Самовідтворення живих організмів
Які способи самовідтворення живих організмів? У чому полягають переваги статевого розмноження перед безстатевим? Які форми безстатевого і статевого розмноження існують? Як формуються гамети? Як чергуються покоління в життєвих циклах?
Урок-лекція
Процеси самоорганізації в біологічних системах являють собою розвиток будь-якого організму як відкритої нерівноважної системи, його життєвий цикл. У ході такого розвитку можуть змінюватися не тільки різні стадії (личинки і дорослі особини), але і різні покоління (безстатеве і статеве). Розглянемо різноманіття цих процесів і біологічні механізми, що лежать в їх основі.
Самовідтворення живих організмів ЯК ПРОЦЕС САМООРГАНІЗАЦІЇ. Здатність відтворювати собі подібних (розмноження) – одне з головних властивостей живих організмів. Воно забезпечується завдяки реплікації ДНК, що дозволяє дублювати генетичну інформацію. Розмноження ж організмів, як таке, може бути безстатевим і статевим При безстатевому розмноженні нова особина утворюється з однієї клітини або групи клітин материнського організму. При статевому розмноженні нова особина розвивається з зиготи – клітини, яка утворюється при злитті двох спеціалізованих статевих клітин. Вони носять назву гамет і продукуються батьківськими особинами. Оскільки при формуванні зиготи зливаються і ядра гамет, то число хромосом відповідно подвоюється. У ході розвитку статевих клітин має місце близький митозу процес – мейоз, який забезпечує зменшення (редукцію) числа хромосом в гаметах.
У соматичних клітинах вищих рослин і тварин кожна хромосома представлена у двох примірниках. Такі пари хромосом називають гомологічними. У ході мейозу утворюються гамети отримують по одинарному (гаплоидному) набору хромосом, а при злитті ядер двох гамет в зиготі подвійний (диплоїдний) набір хромосом відновлюється. Проте в кожній парі гомологічних хромосом у зиготі одна хромосома буде від одного батьківського організму, а інша – від іншого. Тому що розвивається з зиготи організм буде володіти новим поєднанням (комбінацій) різних ознак і властивостей, т. Е. Відрізнятися від своїх батьків. Це комбинативная форма спадкової мінливості.
Вона є істотним чинником еволюції, що забезпечує пристосування видів до мінливих умов середовища. У цьому, власне, і полягає сенс статевого розмноження і його перевага перед безстатевим розмноженням. Не дивно, що статеве розмноження виникло на ранніх етапах еволюції і служить домінуючою формою розмноження вищих багатоклітинних організмів.
Мейоз складається з двох наступних один за одним розподілів клітки (рис. 86). У інтерфазі I, попередньої першого поділу, як і в інтерфазі мітозу (§ 31), відбувається подвоєння хромосом, причому обидві копії залишаються тісно пов’язаними один з одним. У профазі I відбувається тісна змикання (кон’югація) гомологічних хромосом; при цьому можливий перехрест хромосом (кросинговер), коли гомологічні хромосоми обмінюються ділянками. У метафале I відбувається утворення метафазной пластинки. У анафазе I кожна пара гомологічних хромосом переміщається до різних полюсів клітини, услід за чим в телофазе I утворюється ядерна оболонка і ділиться цитоплазма. Потім слід нетривала интерфаза II, під час якої хромосоми вже не подвоюються. Друге мейотическое розподіл принципово не відрізняється від мітозу. Подвоєні ще в першій інтерфазі хромосоми вишиковуються в метафазну пластинку, і хромосоми кожної пари розходяться в анафазе II до різних полюсів. У результаті поділу цитоплазми в тіло фазі II утворюються дві клітини з гаплоїдний набором хромосом. Загальний підсумок двох поділів мейозу – чотири гаплоїдні клітини. Зауважимо, що мейоз (так само як і мітоз) може проходити і без розподілу цитоплазми клітини.
Безстатеве розмноження. Безстатеве розмноження характерно для всіх мікроорганізмів. У одноклітинних еукаріот воно здійснюється декількома способами, найчастіше завдяки поділу клітин надвоє (рис. 87).
