Сверь числа и знаки с фото.
Глава 3. Размножение и индивидуальное развитие организмов § 29. Типы размножения. Способы бесполого размножения ■ Вспомните, с какими типами размножения вы познакомились при изучении растительного и животного мира. ■ Как вы думаете? Почему типы размножения называют бесполым и половым? В чем заключаются их преимущества и недостатки? ■ Вы узнаете, чем различаются бесполое и половое размножение организмов, какие способы бесполого размножения существуют у одноклеточных и многоклеточных организмов. Типы размножения организмов. Одним из основных свойств живых материй является размножение — способность живых организмов воспроизводить себе подобных. Благодаря этому свойству обеспечивается непрерывность жизни на Земле. Размножение организмов определенного вида предоставляет возможность воспроизведения признаков не только родительских особей, но и вида в целом. А увеличение численности особей в результате размножения способствует расселению вида и расширению его ареала. Следовательно, благодаря размножению обеспечивается непрерывность и преемственность в передаче наследственной информации от родителей к потомству в ряду поколений и поддерживается длительное существование вида. Как вы уже знаете, наследственная информация хранится в хромосомах. При размножении организмов передача наследственной информации происходит с помощью хромосом. В соматических клетках (клетках тела) хромосомы парные. В каждой паре одна хромосома отцовская, другая — материнская, следовательно, в соматических клетках находится два набора (двойной набор) хромосом — каждый набор содержит наследственную информацию одного из родителей. В половых клетках (гаметах) хромосомы одиночные, следовательно, гаметы содержат один набор (одинарный набор) хромосом, которые несут наследственную информацию только одного из родителей. В зависимости от типа клеток, являющихся основой для размножения, различают два типа размножения: бесполое и половое. Их сходство заключается в том, что оба типа приводят к увеличению численности особей и тем самым способствуют сохранению вида. Однако между бесполым и половым размножением существуют значительные различия по целому ряду признаков (табл. 16). Таблица 16. Сравнительная характеристика бесполого и полового типов размножения [Таблица из двух столбцов: «Бесполое размножение» и «Половое размножение»] Биологической основой для размножения является деление клеток с сохранением исходного двойного набора хромосом (за исключением спорообразования у растений) | Биологической основой размножения является деление клеток с образованием гамет Принимает участие только одна особь | Принимают участие, как правило, две особи Не происходит образование гамет | Образуются гаметы Новая особь образуется из неспециализированных соматических клеток или из спор | Новая особь, как правило, образуется из зиготы, являющейся результатом слияния гамет Дочерние организмы являются точными копиями материнского организма (за исключением потомства из спор у растений) | Дочерние организмы не являются точными копиями материнского организма Позволяет сохранить чистоту вида | Создает разнообразие особей Обеспечивает быстрое увеличение численности особей, но снижает их приспособленность к изменяющимся условиям среды | Численность особей увеличивается относительно медленно, но особи лучше приспосабливаются к изменяющимся условиям среды Наличие различий в характеристиках бесполого и полового размножения — причина их разных последствий для вида. Если вид размножается только бесполым путем, то будет происходить быстрое увеличение численности особей с сохранением постоянства признаков вида (и преимущество бесполого размножения). Однако в изменяющихся условиях среды приспособительные возможности особей и жизнеспособность их потомства будут снижаться, вид не сможет эволюционировать и, в конечном итоге, он обречен на вымирание (недостаток бесполого размножения). При размножении вида только половым путем увеличивается разнообразие особей в пределах вида, повышаются их приспособительные возможности и жизнеспособность потомства в меняющихся условиях среды. В результате вид способен эволюционировать и длительно существовать (преимущество полового размножения). В то же время возникшие