Важное свойство всех организмов - размножение, обеспечивающее поддержание жизни.

Размножение, осуществляемое без участия половых клеток, называется бесполым размножением.

Бесполое размножение

Бесполое размножение характеризуется тем, что дочерние клетки по содержанию наследственной информации, морфологическим, анатомическим и физиологическим особенностям полностью идентичны родительским. Бесполое размножение осуществляется с помощью отдельных (бесполых) клеток (различные способы деления, спорообразование), из которых образуются дочерние клетки или развиваются многоклеточные организмы.

Вегетативное размножение обеспечивается отделением от материнского многоклеточного организма многоклеточных участков (корня, листа, побега, черенка, отводка, а также видоизмененного подземного побега - клубня, луковицы, корневища у растений и участков тела, «почек» — У животных).

Биологическое значение бесполого и вегетативного размножения в том, что за короткий период можно значительно увеличить численность вида.

Половое размножение

Половое размножение характеризуется обменом генетической информации между женскими и мужскими особями через особые гаплоидные половые клетки — гаметы.

Гаметогенез - процесс образования гамет.

Половое размножение существует почти у всех растений и животных. Созревшие высокоспециализированные половые клетки — гаметы: женские - яйцеклетки, мужские - сперматозоиды - при слиянии образуют зиготу, из которой развивается новый дочерний организм. По достижении половой зрелости новый организм в свою очередь производит гаметы, дающие начало следующим потомкам. Так осуществляется преемственность поколений.

Гаметы формируются, из диплоидных клеток путем специального типа клеточного деления - мейоза.

Процесс мейоза состоит из двух последовательных делений - мейоза и мейоза.

Главная особенность мейоза заключается в уменьшении числа хромосом в 2 раза.

Сравнивая митоз и мейоз» можно отметить следующее их сходство и отличие:

В процессе формирования половых клеток у животных уменьшение числа хромосом происходит на последнем этапе овогенеза и сперматогенеза (образования женских и мужских половых клеток).

Сливаясь, гаметы образуют зиготу (оплодотворенную яйцеклетку), которая несет задатки обоих родителей, благодаря чему резко увеличивается наследственная изменчивость потомков. В этом заключается преимущество полового размножения над бесполым.

Разновидности размножения

Разновидностью полового размножения являются партеногенез (от лат. «партенос» - девственница + гр. «генезис» - рождение), при котором развитие нового организма происходит из неоплодотворенной яйцеклетки (у пчел). Конъюгация - две особи сближаются и обмениваются наследственным материалом (инфузория).

Копуляция - слияние в одну двух равных по размерам клеток (колониальные жгутиковые и др.)

У высших растений мейоз осуществляется не при формировании гамет, а на более раннем этапе развития - при образовании спор (у покрытосеменных - при образовании пыльцы и зародышевого мешка).

Для покрытосеменных растений характер процесс двойного оплодотворения, открытый С. Г. Навашиным в 1898 г.

Особенность оплодотворения у цветковых растений в отличие от животных состоит в том, что в нем участвует не один, а два спермин, в связи с чем оно получило название двойного оплодотворения. Сущность его заключается в том, что один сперматозоид сливается с яйцеклеткой, а второй - с центральной диплоидной клеткой, из которой дальше развивается эндосперм.

В природе широко распространено размножение с чередованием полового и бесполого поколений у растений и некоторых животных (кишечнополостные). Этот тип размножения подробно описан в первой части пособия.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«УЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

О.В. Столбовская, Н.А. Курносова, Е.П. Дрождина, С.М. Слесарев, Е.В.Слесарева

Биология Размножения и развитие

Часть 1 детерминация пола

Учебное пособие

УДК 57.017.64 (075.8)

ББК 28.073.8 я73+28.03 я73

Печатается по решению Ученого совета

Института медицины, экологии и физической культуры

Ульяновского государственного университета

Рецензенты:

Доктор медицинских наук,

заведующая кафедрой анатомии

Института медицины, экологии и физической культуры

Ульяновского государственного университета;

Пособие содержит в концентрированном виде основной теоретический материал, подобранный соответственно программным вопросам. Проанализирован и систематизирован большой объем информации по основным темам раздела «Размножение и развитие». В пособии отражено относительно небольшое количество фундаментальных тем, имеющих исключительно важное значение для познания живой природы. Одна из основных задач пособия - изложение материала в лаконичной и достаточно простой для понимания форме.

Пособие предназначено для студентов бакалавров по «Биология», изучающих дисциплину «Биология размножения и развитие».

