Основное определение

Процесс воспроизведения с участием одного родителя отличается от размножения, в котором задействованы две особи. Выделяют следующие особенности бесполого размножения:

• многоклеточный или одноклеточный организм воспроизводится и развивается с помощью митоза;
• в данном процессе мейоз отсутствует;
• число потомства стремительно увеличивается.

Бесполым путем размножаются все организмы с одной клеткой, будь то грибы, многие разновидности растений или многоклеточные простейшие животные. Такой тип размножения существовал задолго до полового вида воспроизводства.

Существуют переходные формы от бесполого воспроизводства к половому:

• партеногенез — особь образуется из гаметы матери;
• гермафродитизм — единственный организм обладает признаками обоих полов.

Существующие виды

Встречается несколько форм бесполого размножения. В таблице отражены следующие виды и их особенности:

1. Деление. Из единственной родительской клетки в результате деления воспроизводятся множественные дочерние клетки. Их может быть более тысячи. Бинарное деление происходит у прокариотов. Такой вид бесполого размножения — характерная особенность бактерий, хлорелл, амеб.
2. Спорообразование. Существуют особые органы — спорангии, из которых происходит высвобождение спор. Последние имеют надежную оболочку, однако она разрушается при благоприятных для развития факторах. Представители живой природы, размножающиеся спорами, — водоросли, папоротники, грибы и мхи.
3. Почкование. Потомство производится из родительской ткани в результате выпячивания и отделения. Пример — гидра.
4. Фрагментация. Новый живой организм появляется из отдельной части или сегментов родительского тела. Примеры в окружающем мире — кишечнополостные, ленточные черви, водоросли.
5. Вегетативное воспроизводство. В отличие от других способов размножения, потомство производится из вегетативных органов растений естественным или искусственным путем. Это свойство характерно для следующих биологических представителей: бегония, фиалка, герань. Интересно, что вегетативное размножение может происходить очень разнообразно. У некоторых видов это возможно при помощи усов (побегов, стелющихся по земле).

Искусственное клонирование

Человек способен получить живой организм бесполым методом искусственным путем. Этот процесс получил название — клонирование. В живой природе такое явление происходит крайне редко. Образец настоящего клонирования в биологии — гомозиготные, или однояйцовые близнецы. Однако они аналогичны только по сравнению между собой и сильно отличаются от родительских особей.

В современном мире способно осуществляться даже клонирование тех особей, которые способны воспроизводить потомство половым способом. Простой пример — известная овечка Долли. Ее клонирование производилось методом переноса ядра соматической клетки родительской особи в донорскую яйцеклетку. По сути, любой вид бесполого воспроизводства будет относиться к клонированию, так как в процедуре участвует соматическая клетка вместо половой, а новый организм идентичен родительской особи.

Что касается растений, в пробирках, колбах и чашках Петри человек получает клетки, аналогичные исходным экземплярам. В основе данной схемы находится тотипотентность клеток. Это свойство подразумевает способность клетки делиться и производить клеточные организмы. Такое явление имеет много преимуществ для человека. Можно взять какую-либо часть растения, будь то корень или стебель, поместить его в необходимую среду, и при благоприятных условиях из основы можно получить новый экземпляр.

Однако понятно, что если взять часть человеческого тела и поместить ее в специальную среду, новой особи не появится. Создание клона животного или человека — крайне сложная процедура. Клональное микроразмножение обладает высочайшим коэффициентом воспроизводства потомства. Благодаря вегетативному размножению способно появляться 10−100 растений за один год, клональное микроразмножение позволяет произвести от 5 тыс. до 1 млн единиц в год. в лабораторных условиях.

Создавать клоны растений крайне выгодно при разведении элитных растений, которых существовало всего лишь несколько экземпляров во всем мире. В США, Голландии, Бельгии, Дании и Польше существуют фирмы, которые специализируются на клонировании растений.

Значение митоза

Митоз — это процесс клеточного деления, в ходе которого из исходной соматической клетки получается две дочерние с аналогичным набором хромосом. Деление происходит в следующие стадии:

1. Профаза. Ядро становится плотным, хроматин, содержащийся внутри, конденсируется и принимает форму спирали. Оболочки и ядра растворяются, хромосомы находятся в цитоплазме и размещаются беспорядочным образом. Центриоли делятся к полюсам, возникает своеобразное веретено клеток, нити прикрепляются к хромосомам и полюсам.