неудачные комбинации хромосом могут стать причиной гибели организмов (недостаток полового размножения). Бесполое и половое размножение у разных видов организмов может осуществляться разными способами. Способы бесполого размножения. У одноклеточных и многоклеточных организмов существуют разные по механизму протекания способы бесполого размножения. Как видно из схемы, у одноклеточных организмов встречаются три основных способа бесполого размножения. [Схема: «СПОСОБЫ БЕСПОЛОГО РАЗМНОЖЕНИЯ». Одноклеточные: 1. Деление клетки, 2. Почкование, 3. Спорообразование. Многоклеточные: 1. Фрагментация, 2. Вегетативное размножение, 3. Почкование, 4. Спорообразование] Чаще всего имеет место деление клетки надвое. У бактерий (стрептококки, бациллы) бактериальная хромосома вначале удваивается, затем между двумя дочерними хромосомами закладываются клеточные оболочки, которые делят материнскую клетку пополам с образованием двух одинаковых дочерних клеток. У одноклеточных эукариот разделению тела материнской клетки предшествует деление ядра — образуются два дочерних ядра, идентичные друг другу и материнскому. У многих одноклеточных (эвглена зеленая, хламидомонада) деление ядра происходит в основном с разрушением ядерной оболочки, расхождением дочерних хромосом к полюсам клетки и формированием двух новых ядер. После этого следует разделение цитоплазмы и образование двух дочерних клеток. Иногда при делении клетки материнское ядро делится на дочерние ядра путем перетяжки без разрушения [неразборчиво] хромосом к полюсам клетки (амеба обыкновенная, инфузория туфелька) (рис. 38).
§ 29. Типы размножения. Способы бесполого размножения [Рисунок: 1 — последовательные стадии деления амебы; 2 — деление инфузории туфельки] Рис. 38. Деление клетки амебы (1) и инфузории туфельки (2) как способ бесполого размножения одноклеточных У некоторых одноклеточных встречается размножение путем почкования. В этом случае перед делением ядра в материнской клетке формируется небольшой вырост оболочки с цитоплазмой, куда потом перемещается одно из образовавшихся дочерних ядер. Формируется почка, которая отделяется от материнской клетки и превращается в малую дочернюю особь. Некоторое время она растет и развивается, достигая затем размеров материнского организма. Способом почкования размножаются и дрожжевые грибы (рис. 39). [Рисунок: цепочка почкующихся клеток дрожжей] Рис. 39. Почкование дрожжей как способ бесполого размножения одноклеточных Спорообразование у одноклеточных эукариот (хлорелла, хламидомонада) происходит путем многократного синхронного деления ядра и содержимого клетки с образованием вокруг дочерних клеток собственных клеточных оболочек при сохранении целостности оболочки материнской клетки (рис. 40, с. 128). В результате под общей оболочкой образуется много мелких клеток — спор. Например, у хлореллы в одной клетке может образоваться до 64 неподвижных спор. Споры, имеющие жгутики и способные к передвижению, называются зооспорами (хламидомонада). После разрыва оболочки материнской клетки споры выходят в окружающую среду и превращаются в новый организм. Они могут разноситься ветром или водой, что приводит не только к размножению, но и к расселению особей. [Рисунок 40: 1 — стадии спорообразования у хлореллы; 2 — стадии образования зооспор у хламидомонады; подписи: «Жгутик», «Ядро», «Оболочка», «Зооспоры»] Рис. 40. Спорообразование у хлореллы (1) и хламидомонады (2) как способ бесполого размножения одноклеточных ▶ Это интересно. У бактерий при неблагоприятных условиях происходит образование спор, не участвующих в размножении. Бактериальные споры — это покоящиеся клетки со сниженным обменом веществ, окруженные многослойной оболочкой, устойчивые к высыханию и к другим неблагоприятным условиям, вызывающим гибель обычных клеток. Они служат для переживания таких условий, а также могут переноситься на большие расстояния с помощью ветра или воды. После попадания в благоприятную среду у спор разрушается прочная оболочка, и они превращаются в вегетативные (делящиеся) клетки. Таким образом, споры (от греч. sporá — сеяние, посев) — микроскопические специализированные клетки, служащие для бесполого размножения, расселения и (или) сохранения при неблагоприятных условиях. У многоклеточных