В благоприятных условиях вирусы способны к бесполому размножению
Часть A (только один правильный ответ)
А1. Какой хромосомный набор может иметь сперматозоид человека?
1) 44 аутосомы и XY-хромосомы;
2) 23 аутосомы и X-хромосома;
3) 22 аутосомы и X-хромосома;
4) 23 аутосомы и Y-хромосома.
A2. Папоротники размножаются с помощью:
1) семян; 2) спор; 3) почек; 4) листьев.
A3. В ядре зиготы цветкового растения содержится 20 хромосом. Сколько хромосом содержится в клетках его листьев?
| 1) 10 хромосом; | 3) 20 хромосом; |
| 2) 15 хромосом; | 4) 30 хромосом. |
A4. Оплодотворение — это:
1) рождение нового организма;
2) слияние мужской и женской половых клеток;
3) спаривание двух особей разного пола;
4) развитие особей из гамет.
A5. Какой пример относится к половому размножению?
1) почкование гидры;
2) деление амебы на две особи;
3) образование нового растения на конце ползучего побега;
4) конъюгация у инфузорий.
A6. Партеногенез – это:
1) развитие особи из неоплодотворенной яйцеклетки;
2) развитие особи из спермия;
3) развитие особи из зиготы;
4) развитие особи из диплоидной соматической клетки.
A7. Фрагментация возможна у:
1) свободноживущих плоских червей;
2) паразитических плоских червей;
3) круглых червей-паразитов;
4) пиявок.
A8. Почему большинство садовых растений размножают вегетативным путем?
1) они не способны давать семена;
2) сохраняются сортовые признаки;
3) повышается урожайность и устойчивость;
4) возникают организмы с новыми, более выгодными признаками для человека.
A9. Гермафродитами являются:
| 1) все круглые черви; | 3) все кольчатые черви; |
| 2) все плоские черви; | 4) все кишечнополостные. |
A10. В эмбриональном развитии почки у позвоночных закладываются из:
1) мезодермы; 2) энтодермы; 3) эктодермы; 4) целóма.
A11. Формирование диплоидного набора хромосом в зиготе происходит благодаря:
1) митозу; 2) дроблению; 3) оплодотворению; 4) мейозу.
A12. У покрытосеменных яйцеклетка образуется:
| 1) мейозом из микроспоры; | 3) мейозом из макроспоры; |
| 2) митозом из микроспоры; | 4) митозом из макроспоры. |
A13. Органогенез – это:
1) развитие зародышевых листков;
2) формирование органов у зародыша;
3) образование гаструлы;
4) вылупление или рождение особи.
A14. Выберите животное с прямым постэмбриональным развитием:
| 1) зеленый кузнечик; | 3) паук-крестовик; |
| 2) черноморский краб; | 4) слепень бычий. |
A15. Внешнее (наружное) оплодотворение характерно для большинства:
| 1) хрящевых рыб; | 3) пресмыкающихся; |
| 2) костных рыб; | 4) насекомых. |
A16. Споры бактерий, в отличие от спор растений:
1) служат для размножения;
2) содержат запас питательных веществ;
3) помогают выживать при неблагоприятных условиях;
4) содержат гаплоидный набор хромосом.
A17. Определите правильный жизненный цикл обыкновенного шмеля:
1) яйцо, куколка, личинка, взрослый шмель;
2) яйцо, личинка, куколка, взрослый шмель;
3) яйцо, личинка, взрослый шмель;
4) личинка, яйцо, куколка, взрослый шмель.
A18. Партеногенез характерен для:
1) бабочек; 2) тлей; 3) стрекоз; 4) комаров.
A19. Вторичная полость тела впервые появляется у:
| 1) кольчатых червей; | 3) паукообразных; |
| 2) моллюсков; | 4) рыб. |
A20. Онтогенез организма начинается с:
1) оплодотворения;
2) дробления зиготы;
3) рождения особи;
4) гаструляции и образования зародышевых листков.
A21. Что общего у сперматозоида и яйцеклетки?
1) набор хромосом;
2) запас питательных веществ;
3) подвижность;
4) размеры.
A22. У головоногих моллюсков постэмбриональное развитие:
1) непрямое, с неполным превращением;
2) непрямое, с полным превращением;
3) непрямое, без стадии личинки;
4) прямое.
A23. Для ланцетника характерно:
1) полное равномерное дробление;
2) полное неравномерное дробление;
3) неполное дискоидальное дробление;
4) неполное поверхностное дробление.
A24. Внешний слой гаструлы образован клетками:
1) эпителия; 2) энтодермы; 3) мезодермы; 4) эктодермы.
A25. Примером двухслойных животных служит:
| 1) медуза цианея; | 3) дождевой червь; |
| 2) белая планария; | 4) эвглена зеленая. |
A26. Дробление зиготы осуществляется:
1) митозом; 2) амитозом; 3) мейозом; 4) фрагментацией.
A27. Третий зародышевый листок впервые появляется у:
| 1) плоских червей; | 3) моллюсков; |
| 2) круглых червей; | 4) ракообразных. |
A28. Ко вторичноротым животным относятся:
1) насекомые;
2) морские брюхоногие моллюски;
3) иглокожие;
4) кораллы.
