Размножение — одно из фундаментальных свойств живого. способы и формы размножения организмов

§ 40. Особенности репродукции человека.

ЗАПОМНИТЕ
• Репродукция • Генетическая информация • Половые хромосомы • Наследственные заболевания

ПРОВЕРЬТЕ СЕБЯ (на стр.198)

1. Чем половые клетки человека отличаются от соматических клеток?
2. Что получает ребёнок от своих родителей в результате слияния их половых клеток?
3. Какое биологическое значение имеет то, что каждый формирующийся у нового организма признак кодируется не одним геном, а парой, полученной от обоих родителей?
4. Какие генетические отклонения могут привести к проявлению генетических заболеваний человека?

ПОДУМАЙТЕ!
Почему каждому человеку важно знать свою родословную?

МОЯ ЛАБОРАТОРИЯ

Мейоз. Мейоз — деление ядра эукариотической клетки с уменьшением числа хромосом в два раза. В процессе мейоза из диплоидных клеток, содержащих двойной набор хромосом (2n), образуются гаплоидные клетки, содержащие одинарный набор хромосом (n). Это необходимо для того, чтобы после осуществления полового процесса клетки дочернего организма имели генетический аппарат, свойственный особям данного вида.

После удвоения гомологичные хромосомы (от греч. homos — одинаковый) — парные хромосомы, одинаковые по форме, размерам и набору генов — тесно соединяются (скручиваются) друг с другом, или конъюгируют. При этом хроматиды перекрещиваются и обмениваются своими участками. Явление обмена участками гомологичных хромосом во время конъюгации получило название кроссинговер. После кроссинговера в дальнейшем расходятся уже изменённые хромосомы, т. е. хромосомы с другим сочетанием генов.

Во время первого деления мейоза к полюсам клетки расходятся не хроматиды, а гомологичные хромосомы. Таким образом, в результате первого деления мейоза образуются две клетки с уменьшенным вдвое числом хромосом. Такое деление называют редукционным.

Второе деление мейоза представляет собой типичный митоз, в ходе которого к полюсам клетки расходятся хроматиды. В результате второго деления образуются четыре клетки с одинарным (n) набором хромосом. После второго деления мейоза следует непосредственное формирование половых клеток (гамет).

Наследственные болезни человека. У людей, страдающих синдром Марфана, очень длинные и тонкие («паучьи») пальцы, вывих хрусталика глаза, пороки клапанов сердца, нарушение деятельности сосудов. Всё дело в гене, который контролирует развитие в организме соединительной ткани, и его мутация отрицательно сказывается на работе сразу многих систем организма человека. Типичным представителем людей, страдающих синдромом Марфана, был великий композитор и скрипач Н. Паганини.

Присутствие в клетках человека третьей 21-й хромосомы приводит к рождению ребёнка с синдромом Дауна. Такие дети рождаются в одном случае из 1 тысячи и характеризуются умственной отсталостью, маленьким ростом, пониженной устойчивостью к инфекционным заболеваниям.

Если в хромосомном наборе женщины отсутствует одна из X-хромосом, то развивается синдром Шерешевского-Тернера, при котором женщины страдают бесплодием, имеют маленький рост, короткую шею.

Наличие лишней Х-хромосомы у мужчин (XXY) приводит к синдрому Клайнфельтера, выражающемуся в бесплодии, гигантском росте, умственной отсталости, женском типе скелета. Генотип XXY возникает в том случае, если при образовании яйцеклеток в одну из них попадают две X-хромосомы и при оплодотворении такая яйцеклетка сливается со сперматозоидом, несущим Y-хромосому.

Помимо изменения числа хромосом, к тяжёлым последствиям приводят нарушения структуры хромосом. Например, при нарушении в 5-й паре хромосом у человека наблюдается синдром кошачьего крика, при котором изменяется строение гортани и голос имеет особый, мяукающий, тембр; кроме того, развивается слабоумие.