2. Прометафаза. Хромосомы движутся к близлежащим полюсам.
3. Метафаза. В начале хромосомы располагаются в экваториальной области веретена, поэтому давление полюсов распределено равномерно. На этой стадии увеличивается количество микротрубочек веретена. Хромосомы строятся парами и образуют спираль вдоль экватора веретена в четкой последовательности. Хроматиды начинают открепляться, однако все еще фиксируются к нитям веретена.
4. Анафаза.На происходящей стадии возникает удлинение хроматид и они плавно переходят к полюсам. Производятся дочерние хромосомы. По продолжительности это самая быстрая стадия, сестринские хроматиды разделяются и распределяются по разным полюсам.
5. Телофаза. Заключительная фаза, когда хромосомы увеличиваются в длину, и внутри каждого полюса появляется новая оболочка ядра. Нити, которые образовывали веретено, саморазрушаются. Возникает деление цитоплазмы. После окончания этой стадии производится деление материнской клетки, именуемой цитокинезом.

Роль митоза крайне важна. Благодаря ему происходит поддержание нужного набора хромосом. Произвести идентичную клетку можно только с помощью этого способа.

Именно по такому принципу происходит обновление клеток эпидермиса и эпителия кишечника. Происходит копирование, а значит, сохранение генетического кода.

С помощью этого метода возможно восстановление частей тела у определенных классов организмов, например, лучи у морской звезды. Митоз обеспечивает размножение бесполым путем, пример — вегетативное воспроизведение растений и почкование у гидр. Митоз отличается от мейоза длительностью фаз и особенностями протекающих в них процессов.

Бесполое размножение значительно отличается от однополого воспроизводства. Первый способ не предполагает присутствие гамет вообще. При партеногенезе (однополом размножении) дочерние клетки образуются из яйцеклетки матери. Что касается бесполого воспроизведения, для одноклеточных организмов свойственно деление, а для многоклеточных — почкование, вегетативное размножение, фрагментация, спорообразование. Бесполым способом происходит воспроизводство у одноклеточных грибов, животных и растений. Этот процесс занимает немного времени и позволяет увеличить численность вида в короткие сроки.

Источник: nauka.club

1. Какой вид размножения является древнейшим?

Ответ. Древнейшей формой размножения на нашей планете является бесполое размножение. Оно заключается в делении одноклеточного организма (или одной или нескольких клеток многоклеточного организма) и образовании дочерних особей. Чаще эта форма размножения встречается у прокариот, растений, грибов и простейших, наблюдается она и у некоторых видов животных.

2. Все ли живые существа способны к размножению?

Ответ. Размножение – одно из важнейших свойств живых организмов. К размножению способны все живые существа без исключения. Только размножение, т. е. воспроизведение себе подобных, позволяет сохраняться всем видам бактерий, грибов, растений, животных.

Способы размножения у различных организмов могут сильно отличаться друг от друга, но в основе любого типа размножения лежит деление клетки

Вопросы после §31

1. Какое размножение называется бесполым?

Ответ. Бесполое размножение — форма размножения, при которой организм воспроизводит себя самостоятельно, без всякого участия другой особи. Следует отличать бесполое размножение от однополого размножения (партеногенеза), который является особой формой полового размножения.

2. Какие виды бесполого размножения различают?

Ответ. Различают следующие виды бесполого размножения.

Размножение делением. У прокариот перед делением единственная кольцевая хромосома удваивается, между двумя дочерними хромосомами возникает перегородка и клетка делится надвое.

Многие одноклеточные водоросли (например, хламидомонада, эвглена зелёная) и простейшие (амёба) делятся митозом, образуя две клетки.

Размножение спорами. Споры – это специализированные гаплоидные клетки грибов и растений (не путать со спорами бактерий!), служащие для размножения и расселения. У грибов и низших растений споры образуются путём митоза, у высших растений – в результате мейоза.

У семенных растений споры потеряли функцию расселения, но являются необходимым этапом цикла воспроизведения.

Вегетативное размножение. Представленные выше способы бесполого размножения объединяются тем, что новый организм во всех этих случаях развивается из одной клетки одноклеточного или многоклеточного родителя. Однако очень часто при бесполом размножении многоклеточных организмов потомство развивается из группы родительских клеток. Такой способ бесполого размножения называют вегетативным. Различают несколько видов вегетативного размножения. Первый из них – размножение растений частями вегетативных органов (часть слоевища, черенок стебля, черенок корня) или специальными видоизменениями побегов (корневище, луковица, клубень).