организмов различают четыре основных способа бесполого размножения (см. схему на с. 126). Фрагментация и вегетативное размножение основаны на способности организмов к регенерации (восстановлению недостающих частей тела). У водорослей, грибов, плоских червей фрагментация происходит с фрагментами таллома (тела, не разделенного на органы), то есть способом фрагментации. Этот способ наблюдается также у кишечнополостных, плоских (рис. 41) и кольчатых червей, морских звезд. При вегетативном размножении дочерний организм формируется за счет вегетативного органа или его видоизменения (см. рис. 1). Вегетативное размножение у растений может осуществляться с помощью стебля (кактусы, элодея), листа (фиалка, бегония), корня (малина, слива, вишня). У некоторых растений для размножения используются видоизмененные побеги: луковицы (лук, чеснок, тюльпан, нарцисс), корневище (пырей, ландыш), усы (земляника), клубни (картофель), корневые клубни (георгин). Для размножения культурных растений человек применяет такие способы вегетативного размножения, как отводки и черенки, деление куста (смородина, крыжовник, малина). В садоводстве часто применяется прививка, когда хотят соединить ценные потребительские качества сорта прививаемого растения (привой) с неприхотливостью растения, на которое проводится прививка (подвой). Почкование среди многоклеточных наиболее характерно для двухслойных животных — кишечнополостных. У гидры, например, двухслойная стенка тела образует вырост (почку), на верхушке которого прорывается ротовое отверстие и образуется щупальца. Затем дочерняя особь отделяется, прикрепляется к субстрату, растет и становится самостоятельным организмом (рис. 42). Почкование встречается у некоторых видов грибов, мхов, водорослей, а также у ряда видов червей. [Рисунок: цепочка стадий фрагментации тела планарии] Рис. 41. Фрагментация тела планарии как способ бесполого размножения многоклеточных [Рисунок: цепочка стадий почкования гидры] Рис. 42. Почкование гидры как способ бесполого размножения многоклеточных
[Рисунок 45: яйцеклетка; подписи «Цитоплазма», «Ядро»] ток и чаще всего имеет сферическую форму (рис. 45). Рис. 45. Строение яйцеклетки очень больших размеров достигают яйцеклетки животных, эмбриональное развитие которых происходит вне тела матери (яйца птиц и рептилий, икра амфибий и рыб). Они имеют очень большой запас желтка. Особенности образования половых клеток у животных. Процесс образования и развития половых клеток у животных протекает в специальных половых железах — гонадах. Однако у кишечнополостных половые железы отсутствуют, и половые клетки образуются из резервных соматических клеток. Сперматозоиды и яйцеклетки обычно формируются соответственно в семенниках и яичниках. У многих животных они, кроме того, образуются и в особых органах, называемых гермафродитными. Встречаются виды, у которых один и тот же организм может образовывать как мужские, так и женские половые клетки. Такие организмы называются гермафродитами. Гермафродитизм наблюдается у многих видов моллюсков, плоских и кольчатых червей, но практически не встречается у хордовых животных. Процесс образования половых клеток у животных включает ряд сложных преобразований исходных материнских клеток-предшественников. Мужские половые клетки образуются в мужских половых железах — семенниках. Семенники млекопитающих животных состоят из извитых семенных канальцев. В стенках канальцев клетки находятся на разных стадиях развития и формируют зоны: размножения, роста, созревания и формирования (рис. 46). Процесс образования мужских половых клеток начинается в период полового созревания и продолжается в течение всей жизни. [Рисунок 46: схема стенки семенного канальца с цифрами 1–5] Рис. 46. Схема строения стенки семенного канальца: 1 — зона размножения; 2 — зона роста; 3 — зона созревания; 4 — зона формирования; 5 — сперматозоиды Он включает четыре периода: размножение, рост, созревание и формирование. Каждый период протекает в определенной зоне стенки семенного канальца и характеризуется специфическими процессами образования определенного типа клеток. В период размножения материнские клетки-предшественники многократно делятся без стадии роста между делениями. Образуется большое количество мелких