Внешнее и внутреннее оплодотворение

У животных возможно наружное или внутреннее оплодотворение. В первом случае мужские и женские гаметы попадают из организма во внешнюю среду. Например, самка выметывает, откладывает яйцеклетки (икру). Самец выделяет сперму. Слияние половых клеток происходит вне тела — в окружающей среде.

Рис. 6 Икра лягушки

Внешнее оплодотворение — характерная особенность примитивно устроенных водных животных. К ним относятся двустворчатые моллюски, большинство видов рыб, многие земноводные (Рис. 6).

Внутреннее оплодотворение отличается от внешнего тем, секрет половых желез самца попадает в половые органы самки, где происходит слияние гамет. Оплодотворенная яйцеклетка зачастую выводится наружу. Внутреннее оплодотворение — характерная черта наземных животных. Этот тип слияния половых клеток встречается у пресмыкающихся, птиц, млекопитающих. Такой способ характерен для некоторых водных насекомых.

Оплодотворенное яйцо развивается во внешней среде, как у насекомых, птиц, пресмыкающихся, В этом случае образуется защитная оболочка —  скорлупа. Самка откладывает яйца в безопасное место: складывает в гнездо, замаскированное в ветках, прикрепляет к растениям, в незаметных местах, зарывает в землю, песок.

Наружно-внутренний — промежуточный тип. Самка способна захватывать половые продукты, выделенные самцом и оставленные во внешней среде на каком-либо субстрате. Так происходит у ряда членистоногих, у хвостатых земноводных.

В протекании оплодотворения у растений и животных можно найти общие черты. Они доказывают единство живой природы. Каждый тип оплодотворения имеет преимущества и недостатки. При выделении половых клеток в окружающую среду, часто происходит их гибель. Этот тип оплодотворения — единственно возможный у животных, ведущих прикрепленный образ жизни.

Внутреннее оплодотворение обеспечивает сохранение большего числа гамет, их потери существенно уменьшаются. Животным необходимо тратить энергию на поиск полового партнера. Кроме того, появляется потомство, мало приспособленное к самостоятельной жизни. Требуется уход родителей.

Живые организмы начинают свою жизнь с одной клетки или части материнского организма. Размножение может быть бесполым или половым, в зависимости от вида участвующих клеток.

Биологическая роль оплодотворения заключается в восстановлении диплоидного набора хромосом при слиянии гаплоидных половых клеток, сочетании в новом организме наследственной информации и признаков двух родителей.

Смотри также:

• Разнообразие организмов: одноклеточные и многоклеточные; автотрофы, гетеротрофы, аэробы, анаэробы
• Онтогенез и присущие ему закономерности. 
• Эмбриональное и постэмбриональное развитие организмов. Причины нарушения развития организмов

Бесполое

Размножение считается бесполым, если в образовании нового организма не участвуют гаметы – половые клетки. Образовавшаяся особь практически неотличима от родительского организма.Выделяют несколько способов бесполого размножения:

• деление – образование из родительской клетки новых клеток (у эукариот митозом), характерно для одноклеточных организмов;
• спорообразование или споруляция – размножение специальными клетками (спорами), свойственно грибам и растениям;
• фрагментация или стробиляция – образование потомков из частей или сегментов родительской особи, характерно для водорослей, некоторых многоклеточных животных (кишечнополостные, черви, иглокожие);
• почкование – появление новой особи из выроста родительского организма, характерно для дрожжевых грибов, кишечнополостных, некоторых червей;
• вегетативное размножение – воспроизводство с помощью вегетативных органов (корней, листьев, стеблей, видоизменённых побегов), свойственно растениям.

Рис. 1. Стробиляция у медуз на стадии полипа.

Принципы репродукции

1. Принцип наследственности:

Репродукция позволяет передавать генетическую информацию от одного поколения к другому. Этот принцип обеспечивает сохранение особенностей организма и позволяет развиваться и совершенствоваться видам.

2. Принцип изменчивости:

Репродукция также позволяет возникать изменениям в генетическом материале. Мутации, рекомбинации и другие процессы могут приводить к появлению новых генетических вариантов, которые могут иметь преимущества в среде обитания.