Другой вид вегетативного размножения – фрагментация, – процесс, основанный на регенерации. Так, например, фрагмент тела дождевого червя даёт начало целой особи. Однако следует учитывать, что в природных условиях фрагментация встречается редко, в частности у многощетинковых червей, плесневых грибов, некоторых водорослей (спирогира).

Третий вид вегетативного размножения – почкование. В этом случае группа клеток родительской особи начинает согласованно делиться, давая начало дочерней особи, которая некоторое время развивается как часть материнского организма, а затем отделяется от него (пресноводная гидра) или формирует колонии из многих особей (коралловые полипы).

3. Каково биологическое значение бесполого размножения?

Ответ. Бесполое размножение позволяет быстро увеличивать численность особей данного вида в благоприятных условиях. Но при таком способе размножения все потомки имеют генотип, идентичный родительскому. Следовательно, при бесполом размножении практически не происходит увеличения генетического разнообразия, которое могло бы оказаться очень полезным при необходимости приспособиться к изменившимся условиям обитания. По этой причине подавляющее большинство живых организмов периодически или постоянно размножаются половым путём.

►Встречается способ бесполого размножения, называемый шизогонией. Шизогония свойственна малярийным плазмодиям, относящимся к простейшим. При этом содержимое материнской клетки многократно делится и образуется множество новых клеток-паразитов.

Особым видом вегетативного размножения организмов является полиэмбриония. В этом случае зародыш (эмбрион) высших животных вскоре после образования делится на несколько фрагментов, каждый из которых независимо развивается в полноценную особь. Такое деление эмбрионов встречается, например, у броненосцев. К полиэмбрионии также относится образование однояйцевых близнецов у человека.
этом случае зигота, возникшая в результате обычного оплодотворения, дробясь, образует зародыш, который, по пока не вполне понятным причинам, разделяется на несколько частей. Каждая из этих частей проходит путь нормального эмбрионального развития, в результате чего рождаются два и более практически одинаковых младенца, обязательно одного пола. Частота рождаемости однояйцевых близнецов не превышает одного случая на 250 обычных родов. Но иногда разделение формирующегося зародыша бывает неполным. В этом случае возникают организмы, имеющие общие части тела или внутренние органы. Таких однояйцевых близнецов принято называть сиамскими, в честь Чанга и Энга Банкеров, родившихся в Таиланде (тогда Сиам). Чанг и Энг были соединены в области грудной клетки плотной связкой толщиной около 9 см. Даже в те годы их, вероятно, можно было бы разделить хирургическим путем, однако они не согласились на это. Женившись на двух сестрах-американках, они стали зажиточными фермерами. У их жен родилось в общей сложности 22 ребенка.

Иногда природа совершает более серьезные ошибки. Во Франции у девочки-подростка, страдавшей малокровием и искривлением позвоночника, во время медицинского обследования неожиданно обнаружили в брюшной полости зародыш младенца. Однако находился этот зародыш не в матке, а был соединен кровеносными сосудами с сосудами брюшной полости, поскольку зародыш быстро рос, его пришлось удалять хирургическим путем, иначе бы его «мама» погибла.
родыш достигал 30 см в длину. Как же могла возникнуть такая ошибка природы? Видимо, одна из клеток брюшной полости девочки начала дробиться так же, как дробится зигота после оплодотворения, и дала начало новому человеческому организму. Однако зародыш был изначально обречен, и он никогда бы не смог превратиться в полноценного здорового ребенка, так как развивался не в том месте, где нужно, и не снабжался необходимыми гормонами и питательными веществами. После удаления зародыша девочка быстро выздоровела и ее внутренние органы, сдавленные растущим зародышем, стали развиваться нормально.

Обсудите, какие выводы можно сделать из анализа данной информации.

Ответ. Репродукция, или размножение, является характерной чертой всех живых организмов. Она необходима для воспроизведения себе подобных организмов в условиях благоприятных и условиях, отклоняющихся от нориальных. Если сравнивать размножение с другими жизненно важными функциями, то оно направлено не на поддержание жизни отдельно взятой особи, а на продление всего рода, сохранение генов в будущем потомстве. В процессе эволюции разные группы организмов сформировали различные стратегии и пути размножения, а тот факт, что эти существа выжили и встречаются в настоящее время, доказывает эффективность различных способов осуществления этого процесса. Проявление различных способов бесполого размножения у организмов, основным способом размножения которых является половое размножение, говорит о единстве происхождения и развития живой природы.

Источник: resheba.me

Бесполое размножение — это древний способ воспроизведения себе подобных, свойственный организмам всех царств живой природы, особенно прокариотам. Такой способ размножения, осуществляющийся без участия половых клеток, широко распространен у одноклеточных организмов, у грибов и бактерий.

У одноклеточных и многоклеточных организмов бесполое размножение осуществляется делением и почкованием. Деление у прокариот идет путем перетяжки клетки на две части. У эукариот деление происходит сложнее и обеспечивается процессами, протекающими в ядре.

Примером бесполого размножения служит вегетативное размножение у растений. У некоторых животных также встречается вегетативное размножение. Его называют размножением путем фрагментации, т. е. частями (фрагментами) тела, из которых развивается новая особь. Размножение фрагментами характерно для губок, кишечнополостных (гидра), плоских червей (планария), иглокожих (морские звезды) и некоторых других видов.

Примечательно, что при бесполом размножении отделившиеся дочерние особи полностью воспроизводят свойства материнского организма. Попав в другие условия среды, они могут проявить свои свойства иначе главным образом лишь в размерах (величине) новых организмов. Наследственные свойства остаются неизменными.

Способность повторять в дочерних организмах неизменные наследственные качества родителя, т. е. воспроизводить однородное потомство, – уникальное свойство бесполого размножения.

Бесполое размножение позволяет сохранить неизменными свойства вида. В этом заключается важное биологическое значение этого типа размножения. Организмы, появившиеся бесполым путем, обычно развиваются значительно быстрее, чем появившиеся путем полового размножения. Они быстрее увеличивают свою численность и значительно быстрее осуществляют расселение на большие территории.

У большинства одноклеточных и многоклеточных организмов бесполое размножение может чередоваться с половым.

Бесполое размножение является древнейшим способом размножения и широко распространено у низкоорганизованных организмов. Отсутствует у моллюсков, членистоногих, позвоночных. Бесполое размножение характерно для высших растений.

Cпорообразование — развитие специаль­ных клеток — спор, с помощью которых происходит размножение организмов.

Данная форма размножения встречается у водорослей, гри­бов, мхов и папоротникообразных (хвощевидных, плауновидных и папоротниковидных). У семенных растений формируются мегаспоры (макроспоры) и микроспоры, которые не покидают материнский организм, а прорастают в половое поколение (женские и мужские гаметофиты), которое обеспечивает половое размножение.

У водорослей из некоторых клеток формируются зооспоры, которые способны свободно передвигаться в воде.

У более высоко организованных растений споры образуются в специальных ор­ганах — спорангиях.

Споры наземных растений очень мелкие. Они содер­жат ядро, цитоплазму и покрыты плотной оболочкой, хорошо защищаю­щей от неблагоприятных условий.

Каждая такая клетка даёт начало новому организму. Число образуемых растениями спор огромно. Споры очень маленькие и лёгкие, поэтому ветром и водой распространяются на большое расстояние от материнского организма.

У многих растений (мхов, папоротникообразных) размножение споро­образованием чередуется с половым размножением. Споры могут образовываться в результате митоза (водоросли, грибы) и в результате мейоза (грибы и все высшие растения).

Вегетативное размножение — один из способов бесполого размножения, свойственный растениям и грибам, который заключается в образовании новой особи из части родительского организма. Вегетативное размножение приводит к образованию генетически однородных особей и основано на способности организма к регенерации (восстановлению).

У растений и грибов вегетативное размножение происходит путём отделения участков тела (у водорослей — талломов и высших грибов — мицелия) или образования специализированных участков — выводковых почек или клубеньков у водорослей, соредий и изидий у лишайников и т. д.

Специализированное вегетативное размножение — это отделение от материнской особи развитых дочерних особей или их зачатков (опадающие пазушные почки, придаточные почки на листьях или корнях, выводковые корзиночки моховидных), возникающих из специализированных побегов размножения (клубни, луковицы, клубнелуковицы, столоны, корневища).

У некоторых видов цветковых растений вегетативное размножение приводит к разрастанию и освоению дочерними особями новых территорий.

Почкование — тип бесполого размножения, при котором дочерние особи формируются из выростов тела материнского организма (почек).

Почкование характерно для многих грибов, печёночных мхов и животных (простейшие, губки, кишечнополостные, некоторые черви, мшанки, крыложаберные, оболочники).

В ряде случаев почкование приводит к образованию колоний.

Почкование, при котором новый организм вырастает на теле родителя, характерно для кишечнополостных. Например, гидры (мелкие пресноводные полипы) часто размножаются почкованием в весенне-летний период. На родительской особи образуется небольшой вырост, который увеличивается до размеров взрослой особи и затем отделяется.