Размножение как свойство живых организмов

Способность к размножению является неотъемлимым свойством живых существ и заключается в способности живого организма воспроизводить себе подобных. С его помощью сохраняются во времени биологические виды и жизнь как таковая. В процессе биологического размножения наряду со сменой поколений и поддержанием видовой изменчивости решаются задачи увеличения численности числа особей, сохранения структурно-физиологической организации, передача генетического материала в ряду поколений.

Размножение живых организмов осуществляется двумя способами в зависимости от их эволюционного положения: бесполым и половым.

При бесполом размножении начало новому организму дает одна родительская особь. При этом потомки являются точными генетическими копиями родительского организма. Потомки одной родительской особи обычно называют клоном. В основе бесполого размножения лежит клеточное деление - митоз. Биологическое значение бесполого размножения заключается в: быстром увеличении количества потомства; сохранении генетической стабильности вида; сохранению приспособляемости вида к постоянным условиям среды.

Половое размножение наблюдается у многоклеточных организмов, в составе которых имеется два типа клеток: соматические и половые. При половом размножении начало новому организму дают две родительские особи: мужская и женская. Потомки генетически отличны от родителей за счет явлений кроссинговера, независимого расхождения гомологичных хромосом в анафазу I, хроматид в анафазу II мейоза, и явления случайного оплодотворения.

Биологическая роль полового размножения заключается в: увеличении генетического разнообразия потомства, которое повышает выживаемость в изменяющихся условиях среды и способствует успеху эволюции вида в целом.

Половая дифференцировка

Пол – это совокупность морфологических, физиологических, биохимических и других признаков организма, обуславливающих репродукцию. Признаки пола присущи всем живым организмам. Половая дифференцировка представляет собой последовательный процесс, который начинается при оплодотворении с установлением хромосомного пола, продолжается детерминацией гонадного пола и завершается развитием вторичных половых признаков, включающих мужской и женский фенотипы.

Хромосомный пол эмбриона генетически соответствует его фенотипическому полу. Однако, если половая дифференцировка идет неправильно, то возникают индивидуумы с аномальной половой дифференцировкой. Клинически выявляемые нарушения полового развития происходят на многих уровнях, варьируя от относительно обычных нарушений конечных стадий мужской дифференцировки (например, опускания яичек, роста пениса) до фундаментальных аномалий, которые ведут к варьирующей по степени неопределенности фенотипического пола. Большинство этих аномалий нарушает репродукцию, но обычно не угрожают жизни.

Пол характеризуется первичными и вторичными признаками:

первичные половые признаки представлены органами, которые принимают непосредственное участие в процессах воспроизведения и формируются в период эмбриогенеза;

вторичные половые признаки не принимают непосредственного участия в репродукции, но способствуют встрече особей разного пола. Они зависят от первичных половых признаков, развиваются под воздействием половых гормонов и появляются в период полового созревания (у человека в 12-15 лет).

Пол обуславливает развитие соматических признаков особей, которые подразделяются на три категории:

Ограниченные полом;

Контролируемые полом;

Сцепленные с половыми хромосомами.

Развитие признаков, ограниченных полом, обусловлено генами, расположенными в аутосомах обоих полов, но проявляются у особей одного пола (яйценоскость у кур, молочность у коров).

Развитие признаков, контролируемых полом, обусловлено генами, расположенными также в аутосомах обоих полов, но степень и частота проявления разная у особей разного пола (облысение и нормальный рост волос у человека).

Развитие признаков, которые контролируются генами, расположенными в половых хромосомах называют гоносомным наследованием (сцепленным с половыми хромосомами).

Признаки, развитие которых детерминируют гены, расположенные в негомологичном участке Х-хромосомы, называют сцепленными с Х-хромосомой (с полом) (дальтонизм, гемофилия, и др.). Признаки, развитие которых детерминируется генами расположенными в негомологичном участке У-хромосомы называются голандрическими, и проявляются только у мужчин (ихтиоз, перепонки между пальцами ног, и др.).

МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛА

Пол у большинства животных и растений определяется генетически в момент оплодотворения. Решающей генетической детерминантой пола является наличие или отсутствие Y-хромосомы; нормальным женским фенотипом является 46, XX, а нормальным мужским фенотипом - 46, X Y(рис.1). Мейоз в половых клетках снижает их хромосомный набор до гаплоидного состояния, так, что ооциты имеют 23,X, а сперматозоиды – либо 23,X, либо 23,Y. Оплодотворение восстанавливает диплоидный набор хромосом и в зависимости от наличия или отсутствия Y-хромосомы определяет генетический пол как либо 46, XX (женский), либо 46, X Y(мужской).