3. Принцип разнообразия и адаптации:

Репродуктивные процессы обеспечивают разнообразие организмов в популяции. Изменчивость генетического материала и комбинация генов в процессе сексуального размножения позволяют видам адаптироваться к различным условиям окружающей среды.

4. Принцип саморазвития:

Репродуктивный процесс позволяет организму размножаться и продолжать свое существование. Различные формы репродукции (включая асексуальную) позволяют разным организмам обеспечить саморазвитие и сохранение своих генетических характеристик.

5. Принцип обновления популяции:

Репродукция играет важную роль в поддержании численности популяций. Путем размножения и передачи генетической информации популяции могут поддерживать свою численность во время естественной смертности и выборочного давления.

Эти принципы репродукции важны для понимания жизненных процессов и взаимодействия организмов в природе. Они помогают управлять размножительным поведением организмов и способствуют сохранению биологического разнообразия для будущих поколений.

Основные процессы

Биологическая репродукция представляет собой сложный процесс, включающий несколько основных этапов. Эти этапы включают в себя:

1. Оплодотворение Оплодотворение является ключевым этапом репродукции, при котором гаметы (сексуальные клетки) объединяются, образуя зиготу. При этом происходит передача наследственной информации от родителей к потомству.

2. Развитие После оплодотворения зигота начинает процесс развития, в результате которого образуется новый организм. Этот процесс может включать различные стадии, такие как деление, дифференцировка клеток, образование органов и систем органов.

3. Рост и питание После развития организма начинается его рост и потребление пищи для обеспечения энергии и материалов для поддержания жизнедеятельности. Для этого организм может использовать различные способы питания, такие как фотосинтез, гетеротрофное питание или пищевые цепи.

4. Размножение Размножение является процессом, позволяющим организмам производить потомство и обеспечивать сохранение своего вида. Оно может осуществляться различными способами, включая сексуальное и бесполое размножение.

5. Передача генетической информации Одной из главных функций биологической репродукции является передача генетической информации от одного поколения к другому. Это обеспечивает наследование определенных характеристик и особенностей от родителей к потомкам.

Основные процессы биологической репродукции являются важными для жизни организмов и обеспечивают сохранение и разнообразие живых существ на планете.

Ассемблирование гамет

В процессе ассемблирования гамет происходит специфическая клеточная дифференциация. У мужчин это называется сперматогенезом, а у женщин – оогенезом. Сперматогенез начинается в мужчине с подросткового периода и продолжается на протяжении всей жизни. Оогенез у женщин начинается до рождения и продолжается до наступления менопаузы.

В случае сперматогенеза, эпителиальные клетки семиниферовых трубочек гонады в процессе мейоза претерпевают это деление и формируют гаметы – спермию. По пути прохождения, спермия получает жизненно необходимые питательные и мотивационные факторы от гонадотропных гормонов и окружающей среды. Также спермии могут подвергаться процессам зреения и возрождения.

Сперматогенез проходит в тиреоидных железах, которые у мужчины располагаются в полостях грудной клетки. Эти железы содержат зародышевую жировую ткань, которая вырабатывает ингредиенты, стимулирующие развитие и рост гамет. Тиреоидные железы синтезируют специальные ферменты, способные помочь спермиогенезу, ускоряют обмен веществ и производят гормоны, стимулирующие репликацию ДНК и процессы дифференциации.

При оогенезе также происходит клеточная дифференциация: овогонии развиваются в ооциты и передвигаются к поверхности яичника, где они окончательно зреют. Каждый месяц одна из зреющих яйцеклеток выходит из яичника и направляется в матку. Этот процесс называется овуляцией и ведёт к возможности оплодотворения.

Важно отметить, что ассемблирование гамет необходимо для существования жизни на Земле. Этот процесс обеспечивает сохранение генетической информации и передачу ее на следующее поколение

Матинг

Особи разных полов, обычно самец и самка, обмениваются гаметами в процессе матинга. Гаметы – это репродуктивные клетки, такие как сперматозоиды и яйцеклетки, которые служат для передачи генетической информации от одного поколения к другому.