Многие одноклеточные, например клетки дрожжей, также размножаются почкованием.

Фрагментация — один из способов бесполого размножения, который происходит при делении материнской особи на две или несколько частей (фрагментов), каждая из которых растёт и развивается в новый организм.

Ряд плоских и кольчатых червей, иглокожие (морские звёзды) могут размножаться посредством расчленения тела на несколько фрагментов, которые затем достраиваются до целостного организма. В основе фрагментации лежит регенерация, способность некоторых организмов восстанавливать утраченные органы или даже части тела. К примеру, если от морской звезды отделить луч, то из него может вырасти новая морская звезда.

Гидра способна восстановиться из 1/200 части своего организма. Обычно размножение фрагментацией происходит при повреждениях. Самопроизвольную фрагментацию осуществляют только плесневые грибы и некоторые морские черви.

< Предыдущая страница "Размножение организмов"

Следующая страница "Половое размножение" >

Источник: biolicey2vrn.ru

Глава 2. Размножение и индивидуальное развитие организмов

Изучив данную главу, вы узнаете:

• как размножаются различные виды живых организмов;

• какими способами делится клетка;

• как формируются гаметы и происходит оплодотворение;

• как развивается зародыш.

§ 31. Формы размножения организмов. Бесполое размножение

1. Какой вид размножения является древнейшим?

2. Все ли живые существа способны к размножению?

Размножение – это всеобщее свойство живых организмов, заключающееся в способности производить подобных себе особей своего вида. Благодаря размножению происходит бесконечная смена поколений каждого вида. В процессе размножения могут возникать уникальные комбинации генетического материала, влекущие за собой появление наследственных изменений в организме. Таким образом, возникает генетическое разнообразие особей в пределах одного вида и закладываются основы изменчивости и дальнейшей эволюции вида.

Размножение – необходимое условие существования жизни на Земле.

Бесполое размножение. Древнейшей формой размножения на нашей планете является бесполое размножение. Оно заключается в делении одноклеточного организма (или одной или нескольких клеток многоклеточного организма) и образовании дочерних особей. Чаще эта форма размножения встречается у прокариот, растений, грибов и простейших, наблюдается она и у некоторых видов животных.

Виды бесполого размножения. Рассмотрим основные виды бесполого размножения.

Размножение делением. У прокариот перед делением единственная кольцевая хромосома удваивается, между двумя дочерними хромосомами возникает перегородка и клетка делится надвое.

Многие одноклеточные водоросли (например, хламидомонада, эвглена зелёная) и простейшие (амёба) делятся митозом, образуя две клетки.

Размножение спорами. Споры – это специализированные гаплоидные клетки грибов и растений (не путать со спорами бактерий!), служащие для размножения и расселения. У грибов и низших растений споры образуются путём митоза, у высших растений – в результате мейоза.

У семенных растений споры потеряли функцию расселения, но являются необходимым этапом цикла воспроизведения.

Вегетативное размножение. Представленные выше способы бесполого размножения объединяются тем, что новый организм во всех этих случаях развивается из одной клетки одноклеточного или многоклеточного родителя. Однако очень часто при бесполом размножении многоклеточных организмов потомство развивается из группы родительских клеток. Такой способ бесполого размножения называют вегетативным. Различают несколько видов вегетативного размножения. Первый из них – размножение растений частями вегетативных органов (часть слоевища, черенок стебля, черенок корня) или специальными видоизменениями побегов (корневище, луковица, клубень).

Другой вид вегетативного размножения – фрагментация, – процесс, основанный на регенерации. Так, например, фрагмент тела дождевого червя даёт начало целой особи. Однако следует учитывать, что в природных условиях фрагментация встречается редко, в частности у многощетинковых червей, плесневых грибов, некоторых водорослей (спирогира).

Третий вид вегетативного размножения – почкование. В этом случае группа клеток родительской особи начинает согласованно делиться, давая начало дочерней особи, которая некоторое время развивается как часть материнского организма, а затем отделяется от него (пресноводная гидра) или формирует колонии из многих особей (коралловые полипы).

Значение бесполого размножения. Бесполое размножение позволяет быстро увеличивать численность особей данного вида в благоприятных условиях. Но при таком способе размножения все потомки имеют генотип, идентичный родительскому. Следовательно, при бесполом размножении практически не происходит увеличения генетического разнообразия, которое могло бы оказаться очень полезным при необходимости приспособиться к изменившимся условиям обитания. По этой причине подавляющее большинство живых организмов периодически или постоянно размножаются половым путём.