клеток, идентичных материнским. Они перемещаются в зону роста, где увеличиваются в размерах за счет накопления цитоплазмы. Далее они перемещаются в зону созревания, где претерпевают два деления с уменьшением вдвое числа хромосом. В зоне формирования у каждой клетки появляется головка, шейка и жгутик, и она превращается в сперматозоид. Таким образом, из каждой материнской клетки-предшественницы образуется 4 сперматозоида. У мужчин сперматозоиды образуются непрерывно — примерно 125 млн ежедневно — и теоретически постоянно способны к оплодотворению. Развитие женских половых клеток — яйцеклеток — начинается в женских половых железах — яичниках, а созревание яйцеклеток происходит в маточной трубе. Процесс образования яйцеклеток включает три периода: размножение, рост и созревание, в ходе которых протекают процессы, сходные с периодами образования сперматозоидов. Период размножения материнских клеток-предшественниц у женщины начинается еще во время внутриутробного развития и заканчивается к моменту рождения. Количество яйцеклеток, образующихся у женщины в течение жизни, индивидуально и колеблется в пределах 400—500. Особенность процесса образования яйцеклеток по сравнению с образованием сперматозоидов состоит в том, что у женщин он прекращается после наступления менопаузы (климакса) — угасания гормональной функции яичников. ■ Повторим главное. Половой процесс обеспечивает обмен наследственным материалом между особями и создает условия для возникновения разнообразия наследственной информации. Формами полового процесса являются конъюгация и копуляция. При половом размножении половой процесс протекает в форме копуляции. У животных мужские половые клетки — сперматозоиды — образуются в семенниках. Процесс их образования протекает в семенных канальцах и включает периоды размножения, роста, созревания и формирования. Женские половые клетки — яйцеклетки — образуются в яичниках. В процессе их образования отсутствует период формирования. ? Проверим знания Ключевые вопросы. 1. Дайте определение понятий «половой процесс» и «половое размножение». 2. Какие формы полового процесса известны? Чем они отличаются друг от друга? Сложные вопросы. 1. Сравните процессы образования яйцеклеток и сперматозоидов. Используя дополнительные источники информации, установите, в чем их существенные отличия. 2. Почему у мужчин способность к образованию половых клеток сохраняется до конца жизни, а у женщин — только до наступления менопаузы? Дайте аргументированный ответ. § 31. Осеменение и оплодотворение у животных. Способы полового размножения у животных ■ Вспомните, какие формы полового процесса существуют в природе. Что такое копуляция? Как происходит образование половых клеток у животных? ■ Как вы думаете? Какие требуются условия, чтобы произошел процесс оплодотворения? Возможно ли половое размножение без оплодотворения? ■ Вы узнаете, что в зависимости от способа оплодотворения оплодотворение может быть внешним или внутренним, что половое размножение может происходить как с оплодотворением, так и без него. Осеменение и оплодотворение у животных. Как известно, половое размножение у животных сопровождается половым процессом в форме копуляции. При этом слияние яйцеклетки и сперматозоида с образованием зиготы называется оплодотворением. Сближение мужской и женской половых клеток перед оплодотворением называется осеменением. Процесс осеменения обусловлен совокупностью факторов, повышающих вероятность встречи половых клеток. К ним относятся: половая активность самцов и самок, [неразборчиво] продукция сперматозоидов, крупные размеры яйцеклеток, выделение половыми клетками специфических веществ, способствующих их сближению, половое поведение. ▶ Это интересно. Самцы древних лягушек, надув головные мешки, поют хором, чтобы привлечь самок. Самцы сверчков, саранчи, кузнечиков для привлечения самки издают стрекотание за счет трения одной части тела о другую. Самцы комаров в период спаривания привлекают самок характерным писком, который издают крылышками. Самцы обыкновенных тритонов в брачный период украшены спинным гребнем и похожи на маленьких дракончиков. Самец воротничкового рогача привлекает самок при помощи звуков, напоминающих барабанную дробь, которые он издает, стоя на пне и стуча крыльями.