Рис.1. Кариотипы мужчины и женщины

Важнейшая функция Y-хромосомы – детерминация пола. Анализ людей, чей фенотипический пол не коррелирует с генетическим полом привел к выявлению гена, названного SRY (определяющая пол область Y-хромосомы, от англ. S ex-determining R egion, Y -chromosome), который необходим и достаточен для детерминации мужского пола. Ген SRY кодирует предполагаемый транскрипционный регулятор, который, вероятно, включает каскад событий, приводящих к развитию семенников, а в дальнейшем к мужской половой дифференцировке. Y-хромосома содержит около 50 генов, которые оказывают влияние на развитие гонад, сперматогенез, рост скелета, и др.(рис 2).

Рис. 2. Схема У-хромосомы

Предполагают, что Y-хромосома возникла из исходного гомолога X-хромосомы. Области гомологии на ее концах, называемые псевдоаутосомными областями, позволяют ей конъюгировать во время мейоза с X-хромосомой. Между этими псевдоаутосомными областями лежат прерывистые участки гомологии X-Y, смешанные с областями, которые уникальны для Y-хромосомы. SRY, решающий посредник детерминации мужского пола, расположен на коротком плече Y-хромосомы внутри псевдоаутосомной области, в которой обычно происходит рекомбинация X-Y, SRY иногда переносится с Y- на X-хромосому либо к мужчинам 46, XX, либо к женщинам 46, X Y.

При изучении кариотипов многих животных установлено, что у женского организма парные половые Х-хромосомы, у мужского имеются непарные: одинаковая с женской Х-хромосомой, и меньшая, имеющаяся только у мужских организмов – У-хромосома.

Однако в природе встречаются отклонения от данного определения пола у живых организмов.

Определение пола зависит от числа и состава поло­вых хромосом. У водяного клопа Ргоtenor, у некоторых бабочек и червей, у самцов пол определяется одной Х-хромосомой (Х0), а у са­мок - двумя Х-хромосомами.

У птиц, некоторых бабочек, рыб, зем­новодных и цветковых растений гетерогаметным (т. е. с разными половыми хро­мосомами) полом является женский, и самки имеют набор половых хромосом ХУ или ХO, в то время как самцы - ХХ.

В некоторых случаях появление мужского или женского пола определяется не наследст­венными различиями, а влиянием условий сре­ды. Классическим примером служит морской червь Bonellia viridis. Самцы размером в не­сколько миллиметров живут в матке самки, где выполняют свою задачу - оплодотворяют яйцеклетки. Самец является типичным парази­том, живущим внутри тела самки, размер кото­рой примерно равен размеру сливы.

Личинки, развивающиеся после оплодотво­рения яйцеклеток, некоторое время ведут сво­бодный образ жизни, а затем прикрепляются к хоботу половозрелой самки либо оседают и прикрепляются ко дну. Личинки этих двух типов ничем друг от друга не отличаются. Личинки, прикрепившиеся к хоботу самки, развиваются в самцов. Они проникают в женские половые органы и живут там как па­разиты. Личинки, прикрепившиеся ко дну, ста­новятся самками.

Определение пола у пресмыкающихся регулируется изменением внешней тем­пературы.

Гинандроморфы, интерсексы, гермафродиты и другие половые отклонения

У дрозофилы и у других организмов изве­стны случаи гинандроморфизма, когда разные участки тела по своим признакам принадлежат разным полам (рис.3). Организм выглядит как мозаик, у которого одна часть мужская, а другая - женская. В данном случае зигота имеет две Х-хромосомы и должна бы развить­ся в самку. Она является гетерозиготой по расположенным в Х -хромосоме генам белоглазия и маленьких крыльев. Во время пер­вых делений дробления хромосома, утрачивается, и, если экватор митотического деления располагается по линии симметрии от головной до хвостовой части эм­бриона, одна половина тела мухи состоит из клеток только с одной Х-хромосомой, что соответствует генотипу самца. Другая сторона имеет две Х-хромосомы и раз­вивается в самку.

Рис. 3. Гинандоморф дрозофилы (правая часть тела – мужского типа, левая – женского).

Для непарного шелкопряда характерны резкие различия между самками и самцами. Скрещивание разных географичес­ких рас этой бабочки (европейских и японс­ких) привело к появлению форм, переходных по своим признакам между самцами и самками, т. е. к появлению интерсексуальности. Интер­сексы обнаружены и у дрозофилы.

От гинандроморфов интерсексы отличают­ся тем, что у них отсутствуют различно детер­минированные по полу сектора.