Рис. 50. Сиамские близнецы

§ 32. Формы размножения организмов. Половое размножение

1. В чём преимущество полового размножения перед бесполым?

2. Приведите примеры организмов, которые размножаются в основном бесполым путём.

Способы полового размножения. При половом размножении особи каждого следующего поколения возникают в результате слияния двух специализированных гаплоидных клеток – гамет. Чаще всего гаметы формируются в специальных органах мужских и женских особей. Биологический смысл полового размножения заключается в объединении генетической информации родительских особей, благодаря чему увеличивается генетическое разнообразие потомства и его жизнестойкость.

По-видимому, исторически более древние обоеполые животные – гермафродиты, такие как кишечнополостные, плоские и кольчатые черви, некоторые моллюски. Но в ходе эволюции стали преобладать раздельнополые виды.

Почему же некоторые гермафродитные виды сохранились до сих пор? Преимущество обоеполости в возможности самооплодотворения. Это очень важно, например, для крупных паразитических червей – цепней, которые обычно встречаются в организме хозяина по одному. Вероятность встретить полового партнёра для них мала. Однако, если есть такая возможность, у гермафродитов наблюдается и перекрёстное оплодотворение, т. е. сливаются гаметы двух различных особей.

Половой процесс возник очень давно. Его простейшие формы наблюдаются у бактерий и простейших. Например, у инфузории-туфельки половой процесс получил название конъюгации. В ходе её две инфузории сближаются и обмениваются друг с другом частями генетического материала. При этом обе инфузории приобретают новые свойства, полезные для выживания в меняющихся условиях окружающей среды. Однако число особей при этом не увеличивается, поэтому-то конъюгацию у инфузорий называют половым процессом, а не размножением.

У некоторых одноклеточных организмов наблюдается разновидность полового процесса, которую называют копуляцией. При копуляции целые клетки-организмы превращаются в неотличимые друг от друга гаметы и сливаются, образуя зиготу. У наиболее древних организмов формируется только один вид гамет; нельзя сказать, женскими они являются или мужскими. Такой тип полового процесса называется изогамией. Однако в процессе эволюции появились значительные отличия женских гамет (яйцеклеток) от мужских (сперматозоидов). В настоящее время яйцеклетки подавляющего большинства животных – крупные и неподвижные, а сперматозоиды очень малы и способны передвигаться. Такой тип полового процесса (при котором формируется два вида гамет) называется гетерогамией.

Яйцеклетки. У животных яйцеклетки формируются в женских половых железах – яичниках. Обычно яйцеклетки – это округлые, относительно крупные клетки, содержащие в цитоплазме запас питательных веществ в виде желтка. В ядрах яйцеклеток, помимо ДНК, находятся также запасные иРНК, в которых записана структура ряда важнейших белков будущего зародыша. Яйцеклетки животных подразделяют на несколько видов, в зависимости от количества и характера распределения желтка в клетке. Например, у моллюсков и ланцетника желток распределён по клетке равномерно, ядро находится в центре, а сама яйцеклетка мала. У некоторых рыб, птиц, рептилий и яйцекладущих млекопитающих желтка в клетке очень много, и цитоплазма с ядром сдвинуты на один из полюсов клетки. Сама же яйцеклетка у этих животных может быть очень крупной. У плацентарных млекопитающих яйцеклетки малы, их диаметр составляет 0,1–0,2 мм. Желтка они практически не содержат, и будущий зародыш сможет питаться только за счёт материнского организма.

Сперматозоиды. У животных сперматозоиды формируются в мужских половых железах – семенниках. У большинства млекопитающих, в том числе и у человека, семенники расположены в особом выпячивании брюшной стенки – мошонке. Мошонка выполняет роль «физиологического холодильника», так как благодаря ей в семенниках поддерживается более низкая, чем во всём теле, температура – 33–34 °С. Такая температура является обязательным условием для созревания нормальных сперматозоидов.

Обычно сперматозоиды – очень мелкие клетки. Например, длина головки сперматозоида человека всего 4,5–5,5 мкм. Он состоит из головки, которая почти полностью занята ядром с гаплоидным набором хромосом; шейки, в которой находится структура, сходная по строению с центриолями, и митохондрии; хвоста, образованного микротрубочками и обеспечивающего подвижность всего сперматозоида. В передней части головки сперматозоида находится видоизменённый комплекс Гольджи, называемый акросомой. В ней запасается особый фермент, который необходим для растворения оболочки яйцеклетки, без чего невозможно оплодотворение.

§ 33. Развитие половых клеток

1. В каких железах развиваются гаметы?

2. Каков набор хромосом в гаметах?

Гаметогенез. Процесс формирования половых клеток – гамет – получил название гаметогенеза. Формирование яйцеклеток называют оогенезом, а сперматозоидов – сперматогенезом.

Между этими двумя процессами много общего (рис. 51), и в них выделяют несколько фаз.

Первая фаза гаметогенеза называется фазой размножения. Во время этой фазы первичные половые клетки многократно делятся митозом, сохраняя диплоидный набор хромосом в ядрах. Таким образом, увеличивается количество будущих гамет. У самцов млекопитающих (в том числе и у человека) этот процесс идёт с момента наступления половой зрелости до глубокой старости. А вот у самок млекопитающих первичные половые клетки делятся только в период внутриутробного развития плода и до наступления полового созревания сохраняются в покое.

Вторая фаза гаметогенеза – фаза роста. В этот период будущие сперматозоиды и яйцеклетки увеличиваются в размерах, происходит репликация ДНК, запасаются вещества, необходимые для последующих делений.

Третью фазу гаметогенеза называют фазой созревания. Во время этой фазы будущие гаметы делятся мейозом, в результате которого из каждой диплоидной клетки получается 4 гаплоидных.

Особенности сперматогенеза и оогенеза. При образовании сперматозоидов каждая из четырёх дочерних клеток полноценна и способна оплодотворить яйцеклетку. А вот при созревании яйцеклеток мейотическое деление протекает иначе: цитоплазма распределяется между дочерними клетками неравномерно. При этом только одна из образовавшихся четырёх клеток становится жизнеспособной яйцеклеткой, а три остальные дочерние клетки превращаются в так называемые направительные тельца с минимальным содержанием питательных веществ (см. рис. 51), которые затем разрушаются. Смысл образования направительных телец заключается в уменьшении количества зрелых, способных к оплодотворению яйцеклеток. И в результате зрелая яйцеклетка имеет достаточное количество питательных веществ.

В сперматогенезе выделяют ещё одну, заключительную фазу – фазу формирования. Её сущность заключается в том, что у сперматозоидов возникают специфические приспособления, в частности жгутик, и они приобретают подвижность.

Несмотря на то что в женском эмбрионе закладывается очень большое количество яйцеклеток, созревают из них лишь немногие. За период, когда женщина способна к деторождению, окончательно формируется около 400 яйцеклеток. А сперматозоидов в течение жизни в организме мужчины созревает очень много – до 10¹⁰.

Рис. 51. Схема гаметогенеза у человека

Как мы уже говорили, оогенез у будущей девочки начинается ещё на эмбриональных стадиях, и к моменту рождения в её организме уже имеется полный набор будущих яйцеклеток. Они хранятся в яичниках в покоящемся состоянии вплоть до полового созревания, а затем под действием гормонов ежемесячно выходят в просвет яйцеводов и продвигаются к матке. Именно в этот момент может произойти оплодотворение. Перед выходом яйцеклетки из яичника заканчивается первое деление мейоза, а второе деление доходит до метафазы. Заканчивается оно только после оплодотворения, если таковое происходит.

В момент деления половые клетки особенно чувствительны к действию различных вредных факторов: радиации, химических веществ (алкоголь, наркотики, яды и т. п.). Доза радиации, не вызывающая заметных изменений в организме, может привести к значительным повреждениям гамет. Особенно опасны неблагоприятные воздействия для яйцеклеток. Ведь эти клетки начинают формироваться ещё в эмбрионе, и их запас не может пополняться в течение жизни. Поэтому с каждым повреждающим воздействием на яйцеклетки увеличивается вероятность появления генетических отклонений у потомства.

§ 34. Оплодотворение

1. У каких животных встречается наружное оплодотворение?

2. У каких растений наблюдается двойное оплодотворение?

3. В какой части цветка развивается яйцеклетка?

Оплодотворение и его типы. Процесс слияния гамет получил название оплодотворения. В результате оплодотворения хромосомы яйцеклетки и сперматозоида оказываются в одном ядре, образуется зигота – первая клетка нового организма.

По месту прохождения оплодотворения различают два его типа.

Внешнее оплодотворение происходит вне организма самки, обычно в водной среде. Оно характерно для рыб, земноводных, большинства моллюсков, некоторых червей.

Практически всем наземным и некоторым водным видам живых существ свойственно внутреннее оплодотворение, при котором «встреча» сперматозоида и яйцеклетки происходит в половых путях самки.

У млекопитающих оплодотворение происходит в яйцеводах самки. Двигающаяся по направлению к матке яйцеклетка встречается там со сперматозоидами, причём их контакту способствуют особые химические вещества, выделяемые яйцеклеткой. Эти вещества активируют сперматозоиды и позволяют им «опознать» яйцеклетку. При контакте с яйцеклеткой акросома сперматозоида разрушается, при этом находившийся в ней фермент гиалуронидаза начинает растворять оболочку яйцеклетки (рис. 52). Однако количества гиалуронидазы, выделяемого одним сперматозоидом, для этого недостаточно; необходимо, чтобы фермент выделился из тысяч сперматозоидов. Только в этом случае один из них сможет проникнуть в яйцеклетку. Как только проникновение произошло, вокруг яйцеклетки формируется особая прочная оболочка, препятствующая попаданию в неё других сперматозоидов.

Ядро сперматозоида в цитоплазме яйцеклетки увеличивается примерно до размера ядра яйцеклетки. Ядра двигаются навстречу друг другу и сливаются. Таким образом, в образовавшейся клетке – зиготе – восстанавливается диплоидный набор хромосом, и начинается её дробление.

Итак, у человека для оплодотворения необходим только один сперматозоид. Однако оплодотворение возможно лишь в том случае, когда в половые пути женщины попадает одновременно около 300 млн сперматозоидов! Даже если их будет 2 млн, то оплодотворения не произойдёт. Зачем же нужно такое количество сперматозоидов?

Рис. 52. Схема оплодотворения у млекопитающих

Сперматозоидам приходится проходить долгий и трудный путь по матке и яйцеводу. Далеко не всем сперматозоидам удаётся его преодолеть. Если сопоставить размеры сперматозоида и человека, то последнему, чтобы пройти путь, аналогичный пути сперматозоида, необходимо будет пробежать 10 км. Кроме того, по яйцеводу сперматозоиды движутся навстречу току жидкости, что создаёт для них дополнительные препятствия. Наконец, для выделения достаточного количества гиалуронидазы, растворяющей оболочку яйцеклетки, также необходимо множество сперматозоидов.

Двойное оплодотворение. Особый вид оплодотворения характеризует наиболее многочисленную и процветающую группу растений – покрытосеменные. Он получил название двойного оплодотворения.

В пыльниках тычинок из материнских клеток в результате мейоза образуются гаплоидные микроспоры. Каждая микроспора делится, образуя две также гаплоидные клетки – вегетативную и генеративную, которые формируют пыльцевое зерно. Пыльцевое зерно покрыто двумя оболочками. Пыльцевое зерно представляет собой мужской гаметофит. При попадании пыльцевого зерна на рыльце пестика (рис. 53) вегетативная клетка прорастает, образуя пыльцевую трубку, которая в своём росте стремится к завязи. Генеративная клетка перемещается в пыльцевую трубку, делится, образуя два неподвижных спермия.

Рис. 53. Двойное оплодотворение у покрытосеменных

В завязи из материнской клетки в результате мейоза образуются четыре гаплоидные мегаспоры. Три из них отмирают, а одна продолжает делиться, формируя зародышевый мешок с несколькими гаплоидными клетками, одна из которых является яйцеклеткой. Две гаплоидные клетки сливаются, образуя центральную диплоидную клетку. Зародышевый мешок является женским гаметофитом. После того как пыльцевая трубка прорастает в семязачаток, один из спермиев оплодотворяет яйцеклетку и образуется диплоидная зигота. Другой спермий сливается с центральной клеткой зародышевого мешка. Таким образом, у покрытосеменных растений при оплодотворении происходит два слияния, т. е. двойное оплодотворение. В результате первого из них возникает зигота, из которой развивается диплоидный зародыш семени, а в результате второго – триплоидная центральная клетка, из которой затем формируется эндосперм (запасающая питательная ткань), за счёт которого питается развивающийся зародыш нового растения. Этот процесс был открыт русским ботаником С. Г. Навашиным в 1898 г.

Роль бесполого и полового размножения. Сравнивая два способа размножения – бесполое и половое, можно заключить, что бесполое размножение приводит к появлению особей, которые являются генетическими копиями родителя. Этот способ идеален для размножения в стабильных, не меняющихся условиях окружающей среды. Напротив, половое размножение способствует перекомбинации родительских генов и, следовательно, разнообразию потомства. Такой способ размножения очень важен для эволюционного прогресса вида в постоянно меняющихся условиях существования.

Источник: iknigi.net