A29. Хрящевая ткань человека развивается из:
1) эктодермы; 2) энтодермы; 3) мезодермы; 4) костной ткани.
A30. Первичная полость тела во взрослом состоянии сохраняется только у:
| 1) ракообразных; | 3) круглых червей; |
| 2) клещей; | 4) кольчатых червей. |
Часть B
В заданиях В1-В3 выберите три правильных ответа из шести.
B1. Сперматозоид, в отличие от яйцеклетки, характеризуется:
1) активным передвижением;
2) меньшим размером;
3) гаплоидным набором хромосом;
4) практически полным отсутствием запаса органических веществ;
5) округлой формой;
6) образованием в процессе мейоза.
B2. Какие признаки характерны для полового размножения?
1) обязательно участвуют две особи;
2) новый организм не является точной копией материнского;
3) образуются специализированные клетки – сперматозоиды и яйцеклетки;
4) обмен генетической информацией не происходит;
5) одним из способов этого вида размножения является партеногенез;
6) к нему относится шизогония.
B3. Выберите признаки, характерные для бластулы:
1) образуется в результате дробления;
2) состоит из двух или трех зародышевых листков;
3) ее стенка у всех животных многослойная;
4) внутри обычно есть полость;
5) по размерам она примерно равна зиготе;
6) возникает только у организмов с непрямым развитием.
При выполнении заданий B4-B7 установите соответствие между содержанием первого и второго столбцов.
B4. Установите соответствие между организмом и преимущественным способом его размножения.
| ОРГАНИЗМ | СПОСОБ |
| А) инфузория-туфелька | 1) половое |
| Б) стафилококк | 2) бесполое |
| В) таежный клещ | |
| Г) земляника лесная | |
| Д) дождевой червь | |
| Е) медоносная пчела |
B5. Установите соответствие между признаком и стадией эмбрионального развития ланцетника, для которой он характерен.
| ПРИЗНАК | СТАДИЯ РАЗВИТИЯ |
| А) есть первичный рот | 1) бластула |
| Б) формируется из зиготы | 2) гаструла |
| В) включает эктодерму, энтодерму и мезодерму | |
| Г) ее стенка — многослойная | |
| Д) ее стенка — однослойная |
B6. Установите соответствие между органом человека и зародышевым листком, из которого развивается этот орган.
| ОРГАН | ЗАРОДЫШЕВЫЙ ЛИСТОК |
| А) печень | 1) эктодерма |
| Б) головной мозг | 2) энтодерма |
| В) аорта | 3) мезодерма |
| Г) двуглавая мышца плеча | |
| Д) волосы | |
| Е) легкие |
B7. Установите соответствие между животным и типом его постэмбрионального развития.
| ЖИВОТНОЕ | ТИП РАЗВИТИЯ |
| А) махаон Б) клоп малиновый В) сенокосец Г) шмель обыкновенный Д) скорпион Е) саранча восточная | 1) непрямое, с полным превращением |
| 2) непрямое, с неполным превращением | |
| 3) прямое |
B8. Установите последовательность стадий овогенеза:
1) увеличение в размерах клетки и накопление в ней питательных веществ;
2) образование яйцеклетки;
3) клетка начинает делиться мейозом;
4) первичная половая клетка делится митозом;
5) образование одного направительного тельца.
Часть C
C1. Почему половое размножение считается более эволюционно выгодным по сравнению с бесполым?
C2. В чем заключаются преимущества непрямого развития? Укажите не менее трех фактов.
C3. Чем овогенез отличается от сперматогенеза? Назовите не менее трех отличий.
C4. Почему животные с наружным (внешним) оплодотворением, как правило, образуют гораздо больше гамет, чем животные, для которых характерно внутреннее оплодотворение?
C5. Если организм способен размножаться бесполым и половым путем, то в большинстве случаев в благоприятных условиях он использует бесполое размножение, а в неблагоприятных – половое. Почему?
Размножение – это процесс самовоспроизведения живых организмов.
Сущность бесполого размножения
В природе различают два типа размножения: половое и бесполое.
Бесполое размножение – это тип самовоспроизведения организмов, при котором не происходит образования специализированных половых клеток – гамет.
В бесполом размножении участвует одна особь, а потомки получаются с таким же генетическим набором, как и у родительской особи.
Основным эволюционным плюсом бесполого размножения является тот факт, что особям не нужно искать партнера и потомство можно оставить в любом месте, а большое количество потомков возникает достаточно быстро.
Минусом бесполого размножения можно признать тот факт, что у потомства отсутствует генетическое разнообразие. Потомки при резком изменении условий среды очень часто погибают.
Основные разновидности бесполого размножения
Выделяют несколько типов бесполого размножения:
- Размножение делением клеток. Такая разновидность бесполого размножения характерна для многих одноклеточных организмов. Бактерии делятся на двое, иногда одноклеточные могут делиться митозом. Многие исследователи отмечают тот факт, что в благоприятных условиях количество бактерий может удваиваться каждые 30—60 минут. Размножающийся бесполым путём организм способен бесконечно воспроизводить себя, пока не произойдёт спонтанное изменение генетического материала — мутация. Если эта мутация благоприятна, она сохранится в потомстве мутировавшей клетки, которое будет представлять собой новый клеточный клон. В бесполом размножении участвует один родительский организм, который способен образовать множество идентичных ему организмов;
- Шизогония (множественное деление) - характерна для многих паразитов крови. При этом из одной исходной клетки образуется много дочерних. Наблюдается у споровиков, а именно у малярийного плазмодия. Шизогония начинается сразу после попадания плазмодия в печень.