Матинг может быть разного типа в зависимости от видового разнообразия и стратегии размножения организмов. Некоторые организмы имеют половой диморфизм, когда особи разных полов отличаются внешними признаками, поведением или генетическими характеристиками. Такие различия помогают привлечь партнера для матинга и защиты генетической информации.

Во время матинга, самцы и самки проявляют разные стратегии по поиску и выбору партнера. Самцы часто конкурируют друг с другом за доступ к самкам, используя различные методы, такие как территориальность, дисплеи и соперничество. Самки, в свою очередь, могут выбирать самцов на основе их качеств, таких как сила, здоровье и ресурсы. Это приводит к эволюционному отбору и формированию различных атрибутов у самцов и самок.

После успешного матинга, гаметы объединяются в оплодотворенную яйцеклетку, которая затем развивается в зародыш или новое поколение организма. Матинг играет ключевую роль в разнообразии живых организмов, позволяя им передавать разнообразие генетической информации и адаптироваться к изменяющимся условиям окружающей среды.

Эволюция размножения[]

Эволюция размножения шла, как правило, в направлении от бесполых форм к половым, от изогамии к анизогамии, от участия всех клеток в размножении к разделению клеток на соматические и половые, от наружного оплодотворения к внутреннему с внутриутробным развитием и заботой о потомстве.

Темп размножения, численность потомства, частота смены поколений наряду с другими факторами определяют скорость приспособления вида к условиям среды. Например, высокие темпы размножения и частая смена поколений позволяют насекомым в короткий срок вырабатывать устойчивость к ядохимикатам. В эволюции позвоночных — от рыб до теплокровных — наблюдается тенденция к уменьшению численности потомства и увеличению его выживаемости.

Общая характеристика полового размножения

Размножение, при котором организм возникает при участии половых клеток — гамет, называется половым размножением.

При половом размножении осуществляется оплодотворение (кроме партеногенеза).

Оплодотворение — это процесс слияния женской половой клетки (яйцеклетки) с мужской половой клеткой (сперматозоидом или спермием).

При оплодотворении восстанавливается диплоидный набор хромосом, при этом возникает клетка — зигота, из которой в дальнейшем развивается новый организм.

Различают внешнее и внутреннее оплодотворение. Внешнее оплодотворение характерно для организмов, размножение которых осуществляется в водной среде (рыбы, амфибии и др.). У наземных животных оплодотворение происходит внутри тела матери (животные) или в соответствующем органе растения (цветок у покрытосеменных, шишки у голосеменных). Внутреннее оплодотворение позволяет организмам более широко распространяться по поверхности Земли и занимать большее число экологических ниш.

В половом размножении участвуют, как правило, два родительских организма — мужской и женский. Это осуществляется у раздельнополых организмов. Большинство животных являются раздельнополыми. Однако и среди животных существуют организмы, у которых имеются и женские и мужские половые органы. Такие организмы называются гермафродитами. Гермафродитами являются многие кишечнополостные, черви, некоторые моллюски. Однако и среди гермафродитов в половом процессе участвуют разные особи, одни из которых играют роль материнского организма, а другие — роль отцовского и только в редких случаях возможно самооплодотворение, ибо биологически оно менее выгодно, чем перекрестное оплодотворение.

У растений разные гаметы образуются в разных органах (мужские — в антеридиях, женские — в архегониях), но эти органы могут содержаться на разных растениях (мужских и женских) — растения называют двудомными. У многих растений из отдела покрытосеменных цветки являются обоеполыми.

Биологическое значение полового размножения состоит в том, что у потомков значительно обновляется наследственный материал, у них появляется большая возможность приспособиться к среде обитания, чем у организмов, возникших при бесполом размножении, когда потомки практически не отличаются от родителей по своим наследственным признакам.