У багатоклітинних організмів безстатеве розмноження найчастіше зустрічається у формі вегетативного розмноження і спороутворення. При вегетативному розмноженні нова особина утворюється з частини (групи клітин) материнського організму. У водоростей, грибів і безхребетних часто зустрічається брунькування, при якому нова особина з’являється на тілі материнської в результаті інтенсивного розмноження її соматичних клітин на певній ділянці тіла – зоні брунькування (рис. 88). Різноманітні форми вегетативного розмноження характерні і для вищих рослин: за допомогою бульб, повзучих пагонів, кореневищ, цибулин і т. П.
Всім видам рослинних організмів, грибам і багатьом найпростішим притаманне також і спорообразование. При цьому утворюються одноклітинні особини (спори), які залишають материнський організм, розсіюються в просторі і дають потім початок новому організму.
Статеве розмноження. Початковий етап формування статевого процесу (т. Е. Обміну генетичною інформацією) в ході еволюції – це кон’югація бактерій. Дві бактерії частково обмінюються генетичним матеріалом. Аналогічний процес (обмін гаплоїдними ядрами) спостерігають у інфузорій. Число особин в результаті такого статевого процесу не змінюється.
Пізніше у живих організмів з’явилися спеціальні статеві клітини (гамети), між якими і став здійснюватися процес повного злиття. У процесі еволюції статевого розмноження виникло поділ на чоловічі і жіночі особини, що виразилося в будові гамет: жіночі гамети стали великими і нерухомими (яйця чи яйцеклітини), а чоловічі – дрібними, забезпеченими джгутиками і рухливими (сперматозоїди).
Процес запліднення полягає в злитті чоловічих і жіночих гамет з утворенням зиготи. Розрізняють зовнішнє і внутрішнє запліднення. Перше характерно для багатьох водних організмів (наприклад, молюски, риби, водорості та ін.), Які виметивают статеві продукти назовні. і злиття чоловічих і жіночих гамет відбувається у водному середовищі. При внутрішньому заплідненні злиття гамет відбувається всередині жіночого організму. Воно характерне для мешканців суші (вищі рослини, комахи, хребетні тварини).
Чергування поколінь. Для багатьох організмів характерне поєднання різних способів розмноження протягом їхнього життя – статевого і одного або декількох варіантів безстатевого. Багато найпростіші за сприятливих умов інтенсивно розмножуються безстатевим шляхом (поділом), потім у них проходить статевий процес (наприклад, кон’югація у інфузорій), слідом за цим поновлюється безстатеве розмноження. Подібну картину спостерігають і у деяких багатоклітинних тварин. Наприклад, гідра влітку розмножується брунькуванням, а з настанням холодів у неї формуються статеві клітини, і відбувається запліднення (рис. 89, а, б). Із запліднених яєць на наступний рік розвиваються нові особини.
Для багатьох водоростей і всіх вищих рослин характерне чергування поколінь, при якому статеве покоління (гаметофіт) Гаплоидная, а безстатеве (спорофіт) диплоидно. З суперечки виростає гаплоїдний гаметофіт, який продукує гамети. Запліднена яйцеклітина дає початок диплоїдний спорофіта, при утворенні яким спор відбувається мейоз, і суперечки, таким чином, виявляються гаплоїдними. Цикл замикається.
В насінних рослин гаметофит вкрай редуцирован. У квіткових чоловічий гаметофіт представлений пилкових зерном, а жіночий зведений до зародкового мішка, який знаходиться всередині семяпочки, т. Е. Оточений з усіх боків тканиною спорофита.
Основними способами самовідтворення живих істот є безстатеве і статеве розмноження. При статевому розмноженні формуються гаплоїдні клітини (гамети). Чоловічі особини виробляють сперматозоїди, жіночі – яйця, або яйцеклітини. У процесі запліднення утворюється диплоидная зигота, в якій половина хромосом походить від одного батьківського організму, а половина – від іншого. У життєвих циклах багатьох живих істот спостерігають чергування статевого і безстатевого розмноження. Існування різних способів розмноження спрямоване на збереження біорізноманіття в екосистемах, т. Е. Біосфери в цілому.
У чому полягає сенс статевого розмноження? Чому в процесі еволюції він виявився домінуючим?
Наведіть приклади безстатевого розмноження у організмів різних систематичних груп.
Яке значення в житті виду має чергування поколінь в життєвому циклі?
(2 votes, average: 2.50 out of 5)