- Фрагментация или размножение организма частями собственного тела. Такой тип бесполого размножения характерен для многих водорослей, а также грибов (размножаются участками мицелия). Основой фрагментации является такой физиологический процесс организмов, как регенерация. Ее определяют как способность организмов восстанавливать участки собственного тела, утраченные по какой – либо причине. Фрагментация характерна не только для растений, но и для некоторых животных: губки, кишечнополостные и пр.;
- Почкование – оно характерно для многих многоклеточных организмов. При этом на теле материнской клетке образуется бугорок (почка), из которого в последствии развивается новый организм. У дрожжей и гидроидных дочерний организм отделяется и становится самостоятельным. У губок, коралловых полипов дочерние особи не отделяются, и возникают колонии
- Вегетативное размножение – это тип бесполого размножения, при котором образование новых особей происходит из специализированных вегетативных органов. Вегетативное размножение в большей степени характерно для цветковых растений. Вегетативное размножение играет весьма важную роль в практике селекции растений.
- Спорообразование или размножение некоторых организмов с помощью специализированных клеток или спор, не несущих, однако признака пола. Спора является специализированной клеткой, имеет небольшое количество цитоплазмы, а также ядро с минимальным запасом питательных веществ. При этом спора способна дать начало новому организму. С помощью процесса спорообразования самовоспроизводиться могут протисты, растения, грибы. Споры образуются в обычных клетках организма – матери или специализированных органах – спорангиях. После попадания на субстрат споры прорастают в новый организм.
Попробуй обратиться за помощью к преподавателям
Спорообразование характерно также и для бактерий. Но их споры не участвуют в размножении, их основанная функция заключается в защите бактериальной клетке при наступлении неблагоприятных условий окружающей среды. Бактериальные споры представляют собой бактерию в состоянии покоя. Ее метаболизм несколько снижен, а плотная оболочка споры формирует для бактерии нужную степень устойчивости к высыханию, а также другим негативным изменения окружающей среды.
Живые организмы могут образовывать различные типы спор, а именно:
Помимо описанных выше основных способов бесполого размножения, можно выделить специализированные типы бесполого размножения – полиэмбрионию и стробиляцию.
Задай вопрос специалистам и получи
ответ уже через 15 минут!
19. Размножение: бесполое и половое
Вспомните!
Какие два основных типа размножения существуют в природе?
Что такое вегетативное размножение?
Какой набор хромосом называют гаплоидным; диплоидным?
Каждую секунду на Земле гибнут десятки тысяч организмов. Одни от старости, другие из-за болезней, третьих съедают хищники… Мы срываем в саду цветок, наступаем случайно на муравья, убиваем укусившего нас комара и ловим на озере щуку. Каждый организм смертен, поэтому любой вид должен заботиться о том, чтобы его численность не уменьшалась. Смертность одних особей компенсируется рождением других.
Способность к размножению является одним из основных свойств живой материи. Размножение, т. е. воспроизведение себе подобных, обеспечивает непрерывность и преемственность жизни. В процессе размножения происходит точное воспроизведение и передача генетической информации от родительского поколения следующему, дочернему, что обеспечивает существование вида на протяжении длительного времени, несмотря на гибель отдельных особей. В основе размножения лежит способность клетки к делению, а передача генетической информации обеспечивает материальную преемственность поколений любого вида. Для того чтобы особь смогла воспроизводить себе подобных, т. е. стать способной к размножению, она должна вырасти и достичь определённой стадии развития. Не все организмы доживают до репродуктивного периода и не все оставляют потомство, поэтому, чтобы поддержать существование вида, каждое поколение должно производить потомков больше, чем было родителей. Свойства живых организмов – рост, развитие и размножение – неразрывно связаны друг с другом.
Все виды организмов способны к размножению. Даже вирусы – неклеточная форма жизни – пусть не самостоятельно, но тоже размножаются в клетках организма-хозяина. В процессе эволюции в природе возникло несколько способов размножения, каждый из которых имеет свои преимущества и свои недостатки. Все разнообразные формы размножения можно объединить в два основных типа – бесполое и половое.
Бесполое размножение. Этот тип размножения происходит без образования специализированных половых клеток (гамет), и для его осуществления необходим только один организм. Новая особь развивается из одной или нескольких соматических (неполовых) клеток материнского организма и является его абсолютной копией. Генетически однородное потомство, происходящее от одной родительской особи, называют клоном.
Бесполое размножение является наиболее древней формой размножения, поэтому особенно широко оно распространено у одноклеточных организмов, но встречается и среди многоклеточных.
Существует несколько способов бесполого размножения.
Деление. Прокариотические организмы (бактерии и синезелёные водоросли) размножаются путём простого деления, которому предшествует удвоение единственной кольцевой молекулы ДНК.