Половое размножение

Осуществляется при помощи половых клеток, которые называются гаметы. В процессе участвуют материнская и отцовская особи, и потомки наследуют гены от обоих родителей. В основе гомеостаза лежит схема деления клеток — мейоз. Слияние мужской и женской клетки называется оплодотворением. В результате оплодотворения образуется зигота, из которой затем развивается новый организм. Таким образом, у потомков получается набор отцовских и материнских генов.

Половое размножение бывает разных видов:

• Конъюгация. Встречается у одноклеточных организмов. Две особи сливаются и объединяют свои ядра. Генетический материал перемешивается, и ядра снова разделяются. Схему конъюгации нельзя назвать размножением в классическом понимании, так как число особей не увеличивается. Но новые клетки полностью отличаются от первоначальных, и новый генотип передается следующим поколениям.
• Гермафродитизм. Одна особь производит оба типа гамет: и мужские, и женские. Оплодотворение может происходить как внутри одной особи, так и между двумя разными. В последнем случае каждый гермафродит выполняет только одну роль: или самки, или самца. Пример: дождевые черви, виноградные улитки.
• Партеногенез. Развитие нового организма из яйцеклетки без участия мужских гамет. В благоприятных условиях действует бесполый вариант партеногенеза для ускоренного увеличения популяции особями одного пола. В этом случае потомки несут только материнский набор генов. Если условия существования ухудшаются, то виду требуется улучшать свой генофонд для выживания в новых условиях. Тогда в организме самок приходит в действие механизм определения пола и они начинают откладывать диплоидные яйца. Характерен для тли, пчел, дафний. У растений тоже встречается этот вид размножения, он называется апомиксис.
• Копуляция. Процесс слияния двух гамет с образованием зиготы. В свою очередь делится на три вида, в зависимости от размера гамет. Изогамия — гаметы одного размера, выходят во внешнюю среду, двигаются при помощи жгутиков. Встречается у хламидомонады. Анизогамия — гаметы подвижны, но разные по размеру. Например, мхи. Оогамия — женская яйцеклетка, она неподвижна и обладает большими размерами, мужские сперматозоиды маленькие и подвижные. Копуляция характерна для большинства позвоночных животных и растений.

2.3. Вегетативное размножение

Другой вариант бесполого размножения осуществляется путем отделения от
организма его части, состоящей из большего или меньшего числа клеток. Из них
развивается взрослый организм. Примером может служить почкование у губок и
кишечнополостных или размножение растений побегами, черенками, луковицами или
клубнями. Такая форма бесполого размножения обычно называется вегетативным
размножением. В своей основе оно аналогично процессу регенерации. Вегетативное
размножение играет важную роль в практике растениеводства. Так, может
случиться, что высеянное растение (например, яблоня) обладает некой удачной
комбинацией признаков. У семян данного растения эта удачная комбинация почти
наверняка будет нарушена, так как семена образуются в результате полового
размножения, а оно связано с рекомбинацией генов. Поэтому при разведении яблонь
обычно используют вегетативное размножение — отводками, черенками или
прививками почек на другие деревья.

Бесполое размножение, воспроизводящее идентичные исходному организму
особи, не способствует появлению организмов с новыми вариантами признаков, а
тем самым ограничивает возможность приспособления видов к новым для них
условиям среды. Средством преодоления этой ограниченности стал переход к
половому размножению.

3. Половое размножение

Принципиальное отличие полового размножения от бесполого состоит в том,
что в нем участвуют обычно два родительских организма, признаки которых
перекомбинируются у потомства. Половое размножение свойственно всем эукариотам,
но преобладает оно у животных и высших растений.

