместо зрелых семян сплошь высохшие, пустые и сморщенные завязи.

Эти опыты были повторены Брадли с тюльпанами, Жоффруа с кукурузой.

2) Гледич в 1749 году доставил цветущую ветку мужского экземпляра (цветки с пыльниками) вееролистной пальмы из Лейпцига в Берлин и повесил ее на женский (цветки с пестиками) экземпляр пальмы. До этого пальма часто цвела, но давала лишь мелкие, неоплодотворенные плоды. В этот раз плоды росли сильнее и были крупнее. Осенью, когда обычно они начинали портиться и засыхать, в этот раз они созревали. Весной семена, полученные от этих плодов, были посажены, и из них выросли 11 молодых пальм. Опыт был повторен три раза с одинаковым успехом.

3) В 1760 году Кельрейтер получил новый гибрид табака. В Ботанических садах Берлина и Лейпцига он обнаружил два разных вида табака. В качестве материнского он взял виргинский длиннолистный табак. В качестве отцовского – перуанский вид с сердцевидными листьями. Он писал следующее:

“Ввиду того, что большинство растений являются гермафродитами и имеют двоякого рода половые части в одном и том же цветке, то все искусство при таком опыте соединения, как известно, состоит лишь в том, чтобы у экземпляров того вида, который хотят оплодотворить, удалить пыльники, являющиеся мужскими половыми частями, когда они находятся в еще закрытом состоянии, а на рыльце пестика этих же экземпляров, являющееся женской половой частью, перенести пыльцу мягкой кисточкой с цветка другого вида. Заботиться же об остальном предоставляют самой природе.”

Полученный таким образом гибридный вид не был таким слабым, как виргинский табак, но в то же время не таким смолянистым, как перуанский. Кроме этого у гибридного табака было замечено более раннее созревание и сильный рост. Поэтому Кельрейтер  рекомендовал его фермерам для выращивания и написал руководство по получению семян.

Текст № 3.

Вопросы для конспектирования к тексту:

Какие виды размножения существуют в природе? Для каких живых существ они характерны?

Что такое зигота?

Какие виды оплодотворения можно выделить? Для каких живых существ они характерны? В чем преимущество внутреннего оплодотворения?

Современные животные дожили до наших дней потому, что их предки выработали более эффективный способ размножения, чем это смогли сделать многие другие живые существа. Наиболее обычным способом производства новых особей того же вида является половое размножение,

Сущность этого процесса сводится к тому, что две половые клетки, называемые гаметами, сливаясь, образуют одноклеточную зиготу, которая путем последовательного деления в свою очередь превращается в полностью развитую новую особь.

Почти для всех животных, размножающихся половым путем, характерны два типа гамет: яйцеклетки — крупные гаметы с большим запасом питательных веществ (в основном жир, некоторые белки, минеральные соединения и полный набор витаминов), необходимых для развития зиготы, и сперматозоиды, или спермии, —более мелкие и значительно более многочисленные гаметы, способные активно плавать при помощи жгутика. Сперматозоиды содержат лишь очень небольшое количество питательных веществ.

Взрослое животное может быть либо самцом (с семенниками, в которых образуется сперма), либо самкой (с яичниками, в которых образуются яйца). Однако из этого правила есть исключения. У многих беспозвоночных, особенно в типе плоских червей, яичники и семенники могут быть у одного и того же животного, которое в этом случае называют гермафродитом У птиц и млекопитающих гермафродитизм не встречается. Однако у некоторых видов птиц, как и у некоторых рыб, с возрастом может произойти изменение пола с соответствующим преобразованием яичников в семенники.

Существует у животных и несколько типов бесполого размножения. Так, взрослая особь некоторых кишечнополостных и плоских червей может разделиться на две или несколько частей, каждая из которых способна расти далее, восстанавливая недостающие части и превращаясь в нормальное животное. Расходятся иногда равные половины, чаще же одна из них меньше и не имеет в своем составе жизненно важных органов “родительского” организма.

Процесс образования взрослой особи из такой половинки сходен с регенерацией, то есть с восстановлением поврежденных или утраченных частей тела.

В других случаях яйцеклетка не сливается со сперматозоидом, но тем не менее проходит все стадии развития до взрослого животного. Этот процесс, называемый партеногенезом, широко распространен среди беспозвоночных, а искусственно может быть вызван даже у млекопитающих.

Однако у многих животных, которым свойственно партеногенетическое размножение, этот процесс время от времени чередуется с половым размножением, вероятно, в целях повышения жизнеспособности. Именно так обстоит дело у тлей: в течение лета они многократно размножаются партеногенетическим путем, а в конце его в результате полового размножения дают последнее, зимующее поколение.

Партеногенетическое потомство всегда бывает одного пола, чаще женского, реже мужского. У тлей партеногенетическое размножение дает лишь самок, самцы встречаются крайне редко, за исключением предпоследнего в сезон поколения.

Яичники и семенники представляют собой компактные части тела, которые помимо клеток, производящих гаметы, содержат клетки, играющие роль опорной соединительной ткани.

Медузы, кораллы и гидры выделяют гаметы прямо в окружающую воду. У многих плоских червей ткань яичников и семенников разделена на бесчисленное множество мелких ячеек, рассеянных повсему телу животного Поскольку они лежат глубоко в теле животного, гаметы (взвешенные в растворе, сходном с тканевыми жидкостями) выделяются через особые ветвящиеся каналы, которые открываются наружу половой порой.

У кольчатых червей, моллюсков и членистоногих хорошо развиты половые протоки, которые ведут наружу.

Парные яичники или семенники позвоночных располагаются вблизи внутренней поверхности стенки тела, обычно сразу же за пределами полости тела под брюшной выстилкой.

У некоторых млекопитающих семенники лежат в мошонке, которая выдается за пределы тела. Она образуется из выпячивания брюшной полости и стенки тела и содержит часть брюшной выстилки, связанной с семенниками. Семенники многих млекопитающих опускаются в мошонку только в сезон размножения. Нормальное развитие спермы таких животных происходит лишь при охлаждении ткани семенника на несколько градусов по сравнению с обычной температурой  тела  млекопитающих,  составляющей 36—38° С. Именно поэтому мошонка расположена вне тела и обычно слабо защищена шерстью. Стенка мошонки состоит из нескольких слоев мышечных волокон, окруженных соединительной тканью.

Сперма позвоночных животных выводится наружу по каналам, которые часто объединяются с каналами выделительной системы. У большинства беспозвоночных выделительные каналы, наоборот, полностью отделены от половых протоков. У большинства амфибий, рептилий и птиц выделительные каналы, половые протоки и кишечный тракт открываются в общую, обычно сложно разделенную камеру, называемую клоакой. Их фекалии, моча и гаметы выделяются через одно и то же клоакальное отверстие. Большинство рыб имеют отдельные поры для вывода гамет, выделения мочи и кала.

У самцов млекопитающих выделительные и половые пути обычно объединяются общим мочеиспускательным каналом, идущим от мочевого пузыря и затем принимающим в себя половые протоки.

Часть полового пути, которая служит для выведения яйцеклеток из яичников наружу, называется яйцеводом. Обычно яйцевод выстлан железами, формирующими защитную оболочку яйца. У животных, детеныши которых развиваются в организме самки, удлиненная часть яйцевода, где происходит развитие плода, называется маткой.

Наружное и внутреннее оплодотворение

У большинства водных беспозвоночных яйцеклетки и сперматозоиды выделяются в воду, там сперматозоиды плывут к яйцеклеткам, привлекаемые, очевидно, особыми химическими веществами. Однако даже у этих животных слияние гамет отнюдь не дело случая, так как и яйца и спермии выделяются приблизительно в одно и то же время и в одном и том же месте, как результат брачного поведения взрослых особей обоих полов. Этому помогает также химическая стимуляция и синхронизация размножения такими периодическими явлениями, как суточные, лунные и приливно-отлнвные ритмы. И все же процесс наружного оплодотворения довольно расточителен: приходится производить большое количество гамет, чтобы гарантировать развитие лишь нескольким зиготам. Любое приспособление, повышающее вероятность оплодотворения яйца спермой и развития зиготы до взрослого животного, дает явные преимущества виду, поскольку позволяет новому поколению достигнуть зрелости с меньшими затратами на производство гамет. Одним из решений этой проблемы, встречающимся у многих животных, является внутреннее оплодотворение. В этом случае оплодотворенное яйцо обычно задерживается в какой-нибудь части полового пути самки до завершения им определенного этапа развития. Разумеется, дальнейшее развитие идет, лишь когда сперматозоид достигнет яйцеклетки.

Способов доставки спермы в половые пути самки много. У некоторых членистоногих и моллюсков сперма заключена в замкнутую капсулу, или сперматофор, который переносится в половые пути самки либо самцом, либо самой самкой с помощью одной из ее суставчатых конечностей.

У пауков, например, самец после определенного периода брачного ухаживания выделяет капельку семенной жидкости на небольшую шелковистую пластинку — палетку, затем берет ее педипальпами (передняя пара конечностей) и вводит их в половую пору самки. У головоногих моллюсков (кальмаров и родственных им видов) самец помещает комок сперматофоров на тело самки или в ее мантийную полость, используя специализированное щупальце. У одного вида это специализированное щупальце во время спаривания отрывается и некоторое время передвигается по телу самки. Такое оторвавшееся щупальце было однажды ошибочно описано как самостоятельный вид.

У акул и скатов брюшные плавники самца видоизменяются в снабженные желобками копулятивные органы — птеригоподии. Сперма из половой поры самца стекает по желобкам к вершине птеригоподиев, которые размещаются против полового отверстия самки (но не вводятся внутрь).

Для лягушек и жаб характерно наружное оплодотворение, сопровождающееся особой формой поведения, которую называют амплексусом: самец обхватывает самку, и, взаимно стимулируя друг друга, они, как и рыбы, одновременно откладывают в воду яйца и сперму.

Птицам свойственно только внутреннее оплодотворение. Не имея в большинстве случаев специальных совокупительных органов, птицы выработали сложное брачное поведение, которое завершается тесным сближением клоак самца и самки. У насекомых и ряда других беспозвоночных, а также у рептилий и млекопитающих самец имеет трубчатый совокупительный орган — пенис, на котором открывается половое отверстие самца и который приспособлен для введения спермы в половое отверстие самки.

Последнее обычно связано у самки с особой приемной камерой — влагалищем. Пенис устроен так, что все время, за исключением момента спаривания, втянут (хотя бы частично). Влагалище тоже, как правило, закрыто, кроме периода спаривания. В некоторых случаях оно может почти полностью исчезать, но в сезон размножения вновь восстанавливает свои функции и строение.

Внутреннее оплодотворение свойственно не только высокоорганизованным животным. Его существование связано с необходимостью защищать развивающееся потомство. У водных животных чаще бывает наружное оплодотворение, поскольку ничем не защищенная зигота может легко выжить и вырасти в воде, особенно морской, даже у таких высокоорганизованных животных, как рыбы и ракообразные. У наземных животных наружное оплодотворение бывает лишь в тех случаях, когда половые продукты выделяются в водную среду.

Добавочные железы половой системы

Половые пути большинства животных обслуживаются разнообразными железами. Одни из них образуют скорлуповые оболочки или запасы питательных веществ для яйца, другие принимают участие в выкармливании потомства, которое развивается внутри родительского организма.

Кроме того, железы выделяют жидкости для переноса сперматозоидов.

В случае внутреннего оплодотворения эти жидкости, объединившись с выделениями яйцеводов самки, образуют среду для транспортировки спермиев или служат питательным субстратом для гамет, пока не произойдет оплодотворение. В некоторых случаях сперматозоиды могут задерживаться и сохраняться в половых путях самки (обычно в особой камере) в течение не-

скольких дней, месяцев, а иногда и лет. Многие животные спариваются только один раз в жизни или дважды, но через небольшой промежуток времени (несколько минут или часов), и поэтому половые пути самки, сохраняя сперму, выдают ее небольшими порциями по мере необходимости.

Такое приспособление хорошо известно у муравьев и пчел.

Сохранение спермы на протяжении нескольких месяцев встречается также у многих костистых рыб и у некоторых впадающих в спячку летучих мышей.

Половые пути обычно снабжены и железами, секреты которых играют роль смазки, уменьшающей трение при совокуплении.

По Д. Гриффин, Эл. Новик

Текст № 4.

Вопросы для конспектирования к тексту:

какой более ранний в эволюции способ размножения – половое или бесполое?

В чем преимущество полового процесса?

Почему у растений чаще встречается бесполое размножение, чем у животных?

Может ли у одного вида  живых существ  бесполое размножение чередоваться половым?(примеры)

Происхождение полового процесса

Любые рассуждения о событиях, происходящих на неведомом нам этапе истории жизни, могут быть лишь предположительными. Именно так обстоит дело с происхождением полового процесса. Предполагается, что бесполое размножение представляет собой примитивную форму воcпроизведения как способа “копирования” генетически одинаковых поколений. На более позднем этапе возникли механизмы, делающие возможным обмен нуклеиновыми кислотами между особями. Быть может, при этом происходило слияние целых организмов, за которым следовал мейоз; и в самом деле, такой процесс мог предшествовать образованию гамет и их слиянию.

Принято считать, что способы обмена генетическим материалом, наблюдаемые у бактерий, представляют собой ранний этап развития полового процесса. Преимущество, которое дает изменчивость, обусловленная мейозом, несомненно, сыграло важную роль в развитии более сложных форм жизни и типов гамет - от одинаковых гамет (изогамет) к гетерогаметной стадии с подвижными мужскими гаметами (спермиями и антерозоидами) и неподвижными женскими гаметами (яйцеклетками).

Тот факт, что половое размножение мы находим во всех крупных группах организмов, позволяет думать, что оно обладает преимуществом перед бесполым.

Однако в жизненных циклах большинства растений наблюдается чередование бесполого и полового способов размножения. Одна из причин этого состоит в том, что у неподвижных организмов обмен гаметами затруднен и они во многих случаях предпочитают бесполое размножение. Кроме того, при бесполом размножении родительские особи, обосновавшиеся в определенном месте, облегчают потомкам решение нелегкой экологической проблемы - нахождение подходящего местообитания. Однако при этом возникают другие проблемы, создаваемые перенаселением.

По Грин, Стаут, Тейлор