Митотическим делением на две и более клеток размножаются простейшие (амёбы, инфузории, жгутиковые) (рис. 60) и одноклеточные зелёные водоросли.
У некоторых простейших (малярийный плазмодий) встречается особый способ бесполого размножения, так называемая шизогония. Ядро материнской особи делится несколько раз подряд без деления цитоплазмы, а затем образовавшаяся многоядерная клетка распадается на множество одноядерных клеток.
Спорообразование. Этот способ размножения характерен в основном для грибов и растений. Специализированные клетки – споры – могут образовываться в специальных органах – спорангиях (как это происходит у растений) или открыто, на поверхности организма (как, например, у некоторых плесневых грибов).
Рис. 60. Деление амёбы
Споры продуцируются в огромном количестве и обладают очень малым весом, что облегчает их распространение ветром, а также животными, в основ ном насекомыми.
Вегетативное размножение. Способ бесполого размножения, при котором дочерний организм развивается из группы родительских клеток, называют вегетативным размножением.
Широко распространено такое размножение у растений. В естественных природных условиях оно, как правило, происходит с помощью специализированных частей тела растения. Луковица тюльпана, клубнелуковица гладиолуса, растущий горизонтально подземный стебель (корневище) ириса, ползучий, стелющийся по поверхности почвы стебель ежевики, усы земляники, клубни картофеля и корневые клубни георгина – всё это органы вегетативного размножения растений.
Вегетативное размножение у животных осуществляется двумя основными способами: фрагментацией и почкованием.
Фрагментация – это разделение тела на две и более частей, каждая из которых даёт начало новой полноценной особи. Этот процесс основан на способности к регенерации. Таким способом могут размножаться кольчатые и плоские черви, иглокожие и кишечнополостные.
Фрагментация встречается и в растительном царстве. Зелёная водоросль спирогира размножается обрывками своих нитей, а низшие мхи – кусками слоевища.
Почкование – это образование на теле материнской особи группы клеток – почки, из которой развивается новая особь. В течение некоторого времени дочерняя особь развивается как часть материнского организма, а затем или отделяется от него и переходит к самостоятельному существованию (пресноводный полип гидра), или, продолжая расти, образует собственные почки, формируя колонию (коралловые полипы). Встречается почкование и у одноклеточных организмов – дрожжевых грибов (рис. 61) и некоторых инфузорий.
Половое размножение. Половое размножение – это процесс образования дочернего организма при участии половых клеток – гамет. В большинстве случаев новое поколение возникает в результате слияния двух специализированных половых клеток различных организмов. Гаметы, дающие начало дочернему организму, имеют половинный (гаплоидный) набор хромосом данного вида и у животных образуются в результате особого процесса – мейоза (§ 20). Как правило, гаметы бывают двух типов – мужские и женские, и формируются они в специальных органах – половых железах.
Рис. 61. Почкование дрожжевых грибов
Новый организм, возникающий в результате слияния гамет, получает наследственную информацию от обоих родителей: 50 % от матери и 50 % от отца. Будучи похожим на них, он тем не менее обладает собственной уникальной комбинацией генетического материала, которая может оказаться очень удачной для выживания в меняющихся условиях окружающей среды.
Виды, у которых есть и мужские, и женские особи, называют раздельнополыми; к ним относится большинство животных.
Виды, у которых одна и та же особь способна формировать и мужские, и женские гаметы, называют двуполыми или гермафродитными. К таким организмам относятся большинство покрытосеменных растений, многие кишечнополостные, плоские черви и многие кольчатые (малощетинковые и пиявки), некоторые ракообразные и моллюски и даже отдельные виды рыб и пресмыкающихся. Гермафродитизм подразумевает возможность самооплодотворения, что бывает очень важно для организмов, ведущих одиночный образ жизни (например, свиной цепень в организме человека). Правда, следует отметить, что при возможности гермафродиты предпочитают обмениваться половыми клетками друг с другом, осуществляя перекрёстное оплодотворение.
Возникшая в процессе эволюции раздельнополость имела явные преимущества. Появилась возможность объединять генетическую информацию разных особей, формируя новые сочетания и увеличивая генетическое разнообразие вида, что способствовало его приспособлению в изменяющихся условиях обитания. Кроме того, это позволило распределить функции между особями разного пола. У большинства организмов появился половой диморфизм – внешние различия между мужскими и женскими особями (рис. 62).
Рис. 62. Половой диморфизм
Вопросы для повторения и задания
1. Докажите, что размножение – одно из важнейших свойств живой природы.
2. Какие основные типы размножения вам известны?
3. Что такое бесполое размножение? Какой процесс лежит в его основе?
4. Перечислите способы бесполого размножения; приведите примеры.
5. Возможно ли появление генетически разнородного потомства при бесполом размножении? Аргументируйте свой ответ.
6. Чем половое размножение отличается от бесполого? Сформулируйте определение полового размножения.
7. Подумайте, какое значение для эволюции жизни на Земле имело появление полового размножения.
Подумайте! Выполните!
1. Почему при вегетативном размножении не наблюдается расщепление признаков в потомстве?
2. Объясните, в чём отличие естественного вегетативного размножения от искусственного.