В зависимости от того, где происходит процесс осеменения — в водной среде или половых путях самки, различают два способа оплодотворения: внешнее и внутреннее. Отличительные особенности этих способов представлены в таблице 17. Таблица 17. Сравнительная характеристика внешнего и внутреннего способов оплодотворения у животных [Таблица из двух столбцов: «Внешнее оплодотворение» и «Внутреннее оплодотворение»] Не требуется встреча половых партнеров | Необходима встреча самца и самки Необходимо большое количество половых клеток обоих типов | Не требуется большого числа женских половых клеток Копулятивные органы отсутствуют | Имеются копулятивные органы Мужские и женские половые клетки выделяются в окружающую среду | Мужские половые клетки вводятся в половые пути самки, где находятся женские половые клетки Оплодотворение происходит в водной среде | Оплодотворение происходит в половых путях самки Внешнее оплодотворение встречается у водных животных: многощетинковых червей, двустворчатых моллюсков, костных рыб, земноводных. Преимущество внешнего оплодотворения заключается в том, что оно приводит к образованию многочисленного потомства. Однако недостатком его является наличие экологических опасностей, значительно снижающих вероятность выживания потомства. Как известно, животные с внешним оплодотворением обычно не заботятся о своем потомстве. Внутреннее оплодотворение характерно для наземных животных: плоских и круглых червей, брюхоногих моллюсков, паукообразных, насекомых, пресмыкающихся, птиц и млекопитающих. При внутреннем оплодотворении у птиц и пресмыкающихся оплодотворенные яйца покрыты защитной оболочкой, устойчивой к потере воды и повреждениям. У млекопитающих эмбрионы развиваются в теле матери и от нее получают все необходимое для процессов жизнедеятельности. Кроме того, большинство птиц и млекопитающих заботятся о своих детенышах и после рождения, что значительно повышает выживаемость потомства. Независимо от способа осеменения оплодотворение включает три этапа: 1) проникновение ядра сперматозоида в яйцеклетку; 2) слияние [Рисунок 47: четыре последовательные стадии проникновения сперматозоида в яйцеклетку] Рис. 47. Этапы проникновения сперматозоида в яйцеклетку ядер сперматозоида и яйцеклетки с образованием ядра зиготы; 3) активация зиготы к дроблению и дальнейшему развитию. Установлено, что оболочка сперматозоида имеет специфические рецепторы, которые узнают химические вещества, выделяемые яйцеклеткой. Поэтому сперматозоиды способны к направленному движению к яйцеклетке. Неоплодотворенная яйцеклетка покрыта несколькими защитными оболочками, предохраняющими ее от неблагоприятных условий. При достижении сперматозоидом яйцеклетки в месте их контакта происходит растворение оболочек яйцеклетки, и сперматозоид проникает в яйцеклетку (рис. 47). После того как ядро сперматозоида проникает в яйцеклетку, под влиянием специфических ферментов происходит образование оболочки оплодотворения. Она препятствует доступу других сперматозоидов. Это обеспечивает слияние с яйцеклеткой только одного сперматозоида. Ядро сперматозоида продвигается к ядру яйцеклетки, набухает и сливается с ним — происходит процесс оплодотворения. В результате слияния ядер образуется оплодотворенная яйцеклетка — зигота. Активация зиготы происходит закономерно: в ней изменяется интенсивность обмена веществ, повышается потребность в кислороде, начинается активный синтез питательных веществ. Клетка готовится к делению. Способы полового размножения у животных. Половое размножение у животных может происходить двумя способами:
- с оплодотворением (яйцеклетка сливается со сперматозоидом с образованием зиготы, из которой развивается новый организм);
- без оплодотворения (новая особь развивается из неоплодотворенной яйцеклетки). Способ полового размножения, когда взрослая особь развивается из неоплодотворенной яйцеклетки, называется партеногенезом. Хотя партеногенетическое размножение не сопровождается слиянием мужских и женских половых клеток, партеногенез все же считается половым размножением. Ведь организм в этом случае развивается из гаметы, а не из соматической клетки, как при бесполом размножении. Полагают, что партеногенез возник в процессе эволюции раздельнополых форм. Он может наблюдаться как при благоприятных условиях, так и при неблагоприятных. Например, у пчел, дафний летом развиваются самки, а осенью, когда условия среды ухудшаются, из неоплодотворенных яиц развиваются самцы. У пчел, клещей, муравьев и наездников (паразитических ос) партеногенетически появляются только самцы. У позвоночных партеногенез встречается редко (не более чем у 0,1 % всех видов). Например, существует несколько видов ящериц, которые в естественных условиях размножаются партеногенезом (скальные ящерицы, комодские вараны). Партеногенетические популяции также найдены и у некоторых видов рыб, земноводных, птиц (в том числе у нескольких пород кур и индеек). Среди млекопитающих случаи партеногенеза не известны. Партеногенез можно вызвать экспериментально воздействием разных раздражителей на неоплодотворенную яйцеклетку, в норме способную к оплодотворению. Применяя механическую или химическую стимуляцию неоплодотворенных яиц различными агентами, можно стимулировать образование оболочек оплодотворения, после чего происходит полноценное развитие. Такое развитие получило название искусственного партеногенеза. ▶ Это интересно. Русский зоолог А. А. Тихомиров установил, что неоплодотворенные яйца тутового шелкопряда начинают развиваться при изменении температуры, при механическом воздействии путем [неразборчиво] и щеточкой, и из них выводятся гусеницы. На основе этих исследований советский ученый Б. Л. Астауров разработал промышленный способ получения тутового шелкопряда из неоплодотворенных яиц, который широко применяется в народном хозяйстве. ■ Повторим главное. Половое размножение у животных происходит с участием половых клеток — сперматозоидов и яйцеклеток. Процесс сближения половых клеток называется осеменением, которое может происходить в водной среде или в половых путях самки. В связи с этим выделяют два типа оплодотворения: внешнее и внутреннее. При внутреннем оплодотворении вероятность выживания потомства выше, чем при внешнем. Особой формой полового процесса является партеногенез — размножение без оплодотворения.
[Рисунок 43: 1 — папоротник со спорангиями на листьях; 2 — кукушкин лен со спороносной коробочкой; 3 — спороносный гриб] Рис. 43. Спорообразование у папоротника (1), мха кукушкина льна (2) и спороносного гриба (3) как способ бесполого размножения многоклеточных организмов Спорообразование наблюдается у водорослей, грибов, мхов, хвощей, плаунов, папоротников (рис. 43). У растений и некоторых видов грибов (мукор) споры образуются в специальных органах (спорангиях). У большинства грибов и водорослей нет спорангиев и споры образуются открытым способом. ■ Повторим главное. Размножение организмов в природе обеспечивает преемственность поколений и сохранение видов. Выделяют два типа размножения — бесполое и половое. У одноклеточных бесполое размножение может осуществляться делением клетки надвое, почкованием и спорообразованием. Многоклеточные организмы, обладающие способностью к регенерации, могут размножаться фрагментацией и вегетативным способом. У некоторых видов грибов, водорослей, мхов и ряда видов животных наблюдается почкование. Спообразование у многоклеточных может осуществляться как открытым способом, так и в спорангиях. ? Проверим знания Ключевые вопросы. 1. Какие типы размножения известны в природе? 2. В чем состоит преимущество и недостаток бесполого размножения по сравнению с половым? Назовите способы бесполого размножения. 3. В чем заключаются преимущество и недостаток полового размножения? Сложные вопросы. 1. Установите соответствие между одноклеточными организмами и способами их бесполого размножения. Организмы: дрожжи, кишечная палочка, амеба обыкновенная, хлорелла, хламидомонада. Способы бесполого размножения: деление клетки, спорообразование, почкование. 2. Составьте пары «способ бесполого размножения у многоклеточных организмов — организм». Способы бесполого размножения: спорообразование, почкование, фрагментация, вегетативное размножение. Организмы: дождевой червь, пеницилл, пырей, гидра, фиалка, папоротник, гриб, георгин. 