У интерсексов до определенного момента развития сохраняется генетически детермини­рованный пол, но затем развитие продолжа­ется в направлении противоположного пола.

В результате интерсексы отличаются от нор­мальных особей тем, что у них первичные и вторичные половые признаки носят промежу­точный характер, образуя непрерывный ряд переходов от нормального самца к нормальной самке (рис.4). Как описывал К. Бриджес, интерсексы у дрозофилы легко отличались от самцов и са­мок, были крупными мухами с грубыми ще­тинками, большими грубоватыми глазами и за­зубренными краями крыльев. Половые гребеш­ки (признак самца) присутствовали. Брюшко имело промежуточный характер между самцом и самкой. Наружные гениталии были сфор­мированы преимущественно по типу самок. Гонады были представлены рудиментарными яичниками. Присутствовали и сперматеки. Не­редко одна гонада была яичником, другая - семенником. Или же одна и та же гонада могла быть яичником с почкующимся на ней семенником.

Наряду с разнополостью у многих растений и у низших животных встречается гермафродитизм, когда мужской и женский пол совмещаются в одном организме.

Которое связано с такими процессами, как оплодотворение, деление и непосредственно размножение, воспроизведение себе подобных. Это понятие употребляется и в живописи, но тема статьи данного аспекта не касается.

Что такое репродукция в биологии: определение

Самовоспроизводство является одним из наиболее важных понятий в биологии. Процесс создания себе подобных обеспечивает дальнейшее существование видов. Репродукция, или размножение, часто рассматривается исключительно с точки зрения производства потомства у животных и растений. Это один из важных признаков всех живых организмов. На самом низком уровне это называется химической репликацией.

У одноклеточных организмов способность одной клетки к воспроизводству означает появление новой особи. В однако, это означает рост и регенерацию. Размножение происходит самыми разными способами, сопровождающимися участием сложной системы органов и работой специфических гормональных механизмов.

Уровни воспроизводства

Репродукция - это в которое означает размножение и воспроизводство себе подобных. Выделяют следующие уровни:

• молекулярное копирование;
• воспроизводство клеток;
• размножение организмов.

Остановимся на последнем подробнее.

Половое и бесполое размножение

Репродукция - это в биологии неотъемлемая часть существования всего живого на планете. У многоклеточных организмов различают бесполый и половой путь воспроизведения.

Вегетативное размножение может иметь большое разнообразие форм. Многие многоклеточные низшие растения выделяют бесполые споры, которые могут быть как мононуклеарными, так и многоядерными. Часто целые фрагменты вегетативной части организма могут воспроизводить новый организм, что встречается у большинства растений.

Во многих случаях бесполая репродукция осуществляется за счет корней и побегов. Иногда другие части растений имеют способность к самовоспроизводству, например, почки. Бесполое размножение также характерно для некоторых животных, в том числе - многочисленных видов беспозвоночных (губки, гидры, черви). Позвоночные потеряли способность к размножению вегетативно, их единственной формой организмического воспроизводства является половой путь.

Репродукция и естественный отбор

Значение биологического воспроизводства может быть объяснено исключительно за счет естественного отбора. При разработке своей теории Чарльз Дарвин пришел к выводу: для того, чтобы эволюционировать, живые организмы должны быть в состоянии не просто воспроизводить себя, но и подвергаться определенным изменениям. Таким образом, более успешные поколения будут вносить больший вклад в последующее развитие вида потомков. Кроме того, величина этих изменений и генетических трансформаций является особенно важной. Их не должно быть слишком мало или слишком много.

Примеры и способы репродукции в природе

Как выглядит репродукция в биологии? Примеры, как и способы, являются достаточно многочисленными. Половое размножение, которое предусматривает сочетание родительских генов, является способом получения нового индивидуального организма. Во время оплодотворения геномы сперматозоида и яйцеклетки объединяются, образуя зиготу, которая после многочисленных трансформаций становится эмбрионом. Такой вид репродукции широко распространен почти во всех группах многоклеточных организмов. Достаточно интересным с биологической точки зрения является опыление.

Репродукция - это в биологии признак, который присущ всем живым организмам. Размножение обеспечивает непрерывность и преемственность всего жизненного цикла. Способов размножения много, но существует два основных. Это половое и бесполое воспроизводство. Так как все организмы имеют клеточное строение, то и в основе всех форм и способов репродукции лежит деление клетки.

Размножение — свойство живых организмов воспроизводить себе подобных. Существуют два основных способа размножения — бесполое и половое.

Бесполое размножение осуществляется при участии лишь одной родительской особи и происходит без образования гамет. Дочернее поколение у одних видов возникает из одной или группы клеток материнского организма, у других видов — в специализированных органах. Различают следующие способы бесполого размножения : деление, почкование, фрагментация, полиэмбриония, споро-образование, вегетативное размножение.

Деление — способ бесполого размножения, характерный для одноклеточных организмов, при котором материнская особь делится на две или большее количество дочерних клеток. Можно выделить: а) простое бинарное деление (прокариоты), б) митотическое бинарное деление (простейшие, одноклеточные водоросли), в) множественное деление, или шизогонию (малярийный плазмодий, трипаносомы). Во время деления парамеции (1) микронуклеус делится митозом, макронуклеус — амитозом. Во время шизогонии (2) сперва многократно митозом делится ядро, затем каждое из дочерних ядер окружается цитоплазмой, и формируются несколько самостоятельных организмов.

Почкование — способ бесполого размножения, при котором новые особи образуются в виде выростов на теле родительской особи (3). Дочерние особи могут отделяться от материнской и переходить к самостоятельному образу жизни (гидра, дрожжи), могут остаться прикрепленными к ней, образуя в этом случае колонии (коралловые полипы).

Фрагментация (4) — способ бесполого размножения, при котором новые особи образуются из фрагментов (частей), на которые распадается материнская особь (кольчатые черви, морские звезды, спирогира, элодея). В основе фрагментации лежит способность организмов к регенерации.

Полиэмбриония — способ бесполого размножения, при котором новые особи образуются из фрагментов (частей), на которые распадается эмбрион (монозиготные близнецы).

Вегетативное размножение — способ бесполого размножения, при котором новые особи образуются или из частей вегетативного тела материнской особи, или из особых структур (корневище, клубень и др.), специально предназначенных для этой формы размножения. Вегетативное размножение характерно для многих групп растений, используется в садоводстве, огородничестве, селекции растений (искусственное вегетативное размножение).

Спорообразование (6) — размножение посредством спор. Споры — специализированные клетки, у большинства видов образуются в особых органах — спорангиях. У высших растений образованию спор предшествует мейоз.

Клонирование — комплекс методов, используемых человеком для получения генетически идентичных копий клеток или особей. Клон — совокупность клеток или особей, произошедших от общего предка путем бесполого размножения. В основе получения клона лежит митоз (у бактерий — простое деление).

Половое размножение осуществляется при участии двух родительских особей (мужской и женской), у которых в особых органах образуются специализированные клетки — гаметы . Процесс формирования гамет называется гаметогенезом, основным этапом гаметогенеза является мейоз. Дочернее поколение развивается из зиготы — клетки, образовавшейся в результате слияния мужской и женской гамет. Процесс слияния мужской и женской гамет называется оплодотворением . Обязательным следствием полового размножения является перекомбинация генетического материала у дочернего поколения.

В зависимости от особенностей строения гамет, можно выделить следующие формы полового размножения : изогамию, гетерогамию и овогамию.

Изогамия (1) — форма полового размножения, при которой гаметы (условно женские и условно мужские) являются подвижными и имеют одинаковые морфологию и размеры.

Гетерогамия (2) — форма полового размножения, при которой женские и мужские гаметы являются подвижными, но женские — крупнее мужских и менее подвижны.

Овогамия (3) — форма полового размножения, при которой женские гаметы неподвижные и более крупные, чем мужские гаметы. В этом случае женские гаметы называются яйцеклетками , мужские гаметы, если имеют жгутики, — сперматозоидами , если не имеют, — спермиями .

Овогамия характерна для большинства видов животных и растений. Изогамия и гетерогамия встречаются у некоторых примитивных организмов (водоросли). Кроме вышеперечисленных, у некоторых водорослей и грибов имеются формы размножения, при которых половые клетки не образуются: хологамия и конъюгация. При хологамии происходит слияние друг с другом одноклеточных гаплоидных организмов, которые в данном случае выступают в роли гамет. Образовавшаяся диплоидная зигота затем делится мейозом с образованием четырех гаплоидных организмов. При конъюгации (4) происходит слияние содержимого отдельных гаплоидных клеток нитевидных талломов. По специально образующимся каналам содержимое одной клетки перетекает в другую, образуется диплоидная зигота, которая обычно после периода покоя также делится мейозом.

Перейти к лекции №13 «Способы деления эукариотических клеток: митоз, мейоз, амитоз»

Перейти к лекции №15 «Половое размножение у покрытосеменных растений»

Главная » Литературный Клуб » Размножение организмов. Общая характеристика