3. Какой тип размножения обеспечивает лучшую приспособляемость к изменениям окружающей среды? Докажите свою точку зрения.
4. Согласны ли вы с утверждением, что перекрёстное оплодотворение при гермафродитизме биологически более выгодно? Докажите свою точку зрения.
5. Может ли вегетативное размножение у растений осуществляться при помощи неспециализированных частей тела? Если да, то приведите примеры.
6. Докажите, что деление бактерий не является митозом.
Работа с компьютером
Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал и выполните задания.
Споры грибов. Бесполое размножение многих грибов осуществляется с помощью спор. В зависимости от способа образования различают эндогенные и экзогенные споры. Эндогенные споры образуются внутри специальных выростов мицелия – спорангиях. Экзогенные споры называют конидиоспорами (конидиями). Они формируются открыто на специальных гифах. Так размножаются, например, пеницилл и аспергилл.
Особенности вегетативного размножения. Особенно часто встречаются различные формы вегетативного размножения среди растений, обитающих в суровых климатических условиях – в полярных, высокогорных и степных районах. Неожиданные заморозки в летний день способны погубить цветки или незрелые плоды тундровых растений. Вегетативное размножение позволяет им не зависеть от подобных неожиданностей. Некоторые камнеломки и горец живородящий способны образовывать выводковые почки, которые распространяются подобно семенам, мятлики образуют в соцветиях на месте цветков маленькие дочерние растеньица, способные опадать и укореняться, а сердечник луговой размножается исключительно видоизменёнными дольками перисто-рассечённых листьев.
Повторите и вспомните!
Растения
Искусственное вегетативное размножение растений. При искусственном вегетативном размножении растений человек использует все виды вегетативного размножения, встречающиеся в природе. Однако существуют и дополнительные специальные методы.
Листовые черенки. Сравнительно немногие растения (узамбарская фиалка, бегония, глоксиния) могут восстанавливаться из отрезанных листьев.
Деление куста. Разделение растения с побегами и корнями в продольном направлении на несколько частей, которые затем рассаживают (пионы, флоксы).
Отводки. Нижние ветки растения (смородины, крыжовника) пригибают к земле, фиксируют и присыпают землёй. Когда на ветке образуются придаточные корни, её отрезают от материнского куста и пересаживают.
Прививка. Метод основан на пересадке частей одного или нескольких растений на другое растение, имеющее корневую систему. Растение, имеющее корневую систему, называют подвоем, второе, которое сращивают с подвоем, – привоем. Существуют разные способы прививки. Окулировка – это прививка почкой, или глазком. На небольшом расстоянии от почвы на стволе подвоя делают T-образный разрез, отодвигают кору и под неё вставляют привой – срезанный глазок вместе с плоским кусочком древесины. Затем на место операции накладывают плотную повязку. Через 10–15 дней фрагменты срастаются.
Копулировка – это прививка черенками. При одинаковой толщине подвоя и привоя на них делают косые срезы, прикладывают друг к другу поверхностями срезов и накладывают повязку. Если подвой большего диаметра, черенок прививают в расщеп или под кору.
Аблактировку, или метод сближения, можно использовать, если соединяемые растения растут рядом. На обоих растениях делают одинаковые по длине срезы коры, срезанные поверхности сближают, прикладывают друг к другу и туго забинтовывают вместе. В таком состоянии растения находятся всё лето и зиму.
Цветки: обоеполые и однополые. У большинства видов покрытосеменных растений в цветке находятся и тычинки, в пыльце которых образуются мужские половые клетки – спермии, и пестики, содержащие яйцеклетки.
Однако примерно у четверти видов мужские (тычиночные) и женские (пестичные) цветки развиваются независимо, т. е. формируются однополые цветки. Примерами однополых растений, у которых мужские и женские цветки образуются на разных особях, могут служить облепиха, ива, тополь. Такие растения называют двудомными. У некоторых растений, например у дуба, берёзы, лещины, и мужские, и женские цветки развиваются на одной особи (однодомные растения).
Данный текст является ознакомительным фрагментом.
Все разнообразие способов размножения можно разделить на два основных типа: бесполое (его вариант вегетативное) размножение и половое размножение.
Бесполое размножение осуществляется путем простого деления клетки надвое. Оно свойственно прежде всего одноклеточным организмам. У некоторых простейших (например, фораминифер) происходит деление на большее число клеток. Во всех случаях образующиеся клетки полностью идентичны исходной. Крайняя простота этого способа размножения, связанная с относительной простотой организации одноклеточных организмов, позволяет размножаться очень быстро. Так, в благоприятных условиях количество бактерий может удваиваться каждые 3060 минут. Размножающийся бесполым путем организм способен бесконечно воспроизводить себя, пока не произойдет спонтанное изменение генетического материала мутация. Если эта мутация благоприятна, она сохранится в потомстве мутировавшей клетки, которое будет представлять собой новый клеточный клон.
Нередко бесполому размножению бактерий предшествует образование спор. Бактериальные споры это покоящиеся клетки со сниженным метаболизмом, окруженные многослойной оболочкой, устойчивые к высыханию и другим неблагоприятным условиям, вызывающим гибель обычных клеток. Спорообразование служит как для переживания таких условий, так и для расселения бактерий: попав в подходящую среду, спора прорастает, превращаясь в вегетативную (делящуюся) клетку.