Переход к этому типу размножения имел огромное значение для эволюции жизни
на Земле. Половое размножение создает бесконечное разнообразие особей, в том
числе и таких, которые успешно адаптируются к изменчивым внешним условиям,
«завоевывают мир», распространяясь в новые места обитания, и оставляют
потомство, передавая ему свой наследственный материал. Потомки же двух успешных
родительских особей могут оказаться обладателями еще более удачной комбинации
наследственных признаков, и соответственно они разовьют успех родителей. Особи
с неудачной комбинацией признаков будут элиминированы естественным отбором.
Таким образом, половое размножение создает богатый материал для естественного
отбора и эволюции. Любопытно и другое: само возникновение особи как
индивидуальности, неделимого и смертного существа, является результатом
перехода к половому размножению. При бесполом размножении клетка бесконечно
делится, повторяя саму себя: она потенциально бессмертна, но особью может быть
названа только условно, так как не отличима от неопределенного множества
дочерних клеток. При половом размножении, напротив, все потомки различаются
между собой и отличаются от родителей, а те с течением времени умирают, унося с
собой свойственные им неповторимые особенности. Американский зоолог Р.Хегнер,
обсуждая простейших, выразил это таким образом: «Они приобрели очередное
новшество – пол; цена этого приобретения – неминуемая естественная гибель… Не
велика ли эта цена?»[] Подчеркнем
однако, что одновременно открылись возможности для развития и
совершенствования, и они привели к появлению разнообразных живых форм, не сопоставимых
по уровню организации с теми организмами, которые остановились на бесполом
размножении.

Сравнение

Главное отличие бесполого и полового размножения – исходные клетки. Для получения новой особи половым путём нужны гаметы, бесполым – соматические клетки.

Сравнение полового и бесполого размножения приведено в таблице.

Сравнительная характеристика	Размножение
Бесполое	Половое
Количество особей	Одна родительская	Два родителя (иногда один)
Источник генетического материла	Соматическая клетка	Гаметы
Клеточный механизм	Митоз	Мейоз и оплодотворение
Генетические особенности потомства	В условиях отсутствия мутаций – точная копия (клон)	Потомки разные, сочетают признаки обоих родителей

Значение

Помимо биологического значения (воспроизводство особей) размножение имеет эволюционное значение, связанное с наследственностью и изменчивостью. Наследственные признаки передаются от поколения к поколению, чтобы обеспечивает сходство организмов одного вида. При этом в ходе онтогенеза – индивидуального развития – каждая особь, вне зависимости от способа размножения, приобретает персональные черты, не свойственные родителям.

ТОП-2 статьи

которые читают вместе с этой

Половое размножение приводит к появлению комбинативной изменчивости среди потомков – это одно из условий естественного отбора, в результате которого выживают новые, более приспособленные к условиям окружающей среды организмы.

Половое размножение имеет преимущество перед бесполым в виде рекомбинации. Это процесс перераспределения родительских генов, происходящий при мейозе. В результате потомки получают новое сочетание генов. Рекомбинация – основа изменчивости и способ выживания вида.

Что мы узнали?

Из урока 9 класса узнали об особенностях, способах и значении бесполого и полового размножения. В ходе бесполого размножения происходит точное воспроизводство родительской особи. В половом размножении участвуют две особи, обеспечивающие потомство новыми комбинациями генов, которые помогают приспосабливаться к меняющимся условиям среды.

1. /10

   Вопрос 1 из 10

Чередование поколений[]

Зонтиковидные спорофиты на слоевищном гаметофите маршанции из отдела Печёночные мхи

Основная статья: Чередование поколений

У многих водорослей и у всех высших растений в жизненном цикле происходит чередование поколений, размножающихся соответственно половым и бесполым путём.

Гаметофит развивается из споры, имеет одинарный набор хромосом и имеет органы полового размножения — гаметангии. У разногаметных организмов мужские гаметангии, то есть производящие мужские гаметы, называются антеридиями, а женские — архегониями. Так как гаметофит, как и производимые им гаметы, имеет одинарный набор хромосом, то гаметы образуются простым митотическим делением.

При слиянии гамет образуется зигота, из которой развивается спорофит. Спорофит имеет двойной набор хромосом и несет органы полового размножения — спорангии. У разноспоровых организмов из микроспор развиваются мужские гаметофиты, несущие исключительно антеридии, а из мегаспор — женские. Микроспоры развиваются в микроспорангиях, мегаспоры — в мегаспорангиях. При спорообразовании происходит мейотическая редукция генома, и в спорах восстанавливается одинарный набор хромосом, свойственный гаметофиту.