3. Какой из способов размножения организмов (вегетативное, бесполое, половое) возник позже в процессе развития органического мира? Дайте аргументированный ответ с использованием дополнительной информации. § 30. Понятие полового размножения и полового процесса ■ Вспомните, по каким особенностям можно отличить половое размножение от бесполого. ■ Как вы думаете? Чем отличаются понятия «половое размножение» и «половой процесс»? Есть ли различия в процессах образования мужских и женских половых клеток у млекопитающих? ■ Вы узнаете о сути понятий «половое размножение» и «половой процесс», как протекают процессы образования мужских и женских половых клеток у млекопитающих, что у них общего и в чем различия. Понятие полового размножения и полового процесса. Как вы уже знаете из предыдущего параграфа, половое размножение протекает с участием половых клеток (гамет). Оно обеспечивает наследственное разнообразие потомства и повышает его приспособляемость к условиям среды обитания. Половой процесс — биологическое явление, приводящее к обмену наследственным материалом между особями одного вида или его объединению, что создает условия для возникновения разнообразия наследственной информации. Половой процесс представляет собой начало полового размножения, происходящего с участием гамет. Но эти два явления нельзя отождествлять, так как половой процесс не всегда приводит к увеличению числа особей. Иногда половой процесс отождествляют с оплодотворением, то есть слиянием женской и мужской гамет. Это тоже делать нельзя, поскольку половой процесс может протекать и без участия гамет (водоросли, инфузории). Формами полового процесса являются конъюгация и копуляция. Конъюгация — особая форма полового процесса, при которой происходит контакт одноклеточных организмов или соматических клеток многоклеточных организмов с образованием цитоплазматических мостиков для перехода ядер или всего содержимого клеток. Конъюгация у одноклеточных организмов (инфузории) несколько отличается от таковой у многоклеточных водорослей (спирогира). У инфузорий (инфузория туфелька) во время конъюгации две особи вступают в контакт и по цитоплазматическому мостику обмениваются подвижными малыми ядрами. Большие ядра у них погибают и в половом процессе не участвуют. При этом не происходит увеличения числа особей, но обеспечивается перекомбинация наследственного материала. У водорослей (спирогира) через цитоплазматический мостик происходит направленный перенос всего содержимого из одной вегетативной клетки в другую. В результате образуется крупная клетка, которая делится на две дочерние клетки, дающие начало двум новым особям. При этом количество особей увеличивается, так как в конъюгации могут участвовать многие клетки многоклеточных нитей водоросли. Копуляция (слияние) — форма полового процесса, при которой у многоклеточных и одноклеточных организмов две различающиеся по полу клетки (гаметы) сливаются и образуют зиготу, содержащую одно ядро с новым набором наследственного материала. Из зиготы развивается новый организм. Со строением мужских и женских половых клеток человека вы познакомились в курсе биологии 9-го класса. Известно, что главным отличием половых клеток от соматических является наличие [неразборчиво] набора хромосом у каждого из родителей. Мужские половые клетки — сперматозоиды — мелкие, подвижные клетки, которые перемещаются с помощью одного или нескольких жгутиков. Форма мужских половых клеток у разных видов животных различна. Для позвоночных животных наиболее типичны сперматозоиды, имеющие головку, шейку и длинный жгутик для активного передвижения (рис. 44). Именно такое строение имеют сперматозоиды человека. [Рисунок 44: схема сперматозоида; подписи «Головка», «Шейка», «Жгутик»] Рис. 44. Строение сперматозоида Женская половая клетка — яйцеклетка — крупная, неподвижная клетка, которая содержит запас питательных веществ (желток). Яйцеклетка обычно значительно крупнее соматических клеток
Кратко
Все три параграфа — одна цепочка: как организмы размножаются → чем половое отличается от бесполого и что такое половой процесс → как гаметы встречаются и что получается.
Конспект 1. § 29. Типы размножения. Бесполое размножение
Размножение — способность организмов воспроизводить себе подобных. Обеспечивает непрерывность жизни, преемственность наследственной информации и длительное существование вида.
В соматических клетках — двойной набор хромосом (одна от отца, одна от матери), в гаметах — одинарный.
Бесполое и половое:
| Бесполое | Половое | |
|---|---|---|
| Основа | деление клеток с сохранением двойного набора (кроме спорообразования у растений) | деление с образованием гамет |
| Особей | одна | как правило, две |
| Потомство | копии материнского (кроме спор у растений) | не копии |
| Плюс | быстрое увеличение численности, сохранение чистоты вида | разнообразие → приспособляемость и возможность эволюции |
| Минус | нет разнообразия — вид обречён при изменении среды | медленный рост численности, возможны неудачные комбинации хромосом |
Способы бесполого размножения
- Одноклеточные: 1) деление надвое (бактерии, амёба, инфузория, эвглена); 2) почкование (дрожжи); 3) спорообразование (хлорелла — до 64 спор, хламидомонада — зооспоры).
- Многоклеточные: 1) фрагментация (плоские и кольчатые черви, морские звёзды) — на основе регенерации; 2) вегетативное (стебель, лист, корень, видоизменённые побеги: луковица, клубень, корневище, усы; отводки, черенки, прививка — привой и подвой); 3) почкование (гидра); 4) спорообразование (мхи, хвощи, плауны, папоротники — в спорангиях; многие грибы и водоросли — открыто).
Споры — специализированные клетки для размножения, расселения и переживания неблагоприятных условий. У бактерий споры в размножении не участвуют — только переживание.
Конспект 2. § 30. Половое размножение и половой процесс
- Половое размножение — с участием гамет; даёт наследственное разнообразие потомства.
- Половой процесс — обмен наследственным материалом между особями (или их объединение). Не всегда ведёт к увеличению числа особей.
- Отождествлять нельзя: половой процесс ≠ оплодотворение (может идти без гамет), половой процесс ≠ половое размножение.
- Формы: конъюгация (инфузория-туфелька, спирогира — обмен материалом; у инфузорий число особей не растёт) и копуляция (слияние гамет → зигота).
Гаметы: сперматозоид — мелкий, подвижный (головка, шейка, жгутик); яйцеклетка — крупная, неподвижная, с запасом желтка.
Образование гамет у животных (гонады: семенники и яичники):
- сперматогенез — 4 периода: размножение, рост, созревание, формирование → из одной материнской клетки 4 сперматозоида; идёт постоянно (≈125 млн в сутки);
- овогенез — 3 периода, без периода формирования; запас 400–500 яйцеклеток, созревание прекращается с менопаузой.
Гермафродиты — образуют и мужские, и женские гаметы (моллюски, плоские и кольчатые черви).
Конспект 3. § 31. Осеменение и оплодотворение у животных
- Осеменение — сближение мужской и женской половых клеток.
- Оплодотворение — слияние яйцеклетки и сперматозоида → зигота.
- Три этапа: 1) проникновение сперматозоида в яйцеклетку; 2) слияние ядер → ядро зиготы; 3) активация зиготы к дроблению.
- Оболочка сперматозоида имеет рецепторы к веществам яйцеклетки, поэтому он движется направленно. После проникновения первого сперматозоида образуется оболочка оплодотворения — доступ другим закрыт.
Внешнее и внутреннее оплодотворение (табл. 17):
- внешнее — в воде, встреча партнёров не нужна, копулятивных органов нет, нужно много гамет → много потомства, но большая гибель (многощетинковые черви, двустворчатые моллюски, костные рыбы, земноводные);
- внутреннее — в половых путях самки, нужна встреча, есть копулятивные органы, меньше гамет → выше выживаемость, есть забота о потомстве (плоские и круглые черви, брюхоногие моллюски, паукообразные, насекомые, пресмыкающиеся, птицы, млекопитающие).
Партеногенез — развитие из неоплодотворённой яйцеклетки; всё равно половое размножение, т.к. особь из гаметы, а не из соматической клетки. Пчёлы, дафнии, тли, муравьи, наездники (только самцы), некоторые ящерицы, рыбы, птицы. Б. Л. Астауров разработал промышленный способ получения тутового шелкопряда (искусственный партеногенез).
Как проверить себя
- Потомство — точная копия матери → бесполое.
- В основе — слияние гамет → половое.
- Особь развилась из яйцеклетки без оплодотворения → партеногенез.
- Обмен наследственным материалом без увеличения числа особей → конъюгация.