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, 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.
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.
Многие организмы, размножающиеся бесполым путем, все же изобрели ряд способов, с помощью которых они время от времени совершают обмен генетическим материалом между двумя клетками одного вида. Такой обмен получил название полового процесса. У большинства форм он осуществляется путем конъюгации (соединения). Классический пример конъюгации демонстрируют инфузории. Две их особи временно соединяются ротовыми аппаратами, и между ними образуется цитоплазматический мостик, по которому происходит обмен ядерным материалом. Этому обмену предшествует мейотическое деление ядра (микронуклеуса). По завершении обмена клетки расходятся и затем размножаются путем деления (митоза).
Таким образом, половой процесс сводится не к размножению, а к созданию в клетке новых комбинаций генов; собственно размножение происходит бесполым путем.
Переход к половому размножению связан с появлением специализированных половых клеток мужских и женских гамет, в результате слияния которых (оплодотворения) образуется зигота клетка, из которой развивается новый организм, обладающий новой комбинацией исходных генетических признаков.
Половое размножение впервые появилось у простейших, но переход к нему не был связан с немедленной утратой способности к репродукции бесполым путем: ряд животных сохранили ее, обычно чередуя бесполое размножение с половым. Такое чередование поколений наблюдается у некоторых простейших, кишечнополостных и оболочников. См. также СИСТЕМАТИКА ЖИВОТНЫХ.
Гаметы и гонады. Основой образования гамет (гаметогенеза) служит мейоз клеточное деление с уменьшением вдвое числа хромосом, вследствие чего гаметы, в отличие от всех других клеток организма, гаплоидны ( см. также КЛЕТКА; ЭМБРИОЛОГИЯ) . Слияние гамет восстанавливает число хромосом в зиготе до диплоидного. Последующее деление зиготы происходит путем митоза. Отметим, что у всех многоклеточных организмов деление всех клеток тела, кроме половых, происходит путем митоза. Следовательно, бесполое размножение клеток посредством деления надвое сохранилось в эволюции как основной механизм роста и развития организма, но не его репродукции.
У многих простейших половое размножение происходит с участием морфологически одинаковых мужских и женских гамет (у фораминифер, например, они представлены очень мелкими клетками, образующимися в гаплоидной родительской клетке в цикле чередования поколений ) . Такое явление называется изогамией. Она свойственна только одноклеточным.
Однако уже у некоторых простейших, например споровиков, и у всех многоклеточных организмов произошла дифференциация гамет: они стали различаться по форме и функции возникла гетерогамия, т.е. разделение половых клеток на яйца (женские гаметы) и сперматозоиды (мужские гаметы).
Большинству животных свойственна т.н. оогамия: крупная неподвижная яйцеклетка (яйцо) и мелкий подвижный сперматозоид, за счет активных движений которого происходит его контакт с яйцом, ведущий к оплодотворению. См. также ЯЙЦО.
У губок и некоторых ресничных червей половые клетки рассеяны в теле и выводятся через разрывы стенки тела или через ротовое отверстие, но у многих плоских червей (а в зачаточной форме и у гидры) появились гонады специальные железы, продуцирующие гаметы. Мужские гонады это семенники, женские яичники. Правда, у таких гермафродитных животных, как брюхоногие моллюски, мужские и женские половые клетки созревают в одной и той же гонаде, но обычно в разное время, так что гонада функционирует то как семенник, то как яичник, и самооплодотворения не происходит. У других гермафродитных животных, например плоских червей или пиявок, одна особь содержит и яичники, и семенники; однако даже в случае одновременного созревания яиц и сперматозоидов животное избегает самооплодотворения и обычно спаривается с другой особью (исключение составляют, например, солитеры (цепни), одиночно живущие в кишечнике). Гермафродитизм наиболее распространен у червей и моллюсков и редко встречается у более высокоорганизованных форм иглокожих, членистоногих и позвоночных; с другой стороны, он довольно редок и у таких древнейших многоклеточных, как кишечнополостные и в частности медузы.
Уже у некоторых червей и моллюсков в дополнение к гонадам сформировались половые протоки семяпроводы и яйцеводы. Гонады и половые протоки составляют основные функциональные части внутренних половых органов, и они имеются у всех более высокоорганизованных животных.
Осеменение. Половые органы обеспечивают продукцию и выделение половых клеток, а тем самым осеменение, т.е. сближение яиц и сперматозоидов двух особей. Процесс осеменения предшествует оплодотворению слиянию гамет. Различают два способа осеменения (и соответственно оплодотворения): наружное и внутреннее. При наружном осеменении яйца и сперматозоиды выделяются в воду, где сперматозоиды, активно плавая, могут соединиться с яйцом и произвести оплодотворение. Понятно, что этот способ может быть свойствен только водным (или, как земноводные, сохранившим связь с водной средой) животным, и действительно, он наблюдается у большинства из них. Наружное осеменение обычно не связано со сложным устройством половой системы, хотя у некоторых животных развиваются дополнительные приспособления, например, для сцепления двух особей во время выделения ими половых продуктов.
Б ó льшую независимость от внешних факторов (в частности, от водной среды) и более экономную продукцию гамет обеспечивает другой способ осеменения внутреннее, при котором сперматозоиды вводятся непосредственно в женские половые пути. Известен также вариант внутреннего осеменения с помощью сперматофоров капсул, наполненных сперматозоидами. Такое осеменение называют иногда наружно-внутренним. У саламандры, например, самка захватывает выделенный самцом сперматофор своей клоакой, куда открываются половые протоки; самцы многих паукообразных с помощью своих клешневидных хелицер (первой пары головных конечностей) переносят сперматофор прямо в половое отверстие самки; самец головоногих моллюсков захватывает сперматофор особым видоизмененным щупальцем и переносит его в мантийную полость самки. Но в любом случае оплодотворение происходит внутри тела самки, обычно в яйцеводах. Оплодотворенные яйца откладываются во внешнюю среду (у большинства видов) или же развиваются внутриутробно. Внутреннее осеменение свойственно ряду водных животных и всем наземным. Оно появилось уже на очень ранней ступени эволюции, а именно у плоских червей.
Усложнение половой системы. Переход к внутреннему осеменению и оплодотворению сопровождался усложнением половой системы и формированием дополнительных половых органов. Так, образовались железы, например выделяющие жидкость, в которой находятся сперматозоиды и которая необходима им для движения, или у самок формирующие наружную оболочку яиц. У плоских червей и ряда других животных, особенно у насекомых, развились семяприемники для хранения поступающей при осеменении спермы. Поскольку сперматозоиды могут длительно сохранять в них жизнеспособность, наличие семяприемников делает оплодотворение менее зависимым от встречи партнеров: многие насекомые успешно размножаются, спариваясь единственный раз в жизни. Соответственно и время между спариванием и откладкой яиц может варьировать в широких пределах.
У самок ряда насекомых (стрекоз, цикад, кузнечиков, наездников и др.) образовался такой дополнительный половой орган, как яйцеклад, служащий для откладки яиц в ячейки, землю либо в ткани растений или животных.
Возникли также копулятивные (совокупительные) органы как приспособление для внутреннего осеменения. У разных групп животных они формировались разным путем: у многих из них из нижнего отдела полового протока, но, например, у ракообразных путем видоизменения одной пары ножек, у мух и других двукрылых насекомых из конечных сегментов брюшка, у живородящих рыб из выростов плавников. Однако у ряда животных, например многих птиц, специальные копулятивные органы отсутствуют.
Если у некоторых яйцекладущих совершенствовался аппарат для откладки яиц, то у животных, перешедших к живорождению, прежде всего у млекопитающих, произошли иные изменения половой системы; самое значительное из них преобразование среднего отдела яйцевода в матку, где развивается зародыш.
Однако этих физиологических механизмов может быть недостаточно для обеспечения спаривания. В действие часто вступает половой отбор наиболее сильных и приспособленных особей, обычно самцов, способных привлечь самку и отстоять свое право на размножение. Турнирные бои между самцами, ухаживание перед спариванием, охрана своей территории для размножения, так же как, по-видимому, и брачный наряд самцов, все это средства достижения успеха в размножении самых жизнеспособных особей. Половое поведение достигает большой сложности у высокоорганизованных животных с их развитой нейроэндокринной системой ( см. также ПОВЕДЕНИЕ ЖИВОТНЫХ)
Большинство животных не образует постоянных пар, и проблема поиска партнера для спаривания возникает у них регулярно. Однако среди птиц и млекопитающих встречаются моногамные виды, т.е. образующие прочные пары (например, волки, лебеди, попугаи). Известны примеры и полигамии; так, морские котики, тюлени, некоторые другие млекопитающие и птицы создают устойчивую группу из одного более сильного, чем его конкуренты, самца и целого гарема самок.
Способы воспроизведения потомства. Разные группы животных выработали не только разные способы оплодотворения; у них по-разному появляется на свет потомство. В зависимости от того, как это происходит, различают три способа размножения.
Яйцерождение. Подавляющее большинство видов животных откладывают яйца, из которых выводится молодь. Таких животных называют яйцеродящими или яйцекладущими. К ним относятся почти все морские беспозвоночные, насекомые, многие рыбы, земноводные, пресмыкающиеся, птицы и однопроходные млекопитающие.
Живорождение. У живородящих животных оплодотворенное яйцо развивается в теле самки, получая от нее питание до самого рождения детеныша на свет. К живородящим относятся все млекопитающие за исключением однопроходных утконоса и ехидны. Живорождение встречается и в других группах, например у некоторых пресмыкающихся и у более примитивных животных.
Яйцеживорождение. Существует и промежуточная форма воспроизведения потомства: яйцо развивается, продолжая оставаться в теле самки, но питание зародыша обеспечивается желтком яйца, а не организмом матери. Яйцеживорождение свойственно некоторым акулам и другим рыбам, ряду земноводных, многим ящерицам и змеям.
Стратегии размножения. С этими способами размножения связаны и разные его стратегии.
На одном полюсе стратегия экономного размножения, характеризующегося медленным воспроизведением малочисленного потомства и заботливым его выращиванием (выкармливанием, уходом, обереганием, научением); на другом расточительное, избыточное размножение с производством очень большого количества яиц и воспроизведением многочисленного потомства при отсутствии заботы о нем. Если в первом случае вероятность выживания потомства весьма значительна, то во втором шансы на сохранение яиц и выживание каждого отдельного потомка крайне малы, так что только интенсивное размножение может компенсировать высокий процент гибели яиц и молоди на всех стадиях развития. Первая стратегия в целом свойственна высокоорганизованным животным млекопитающим и птицам. Однако в пределах этих групп основная стратегия может быть выражена в разной степени. Например, у приматов она проявляется в наибольшей мере: они длительно вынашивают плод и производят на свет обычно по одному, еще очень беспомощному, детенышу, которого долго вскармливают и растят. С другой стороны, мыши, крысы или кролики могут плодиться несколько раз в год, рождая каждый раз до десятка детенышей, которые быстро приобретают самостоятельность. В результате такого интенсивного размножения повышается вероятность гибели потомков из-за недостатка пищи или в связи с быстрым ростом популяции из-за распространения болезней и размножения хищников. Таким образом, сравнивая грызунов с приматами, стратегию их размножения следует признать неэкономной. Тем не менее расточительность сил при размножении грызунов не сопоставима с тем, что наблюдается у различных видов яйцекладущих, например рыб, многие из которых выметывают сотни тысяч и миллионы икринок.
Крайне малая вероятность выживания потомства при неэкономной стратегии компенсируется у некоторых беспозвоночных тем, что они размножаются не только во взрослом, но и в личиночном состоянии. Это наблюдается у паразитических плоских червей, в частности у трематод, у нескольких видов жуков, у галлиц (их личинки вызывают образование галлов на листьях растений) и у ряда морских ракообразных. Откладывание яиц личинками многократно повышает плодовитость вида. Такие яйца развиваются обычно партеногенетически. Однако среди яйцекладущих нередок и сравнительно экономный подход к размножению. Примером заботы о потомстве среди рыб может служить колюшка: самец колюшки строит гнездо, куда 23 самки откладывают несколько сот икринок, которые он охраняет, а затем оберегает в нем мальков от хищников. В целом примерно 20% видов костистых рыб заботится о потомстве, причем у видов с наружным оплодотворением такую заботу проявляют чаще самцы, тогда как при внутреннем обычно самки.
Многим животным свойственна забота о сохранности яиц: одни откладывают их в ил, землю и разные укромные места, другие (в частности, некоторые ракообразные и офиуры, среди рыб морская игла и морской конек, среди земноводных жабы-повитухи и пипы) носят яйца на себе, и количество яиц в этом случае много меньше, чем при выметывании их в воду. Еще дальше в этой стратегии пошли яйцеживородящие.
Своеобразную стратегию размножения избрали общественные насекомые, например муравьи и общественные пчелы. Они строят гнезда, оберегают яйца и обеспечивают питанием личинок, но оставляют функцию размножения только одной (у пчел) или нескольким (у муравьев) самкам в сообществе. Размножающаяся самка, называемая маткой или царицей, откладывает многочисленные яйца. Самцы появляются лишь на короткое время и после спаривания погибают.
Партеногенез. Яйца некоторых организмов способны развиваться без оплодотворения, т.е. без участия сперматозоида. Такой процесс однополого размножения называют партеногенезом, или девственным размножением. Его рассматривают как редуцированную форму полового размножения.
Примеры естественного партеногенеза у млекопитающих неизвестны; они изредка встречаются у низших позвоночных и весьма обычны у беспозвоночных, особенно у насекомых. Существует два типа партеногенеза: облигатный (т.е. обязательный) и факультативный. Первый свойствен видам, у которых самцов либо нет совсем, либо они редки и не способны функционировать. К таким видам относятся некоторые тли, палочники, сверчки, бабочки; популяции без самцов изредка встречаются у рыб, например у серебряного карася. При факультативном партеногенезе яйца могут развиваться как партеногенетически, так и в результате оплодотворения, причем партеногенетическое размножение может преобладать в условиях, когда слишком редки контакты разнополых особей, например на границе ареала распространения вида.
Известен также циклический партеногенез, при котором размножение с участием обоих полов чередуется с партеногенетическим. Например, многие виды тлей дают несколько партеногенетических поколений в течение короткого теплого периода лета, а на зиму откладывают оплодотворенные яйца, которые покрыты плотной оболочкой и способны перезимовывать; весной из них выходят только самки, но осенью появляется поколение с некоторым количеством самцов и цикл возобновляется. Аналогичным образом размножаются и некоторые другие виды с высокой сезонной смертностью, например коловратки. Циклический партеногенез наблюдается также у видов с личиночным размножением; при этом оплодотворенные яйца откладывают обычно только зрелые особи, а у личинок они развиваются партеногенетически.
О половом размножении растений см . СЕМЯ .
Мэйнард Смит Дж. Эволюция полового размножения . М., 1981
Гормональная регуляция размножения у млекопитающих . М., 1987
Докинз Р. Эгоистичный ген . М., 1993
Читайте также:
