Рост, развитие, размножение. Жизнь. Открытая система

Сущность процессов воспроизведения и размножения

Воспроизведение — это способность организмов образовывать себе подобных. Воспроизведение является одним из важнейших свойств жизни и возможно благодаря общей способности организмов производить потомство. Однако не всегда непосредственные потомки подобны родительским особям. Например, из спор папоротника вырастает многочисленное потомство, представленное заростками, не похожими на материнское спороносное растение. На заростке, в свою очередь, возникает непохожее на него растение — спорофит. Такое явление получило название чередование поколений.

Если образование потомства сопровождается увеличением числа особей данного вида, то такой процесс представляет собой размножение. Размножение — это воспроизведение генетически сходных особей данного вида, которое характеризуется увеличением числа особей в дочернем поколении по сравнению с поколением родителей.

При размножении обеспечивается преемственность и непрерывность жизни. Преемственность заключается в том, что в процессе воспроизведения передается вся генетическая информация, заложенная в родительском поколении, дочернему поколению. Благодаря смене поколений определенные виды и их популяции могут существовать неограниченно долго, так как снижение их численности вследствие естественной гибели особей компенсируется за счет постоянного воспроизведения организмов и замещения умерших родившимися (непрерывность жизни).

Виды организмов, будучи представлены смертными особями, благодаря смене поколений не только сохраняют и передают потомкам основные черты своего строения и функционирования, но и изменяются. Наследственные изменения организмов в размножения наблюдается у некоторых водорослей и простейших (фораминифер, споровиков).

Спорообразование встречается у водорослей, простейших (споровики) и некоторых групп бактерий. Этот тип размножения связан с образованием спор. Спора представляет собой клетку, покрытую плотной оболочкой. Последняя надежно защищает внутреннее содержимое клетки от воздействия неблагоприятных условий. Бактериальные споры, например, оказываются очень устойчивыми к воздействию высоких температур. У споровиков споры являются особой стадией жизненного цикла, позволяющей «переживать» действия неблагоприятных факторов среды. Попав в благоприятные условия, спора прорастает и развивается в новый организм.

Бесполое размножение многоклеточных организмов. Вегетативное размножение — форма бесполого размножения у растений, при котором начало новому организму дают вегетативные органы — корень, стебель, лист, либо специализированные видоизмененные побеги — клубни, луковицы, корневища, выводковые почки и т. п.

В основе фрагментации, как и в случае вегетативного размножения, лежит способность организма восстанавливать недостающие органы и части тела (регенерация). При этом способе размножения новые особи возникают из фрагментов материнского организма. Фрагментацией могут размножаться, например, нитчатые водоросли, грибы, некоторые плоские (ресничные) и кольчатые черви.

Почкование характерно для губок, некоторых кишечнополостных (гидры) и оболочников (асцидии), у которых за счет размножения группы клеток на теле образуются выпячивания (почки). Почка увеличивается в размерах, затем у нее появляются зачатки всех структур и органов, характерных для материнского организма. Потом происходит отделение (отпочковывание) дочерней особи, которая растет и достигает размеров материнского организма. Если дочерние особи не отделяются от материнской, то формируются колонии (коралловые полипы).

У некоторых кишечнополостных встречается размножение стробиляцией. При этом полип интенсивно растет, а затем в верхней части делится поперечными перетяжками на дочерние особи (стробилы). В это время полип напоминает стопку тарелок. Образовавшиеся дочерние особи — медузы — отрываются от материнской и начинают самостоятельное существование.

Бесполое размножение одноклеточных организмов. Бактерии и простейшие (амебы, эвглены, инфузории и др.) размножаются делением клетки надвое. Бактерии делятся простым бинарным делением; простейшие — митозом. После деления дочерние клетки растут и, достигнув величины материнского организма, снова делятся.

В природе наблюдаются случаи, когда клетки делятся не на равные части. В этом случае меньшая клетка как бы отпочковывается от большой. Подобный тип деления (гетеротомия) встречается у дрожжей и некоторых бактерий, и его называют почкованием.

Множественное деление (шизогония) характеризуется тем, что при таком размножении наблюдается многократное деление ядра без деления цитоплазмы. Далее вокруг каждого из ядер обособляется небольшой участок цитоплазмы, и деление клетки завершается образованием множества дочерних особей. Такой тип ряду поколений приводят к изменению вида или к возникновению новых видов.

Обычно различают два основных типа размножения: бесполое и половое. Половое размножение связано с образованием половых клеток — гамет, их слиянием (оплодотворением), образованием зиготы и дальнейшим ее развитием. Бесполое размножение не связано с образованием гамет.

Источник : Н.А. Лемеза Л.В.Камлюк Н.Д. Лисов "Пособие по биологии для поступающих в ВУЗы"

>> Сущность жизни и свойства живого

Сущность жизни и свойства живого.

1. Что такое жизнь?
2. Что считают структурно-функциональной единицей живого?
3. Какие свойства живого вам известны?
4. Сущность жизни. Вы уже знаете, что биология - это наука о жизни. Но что такое жизнь?

Классическое определение немецкого философа Фридриха Энгельса: «Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка» - отражает уровень биологических знаний второй половины XIX в.

В XX в. делались многочисленные попытки дать определение жизни, отражающие всю многогранность данного процесса.

Все определения содержали следующие постулаты, отражающие сущность жизни:

Жизнь есть особая форма движения материи;
- жизнь есть обмен веществ и энергии в организме;
- жизнь есть жизнедеятельность в организме;
- жизнь есть самовоспроизведение организмов, которое обеспечивается передачей генетической информации от поколения к поколению.

Жизнь представляет собой форму движения материи высшую по сравнению с физической и химической формами ее существования.

В самом общем смысле жизнь можно определить как активное, идущее с затратой энергии, полученной извне, поддержание и самовоспроизведение специфических структур, состоящих из биополимеров - белков и нуклеиновых кислот.

Ни нуклеиновые кислоты, ни белки в отдельности не являются субстратом жизни. Они становятся субстратом жизни лишь тогда, когда находятся и функционируют в клетках. Вне клеток - это химические соединения.
По определению отечественного биолога В. М. Волькенштейна, «живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров - белков и нуклеиновых кислот».

Свойства живого.

Для живого характерен ряд общих свойств. Перечислим их.

1. Единство химического состава. Живые существа образованы теми же химическими элементами, что и неживые объекты, но в живых существах 90% массы приходится на четыре элемента: С, О, N, Н, которые участвуют в образовании сложных органических молекул, таких, как белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, липиды.

2. Единство структурной организации. Клетка является единой структурно-функциональной единицей, а также единицей развития почти для всех живых организмов на Земле. Исключением являются вирусы, но и у них свойства живого проявляются, лишь когда они находятся в клетке. Вне клетки жизни нет.

3. Открытость. Все живые организмы представляют собой открытые системы, т. е. системы, устойчивые лишь при условии непрерывного поступления в них энергии и вещества из окружающей среды.

4. Обмен веществ и энергии. Все живые организмы способны к обмену веществ с окружающей средой. Обмен веществ осуществляется в результате двух взаимосвязанных процессов: синтеза органических веществ в организме (за счет внешних источников энергии - света и пищи) и процесса распада сложных органических веществ с выделением энергии, которая затем расходуется организмом.

Обмен веществ обеспечивает постоянство химического состава в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды.

5. Самовоспроизведение (репродукция). Способность к самовоспроизведению является важнейшим свойством всех живых организмов. В ее основе лежит информация о строении и функциях любого живого организма, заложенная в нуклеиновых кислотах и обеспечивающая специфичность структуры и жизнедеятельности живого.

6. Саморегуляция. Любой живой организм подвергается воздействию непрерывно меняющихся условий окружающей среды. В то же время для протекания процессов жизнедеятельности в клетках необходимы определенные условия. Благодаря механизмам саморегуляции сохраняется относительное постоянство внутренней среды организма, т. е. поддерживается постоянство химического состава и интенсивность течения физиологических процессов (иными словами, поддерживается гомеостаз: от греч. homoios - одинаковый и stasis - состояние).

7. Развитие и рост. В процессе индивидуального развития (онтогенеза) постепенно и последовательно проявляются индивидуальные свойства организма и осуществляется его рост. Кроме того, все живые системы эволюционируют - изменяются в ходе исторического развития (филогенеза).

8. Раздражимость. Любой живой организм способен избирательно реагировать на внешние и внутренние воздействия.

9. Наследственность и изменчивость. Преемственность поколений обеспечивается наследственностью. Потомки не являются копиями своих родителей из-за способности наследственной информации к изменениям - изменчивости.

Отдельные свойства, перечисленные выше, могут быть присущи и неживой природе. Например, кристаллы в насыщенном растворе соли могут «расти». Однако этот рост не имеет тех качественных и количественных параметров, которые присущи росту живого.

Для горящей свечи тоже характерны процессы обмена веществ и превращения энергии, но она не способна к саморегуляции и самовоспроизведению.

Следовательно, все перечисленные выше свойства в своей совокупности характерны только для живых организмов,

Жизнь. Открытая система.

1. Почему очень сложно дать определение понятия «жизнь»?
2. В чем отличие химической организации живых организмов от объектов неживой природы?
3. Почему живые организмы называются открытыми системами?
4. Чем принципиально отличаются процессы обмена у живых организмов и в неживой природе?
5. Какова роль изменчивости и наследственности в развитии жизни на нашей планете?

Сравните сущность процессов роста, размножения и обмена веществ в неживой природе и у живых организмов. Приведите примеры свойств, характерных для живого организма, которые можно наблюдать и у неживых объектов.

Организм (лат. orqanizo - устраиваю) - это особь, индивид (лат.individuus - неделимый), самостоятельно взаимодействующий со средой своего обитания. Термин «организм» легко понять, но почти невозможно однозначно определить. Организм может состоять из одной клетки и может быть многоклеточным. Разные колониальные организмы могут состоять из однородных организмов, например вольвокс, или представлять собой комплекс высокодифференцированных особей, составляющих единое целое, например португальский кораблик - колониальное кишечнополостное животное. Иногда даже отделенные друг от друга особи образуют группы, отличающиеся определенными индивидуальными свойствами: например, у пчел, как и у других социальных насекомых, семья имеет ряд свойств организма.

Каменский А. А. Биология 10-11 класс
Отправлено читателями с интернет-сайта

Содержание урока конспект уроку и опорный каркас презентация урока акселеративные методы и интерактивные технологии закрытые упражнения (только для использования учителями) оценивание Практика задачи и упражнения,самопроверка практикумы, лабораторные, кейсы уровень сложности задач: обычный, высокий, олимпиадный домашнее задание Иллюстрации иллюстрации: видеоклипы, аудио, фотографии, графики, таблицы, комикси, мультимедиа рефераты фишки для любознательных шпаргалки юмор, притчи, приколы, присказки, кроссворды, цитаты Дополнения внешнее независимое тестирование (ВНТ) учебники основные и дополнительные тематические праздники, слоганы статьи национальные особенности словарь терминов прочие Только для учителей

Основу жизни составляет постоянный обмен веществ между живым организмом и окружающей средой. Прекращение такого обмена означает полное или временное выключение организма из жизни.

В процессе обмена живой организм постоянно обновляется, причем это обновление идет неравномерно: в одних частях организма обмен более интенсивный, в других-замедленный.

Одни органы растут и увеличиваются в объеме, другие сохраняют при этом прежние размеры. В отдельных случаях наблюдается так называемый отрицательный рост, который имеет место, например, при образовании спор у бактерий, когда клетка уменьшается в размерах. Кроме изменения размеров, обмен веществ влияет на химический состав организма. Например, в молодых растущих тканях процент воды выше, чем в старых.

Одно из следствий развития организма-размножение. Размножение большей частью связано с увеличением биомассы, т. е. с ростом. В процессе вегетативного деления каждая клеточка, разделившись, начинает расти и достигает размера материнской клетки, после чего в свою очередь приступает к делению. В результате размножения организмов обычно наблюдается значительное увеличение биомассы-суммарной массы всех клеток. Но размножение не всегда сопровождается увеличением биомассы. Так, гомогенные нити Sphaerotilus natans способны распадаться с образованием отдельных гонидий. Увеличения биомассы при этом не происходит. Возможен и противоположный процесс: рост без размножения. Например, при воздействии некоторых ядов бактериальные клетки интенсивно растут, но не делятся. В результате образуются гигантские патологические, так называемые L-формы бактерий.

У некоторых низших организмов рост без размножения закономерен. Примером может быть рост одноклеточного мицелия некоторых грибов.

При интенсивном росте развитие и размножение отсутствуют. Развитие без роста имеет место при образовании спор у бактерий. При этом в клетке сначала происходят биохимические изменения, а затем отрицательный рост.

Таким образом, рост, развитие и размножение клеток большей частью связаны прямой зависимостью, но в отдельных случаях соотношение их может быть различным. Эти закономерности сохраняются и для многоклеточных организмов, и для микробных культур (популяций)2. Рост популяции складывается из роста и размножения отдельных клеток. При этом часть клеток может отмирать, часть образовываться вновь, и, если количество отмерших и образовавшихся вновь клеток будет одинаковым, то рост культуры бактерий в целом будет отсутствовать.

Развитие многоклеточного организма, равно как и микробной популяции, связано, во-первых, с изменением отдельных клеток и, во-вторых, с изменением соотношения между отдельными типами клеток (например, при увеличении числа спороносных клеток в бактериальной культуре).

В практике микробиологических производств обычно приходится иметь дело с культурами, состоящими из огромного числа клеток, и в некоторых случаях, например при изучении биологической очистки сточных вод, с сообществами, состоящими из различных популяций микроорганизмов. При этом большое значение имеет изучение микробной популяции в целом: изменения соотношения отдельных групп микроорганизмов, а также соотношения живых и мертвых клеток в ней, изменения показателей их биохимической активности, в частности, содержания ферментов. Очень важные показатели-прирост биомассы и скорость роста клеток.

При характеристике свойств живого уже отмечалось, что одним из этих свойств является дискретность.

Дискретность организации живой материи предполагает суще­ствование размножения - процесса воспроизведения себе подоб­ных.

Необходимое условие размножения - наследственность, т.е. способность воспроизводить свойства и признаки родителей. И хотя под словами «размножение* и «наследственность* имеются в виду разные свойства живых организмов, они, по существу, тесно вваимосвязаны. Это и понятно, так как естественный отбор благоприятствует сохранению любых признаков и свойств, повы­шающих жизнеспособность потомства на всех этапах жизни организма. В борьбе за существование побеждают организмы, которые оставляют больше потомков, доживающих до взрослого состояния и в свою очередь оставляющих потомство. Такая направленность отбора приводит к тому, что многие особенности строения и поведения служат для наиболее успешного размно­жения. Примеры многочисленных приспособлений, обеспечива-

ющих максимальную выживаемость потомства, будут приведены в гл. И.

Известны различные формы размножения, но все они могут быть объединены в два типа: половое и бесполое.

Половым размножением называют смену поколений и развитие организмов на основе специализированных - половых - клеток, образующихся в половых железах. В эволюции размножения наиболее прогрессивным оказался способ, благодаря которому новый организм развивается в результате слияния двух половых клеток, образованных разными родителями. Однако у беспозво­ночных животных нередко сперматозоиды и яйцеклетки формируются в теле одного организма. Такое явление - обоепо- лость - называют гермафродитизмом. Цветковые растения также бывают обоеполыми. У большинства видов покрытосеменных (цветковых) растений обоеполый цветок включает и тычинки, образующие мужские половые клетки - спермин, и пестики, содержащие яйцеклетки. Примерно у четвертой части видов мужские (тычиночные) и женские (пестичные) цветки развива­ются независимо, т.е. цветки однополые. Примером может служить КОНОПЛЯ. У некоторых растений - кукурузы, березы - и мужские и женские цветки возникают на одной особи.

Известны случаи, когда новый организм не обязательно появляется в результате слияния половых клеток. У некоторых видов животных и растений наблюдается развитие из неоплодот- воренной яйцеклетки. Такое размножение называют девственным, или партеногеническим.

Бесполое размножение характеризуется тем, что новая особь развивается из неполовых, соматических (телесных) клеток.

Рассмотрим подробнее оба типа размножения.

Вопросы для пояторения и задания

Какие основные способы размножения вам известны?

Что такое половое размножение?

Как называют организмы, в теле которых образуются женские и мужские половые

Что такое бесполое размножение?

в 16. БЕСПОЛОЕ РАЗМНОЖЕНИЕ

При бесполом размножении новый организм может возникнуть из одной клетки или из нескольких неполовых (соматических) клеток материнской особи.

Многие простейшие (амебы, эвглена зеленая и др.), однокле­точные водоросли (хламидомонада) размножаются путем митотического деления клетки. Другим одноклеточным - неко­торым низшим грибам, водорослям (хлорелла), животным, 82

например малярийному плазмодию (возбудитель малярии),- свойственно спорообразование. Оно состоит в том, что клетка распадается на большое число особей, равное количеству ядер, заранее образованных в родительской клетке в результате многократного деления ее ядра. Многоклеточные организмы также способны к спорообразованию: это мхи, высшие грибы, многокле­точные водоросли, папоротникообразные и некоторые другие.

Как у одноклеточных, так и у многоклеточных организмов способом бесполого размножения служит также почкование. Например, у дрожжевых грибов (рис. 45) и некоторых инфузорий (сосущие инфузории) почкование заключается в том, что на материнской клетке первоначально образуется небольшой бугорок, содержащий ядро,- почка. Она растет, достигает размеров, близких к размерам материнского организма, и затем отделяется,

переходя к самостоятельному существованию. У многоклеточных (пресноводная гидра) почка состоит из группы клеток обоих слоев стенки тела. Почка растет, удлиняется, на переднем ее конце появляется ротовое отверстие, окруженное щупальцами. Почко­вание завершается образованием маленькой гидры, которая затем отделяется от материнского организма (рис. 46).

У многоклеточных животных бесполое размножение осущест­вляется также путем деления тела на две части (медузы, кольчатые черви) или же путем фрагментации тела на несколько частей (плоские черви, иглокожие). Из таких частей развиваются полноценные особи.

У растений широко распространено вегетативное размно­жение, т.е. частями тела - черенками, усами, клубнями (рис. 47)

Так, у картофеля для размножения служат видоизмененные подземные части стебля - клубни. У жасмина, ивы легко укореняются побеги - черенки. С помощью черенков размножают виноград, смородину. Длинные ползучие стебли земляники - усы

Образуют почки, которые., укореняясь, дают начало новому растению. Немногие растения, например бегония, могут размно­жаться листовыми черенками (листовая пластинка и черешок). На нижней стороне листа, в местах разветвления крупных жилок, возникают корни, на верхней - почки, а затем побеги.

Для вегетативного размножения используют также корень. В садоводстве с помощью черенков из боковых корней размножают малину, вишню, сливу, розу. С помощью корневых клубней размножаются георгины. Видоизменение подземной части стебля

Корневище - также образует новые растения. Например, осот с помощью корневиша может дать до 1800 новых особей на 1 м почвы.

Бесполое размножение, эволюционно возникшее раньше поло­вого,- весьма эффективный процесс. С его помощью в бла­гоприятных условиях численность вида может быстро увеличиваться. Однако при любых формах бесполого размножения все потомки имеют генотип, идентичный материнскому Вспомните митоз. В интерфазе происходит абсолютно точное удвоение генетического материала клетки, в результате которого при делении каждая из дочерних клеток получает наследственную информацию, сходную с таковой у материнской клетки. Поскольку все соматические клетки организма возникли путем митоза, а именно из них и развивается новый организм, становится понятным, почему все особи при бесполом размножении ге­нетически сходны: оно не сопровождается повышением генетиче­ского разнообразия. Новые признаки, которые могут оказаться полезными при изменении условий среды, поваляются только в результате относительно редких мутаций.

Вопросы для повторения и задания

У каких организмов встречается бесполое размножение?

Какие формы бесполого размножения вам известны? Приведите примеры.

Почему при бесполом размножении потомки генетически сходны между собой и с родительской особью?

В каких случаях при бесполом размножении отдельные особи отличаются от родительской?

117. ПОЛОВОЕ РАЗМНОЖЕНИЕ

Половое размножение имеет очень большие эволюционные преимущества по сравнению с бесполым. Это обусловлено тем, что генотип потомков возникает путем комбинации генов, принадлежащих обоим родителям. В результате повышаются возможности организмов в приспособлении к условиям окружаю­щей среды (см. с. 182). Так как новые комбинации осуществля-

ются в каждом поколении, то приспособленными к новым условиям существования может оказаться гораздо большее количе­ство особей, чем при бесполом размножении. Появление новых комбинаций генов обеспечивает более успешное и быстрое приспособление вида к меняющимся условиям обитания.

Таким образом, сущность полового размножения заключается в объединении в наследственном материале потомка генетической информации от двух разных источников-родителей.

У обоеполых животных и растений существуют приспособ­ления, предотвращающие самооплодотворение. У плоских червей (планарий) и у кольчатых (дождевых червей) наблюдается спаривание между разными особями. У растений самоопыление исключается в случае их однополости. Когда же развиваются обоеполые цветки, тычинки и пестики созревают неодновременно, что и делает возможным только перекрестное опыление.

РАЗВИТИЕ ПОЛОВЫХ КЛЕТОК (ГАМЕТОГЕНЕЗ)

В половых железах развиваются половые клетки: мужские - сперматозоиды; женские - яйцеклетки (или яйца). В первом случае путь их развития называют сперматогенезом, во втором

Овогенезом (от лат. ovo - яйцо).

Разделение полов имеет очевидные эволюционные преимуще­ства. Раздельнополость создает возможность специализации родителей по строению и поведению, а возникновение нового эволюционного фактора - полового отбора (см. ниже) - способ­ствует развитию различных форм заботы о потомстве. При этом самцы могут играть большую роль в охране семьи, охоте, а также участвовать в конкуренции за самку - половом отборе.

В процессе образования половых клеток - как сперматозоидов, так и яйцеклеток - выделяют ряд стадий (рис. 48). Первая стадия

Период размножения, в котором первичные половые клетки делятся путем митоза, в результате чего увеличивается их количество. При сперматогенезе размножение пераичных половых клеток очень интенсивное, оно начинается с наступления половой зрелости и протекает в течение всего репродуктивного периода, т.е. времени, когда животное может участвовать в половом размножении, и постепенно затухает лишь к стврости. Размно­жение женских первичных половых клеток у низших позвоночных также продолжается почти всю жизнь. У млекопитающих, в том числе и у человека, эти клетки с наибольшей интенсивностью размножаются лишь в период внутриутробного развития у плода и сохраняются в состоянии покоя до полового созревания.

Второй период - период роста. У незрелых мужских гамет он выражен нерезко. Их размеры увеличиваются незначительно. Напротив, будущие яйцеклетки - овоциты - увеличиваются в размерах иногда в сотни, а чаще в тысячи и даже миллионы раз. У одних животных овоциты растут очень быстро - в течение нескольких дней или недель, у других видов рост продолжается месяцы и годы. Рост овоцитов осуществляется за счет веществ, образуемых другими клетками организма.

Так, у рыб, амфибий и в большей степени у рептилий и птиц основную массу яйца составляет желток. Он синтезируется в печени, в особой растворимой форме переносится кровью в яичник, проникает в растущие овоциты и откладывается там в виде желточных пластинок. Кроме того, в самой будущей половой клетке синтезируются многочисленные белки и большое количество

Рис. 49. Основные стадии мейоэа. Объяснения ■ тексте

разнообразных РНК: транспортных, рибосомных и инфор­мационных. Желток - совокупность питательных веществ (жиров, белков, углеводов, витаминов и др.), необходимых для питания развивающегося зародыша, а РНК обеспечивает синтез белков на ранней стадии развития, когда собственная наследственная инфор­мация еще не используется.

Следующий период - период созревания, или мейоз,- пред­ставлен на рис. 49. Клетки, вступающие в период созревания, содержат диплоидный набор хромосом и уже удвоенное количество ДНК (2л4с).

В процессе полового размножения у организмов любого вида из поколения в поколение сохраняется свойственное ему число хромосом. Это достигается тем, что перед слиянием половых клеток - оплодотворением - в процессе созревания в них умень­шается (редуцируется) число хромосом, т.е. из диплоидного набора (2п) образуется гаплоидный (1и). Закономерности прохождения мейоза в мужских и женских половых клетках, по существу, одинаковы. Поэтому сначала рассмотрим общие черты этого процесса, а затем остановимся на конкретных особенностях, характерных для сперматогенеза и овогенеза.

Сущность мейоза состоит в том, что каждая половая клетка получает одинарный, гаплоидный, набор хромосом. Однако вместе с тем мейоз - это стадия, во время которой создаются новые комбинации генов путем сочетания разных материнских и отцовских хромосом. Перекомбинирование наследственных задатков возникает, кроме того, и в результате обмена участками между гомологичными хромосомами в процессе мейоза.

Мейоз включает два последовательных, идущих друг за другом практически без перерыва деления. Как и в митозе, в каждом мейотическом делении выделяют четыре стадии: профазу, мета­фазу, анафазу и телофазу.

Первое (I) мейотическое деление. Профаза 1 начинается спирализацией хромосом. В результате в световой микроскоп видны тонкие длинные нити. Уже на этом этапе при большом увеличении микроскопа можно различить, что каждая хромосома состоит из двух хроматнд, соединенных между собой в области центромеры. Затем гомологичные хромосомы сближа­ются, каждая точка каждой хроматиды одной хромосомы совме­щается с соответствующей точкой хроматиды другой, гомологичной хромосомы. Этот процесс точного и тесного сближения гомо­логичных хромосом в мейозе называют конъюгацией. В процессе конъюгации гомологичные хромосомы, каждая из которых состоит из двух хроматцд, сближаются на расстояние, не превышающее 120 нм, причем хромосомы удерживаются одна возле другой благодаря образованию хроматидами каждой гомологичной хромо­сомы белковых нитей с утолщениями на конце. Нити обеих хромосом соединяются друг с другом способом, напоминающим застежку «молния» (рис. 50). Благодаря таким мостикам гомо­логичные хромосомы могут долгое время находиться в сближенном (конъюгированном) состоянии. В дальнейшем между такими хромосомами может произойти обмен одинаковыми, или гомо­логичными, т.е. содержащими одни и те же гены участками. Такой процесс носит название кроссинговера (рис. 51). К концу профазы между гомологичными хромосомами возникают силы

отталкивания. Вначале они проявляются в области центромер, а затем в других участках. Гомологичные хромосомы остаются связанными между собой в тех местах, где произошел кроссинговер (рис. 52). В метафазе I спирализация хромосом максимальна. Конъюгированные хромосомы располагаются по экватору, причем центромеры гомологичных хромосом обращены к разным полюсам клетки (рис. 53). К ним прикрепляются нити веретена деления.

В анафазе I плечи гомологичных хромосом окончательно разделяются и хромосомы расходятся к различным полюсам. Следовательно, из каждой пары гомологичных хромосом в дочернюю клетку попадает только одна. Число хромосом умень­шается в два раза, хромосомный набор становится гаплоидным. Однако каждая хромосома состоит из двух хроматид, т.е. по-прежнему содержит удвоенное количество ДНК, и, следова­тельно, формула хромосомного набора клетки после завершения первого мейотического деления 1«2с. В телофазе I на непро­должительное время образуется ядерная оболочка. Поскольку отдельные хромосомы гаплоидных дочерних клеток остаются удвоенными, во время интерфазы между 1 и II делениями мейоза редупликации ДНК ие происходит. Клетки, образовавшиеся в результате I деления созревания, отличаются по составу 90 отцовских и материнских хромосом и, следовательно, по набору генов.

Например, все клетки человека, в том числе первичные половые клетки, содержат 46 хромосом. Из них 23 получены от отца и 23 от матери. После I мейотического деления в сперматоциты и овоциты также попадает по 23 хромосомы. Однако вследствие случайности расхождения отцовских и материнских хромосом в анафазе 1 образующиеся клетки получают самые разнообразные комбинации родительских хромосом. Напрвмер, в одной из них может оказаться 3 отцовских и 20 материнских хромосом, в другой - 10 отцовских и 13 материнских, в третьей - 20 отцовских и 3 материнских и т.д. Число возможных комбинаций очень велико. Если учесть еще обмен гомологичными участками хромосом в профазе 1 деления мейоза, то вполне очевидно, что каждая образующаяся клетка генетически уникаль­на, так как несет свой неповторимый набор генов.

Следовательно, мейоз - основа комбинативной генетической изменчивости.

Второе (II) мейотическое деление. Второе деление мейоза в общем протекает так же, как обычное митотическое деление, с той лишь разницей, что делящаяся клетка гаплоидна (1и2с). В анафазе II центромеры, соединяющие сестринские хроматиды в каждой хромосоме, делятся, и хро- матиды, как и в митозе, с этого момента становятся самостоя­тельными хромосомами. С завершением телофазы II заканчивается и весь процесс мейоза: из исходной первичной половой клетки образовались четыре гаплоидные клетки с хромосомным набором 1п1с.

Такны образом, сущность периода созревания состоит в том, что в половых клетках путем двукратного мейотического деления количество хромосом уменьшается вдвое, а количество ДНК - вчетверо. Биологический смысл второго мейотического деления заключается в том, что количество ДНК приводится в соответствие хромосомному набору.

У особей мужского пола все четыре гаплоидные клетки, образовавшиеся в результате мейоза, в дальнейшем преобразуются в гаметы - сперматозоиды. У особей женского пола вследствие неравномерного мейоза лишь из одной клетки получается жизнеспособное яйцо. Три другие дочерние клетки гораздо мельче, они превращаются в так называемые направительные, или редукционные, тельца, вскоре погибающие. Биологический смысл образования только одной яйцеклетки и гибели трех полноценных (с генетической точки зрения) направительных телец обусловлен необходимостью сохранения в одной клетке всех запасных

Рис 54. Строение куриного яйца

I - скорлуп«. 2 - подскорлупопая оболоч­ка. 5 ЖСЛТОК. 4- зародышем- н диск. 1

слонбадковойсболочки.Р - калаза питательных веществ, которые понадобятся для развития будущего зародыша.

В зависимости от количества желтка в яйцеклетке женские гаметы подразделяют на ряд типов. Например, у ланцетника желтка мало и он практически равномерно распределяется по всей цитоплазме, а у рептилий и птиц желтка очень много, и он сконцентрирован у одного из полюсов клетки. Этот полюс получил название вегетативного (питающего). Другой полюс, где желтка мало, несет ядро клетки и называется анимальным (от лат. ап1ша1иб - животное).

Период формирования состоит в приобретении клетками определенной формы и размеров, соответствующих их специфиче­ской функции. Женские половые клетки в процессе созревания покрываются оболочками и готовы к оплодотворению непосредст­венно после завершения мейоза. Во многих случаях, например у пресмыкающихся, птиц и млекопитающих, за счет деятельности клеток, окружающих яйцеклетку, вокруг нее возникает ряд дополнительных оболочек (рис. 54). Их функция заключается в защите яйцеклетки и развивающегося зародыша от внешних неблагоприятных воздействий. Функция сперматозоидов состоит в доставке в яйцеклетку генетической информации и стимуляции ее развития. В связи с этим после завершения мейоза половая клетка подвергается значительной и глубокой перестройке. Аппарат Гольджи располагается на переднем крае головки, преобразуясь в концевое тельце - акросому, выделяющую фер­менты, растворяющие мембрану яйца.

Митохондрии компактно упаковываются вокруг появившегося жгутика, образуя шейку. Сформированный сперматозоид содержит также центриоль (рис. 55).

Оплодотворение представляет собой процесс слияния сперма­тозоида с яйцеклеткой (рис. 56). Очень часто оплодотворение наступает сразу после осеменения. Однако известны случаи, когда между этими событиями проходит значительное время. У летучих 92

Рис. 56. Оплодотворение у млекопита­ющих (схема). А - сперматозоид

проникает в яйцо; В - ИЗ головки спер­матозоида образовалось ядро, в из шейки яйцеклетка получила центриоль:

1 - жсмсхоа ядро, 2 - сперматозоид, 3- воспринимающий бугорок. 4-цеитрноль, 3 мужское ядро

мышей при осеннем спаривании яйца не оплодотворяются и сперматозоиды перезимовывают в половых путях самки. Оплодотворение осуществляется весной, когда созревают яйцеклетки. Иногда после оплодотворения развитие зиготы быстро прекращается и возобновляется лишь через несколько месяцев. Это связано с тем, что период деторождения и воспитания молодых животных приурочен, как правило, к наиболее благоприятному сезону - концу весны и началу лета. Поэтому общая длительность беременности у горностая, например, составляет 300-320 сут, у соболя - 230-280 сут, хотя действительный период развития этих зверей значитель­но короче.

Вопросы для повторения к задания

Чем половое размножение отличается от бесполого?

Какие периоды выделяют в развитии половых клеток?

Опишите развитие мужских половых клеток, женских половых клеток. Расскажите, как протекает период созревания (мейоз) в процессе сперматогенеза, овогенеза

Укажите отличия мейоза от митоза.

В чем заключается биологический смысл мейоза?

Почему зрелые половые клетки одного организма несут разные комбинации генов? В чем состоят эволюционные преимущества полового размножения перед беспо-

Размножение – свойство организмов. Деление клетки как основа роста, развития и размножения организмов

Размножени е – свойство живых организмов воспроизводить себе подобных.
Клеточный цикл – жизнь клетки от момента ее появления в процессе деления материнской клетки до ее собственного деления, включая это деление, или ее гибели.
Митоз – процесс непрямого деления соматических клеток эукариот, при котором наследственный материал сначала удваивается, а затем равномерно распределяется между дочерними клетками.
Амитоз – прямое деление клетки, при котором не происходит равномерного распределения ДНК между дочерними клетками.

2. Почему размножение считают одним из важнейших этапов индивидуального развития организмов?
Клетки живого существа не могут делиться бесконечно, иначе организм был бы бессмертен. В определенный период в клетках запускаются программы гибели. Чтобы оставить потомство, передать ему свою генетическую информацию, чтобы вид не исчез, организм должен размножаться.

3. Рассмотрите представленный на рисунке митотический цикл соматической клетки человека и заполните таблицу.

Митотический цикл соматической клетки

4. Назовите периоды митотического цикла клетки, обозначенные на рисунке выше буквами А и Б, и охарактеризуйте биологическое значение каждого из них.
А – интерфаза. Период подготовки к делению. В ее результате происходит накопление энергии для митоза, синтез белков микротрубочек для веретена деления. К концу интерфазы каждая хромосома состоит из двух хроматид. Это необходимо для дальнейшего деления клетки и равномерной передачи генетического материала между дочерними клетками.
Б – митоз. В его результате из одной клетки материнской образуется две дочерние с одинаковым, идентичным материнской клетке, набором хромосом. Так, воспроизводятся новые клетки с количественно и качественно новой генетической информацией. Митоз необходим для нормального развития и роста многоклеточного организма.

5. Заполните таблицу.

Фазы митоза

6. Что такое апоптоз? Каково его биологическое значение?
Апоптоз – это «запрограммированная» клеточная смерть. Нужен для того, чтобы организм постепенно старел и в конце погибал. Организм не должен быть бессмертен, должны появляться новые организмы-потомки, а вид – эволюционировать.

7. Что происходит в организме в результате нарушения процессов апоптоза?
В результате ослабления апоптоза возникают аутоиммунные заболевания и злокачественные опухоли. При усилении апоптоза возникают дегенеративные процессы, уродства с дефектами тканей.

8. Для каких клеток характерен амитоз? Приведите примеры.
При амитозе не происходит равномерного распределения ДНК между дочерними клетками. Иногда не происходит цитокинез и образуется двуядерная клетка. Амитоз характерен для клеток отмирающих тканей и злокачественных опухолей.

Бесполое размножение

Бесполое размножение – форма размножения, при котором делится одноклеточный организм или клетки многоклеточного организма и происходит образование дочерних особей.
Вегетативное размножение – вид бесполого размножения многоклеточного организма, при котором потомство развивается из группы родительских клеток.

2. Какова биологическая роль бесполого размножения?
Бесполое размножение позволяет быстро увеличивать численность данного вида в благоприятных условиях. Однако при таком размножении не происходит увеличения генетического разнообразия вида.

3. Составьте схему.

Половое размножение. Мейоз

1. Дайте определения понятий.
Половое размножение – форма размножения, при которой особи каждого следующего поколения возникают в результате слияния двух специализированных гаплоидных леток – гамет.
Половой процесс – процесс слияние половых клеток (гамет), в результате которого возникает зигота.
Мейоз – деление ядра эукариотической клетки с уменьшением числа хромосом в два раза.
Гаметы – репродуктивные клетки, имеющие гаплоидный набор хромосом и участвующие в половом размножении.

2. Какова биологическая роль полового размножения?
При половом размножении происходит увеличение генетического разнообразия вида. Потомки получают возможность адаптироваться к постоянно меняющимся условиям окружающей среды, и другие новые признаки.

3. Заполните таблицу.

Фазы мейоза

4. Закончите схему.

Изменение хромосомного набора клеток (n) и числа молекул ДНК (с) в процессе мейоза

5. Какие способы полового размножения вам известны?
Конъюгация – форма полового процесса, при котором происходит слияние двух физиологически равноценных клеток. Наблюдается у некоторых одноклеточных организмов.
Копуляция – половой процесс, слияние двух половых клеток (гамет); соединение двух особей при половом акте.
Изогамия – тип полового размножения, при котором женские и мужские гаметы неотличимы друг от друга.
Гетерогамия – тип полового размножения, при котором женские гаметы крупные и неподвижные (яйцеклетки), а мужские маленькие и подвижные (сперматозоиды).

6. Рассмотрите в учебнике рис. 51 на с. 123. Заполните таблицу.

Образование половых клеток (гаметогенез)

7. Охарактеризуйте биологическую сущность гаметогенеза.
Гаметогенез – это процесс образования половых клеток: из одной диплоидной клетки образуется 4 гаплоидных. Половые клетки должны иметь гаплоидный набор, чтобы при последующем половом размножении организма у его потомков сохранялся постоянный набор хромосом (генотип).

8. Рассмотрите рисунок. Определите, какие рисунки соответствуют митозу, а какие – мейозу. Объясните, по каким признакам вы провели различение этих процессов. Распределите цифровые обозначение (1-12) в соответствии с принадлежностью изображенных фаз к типам деления клетки, в последовательности их протекания.
На рисунках 2, 5, 7, 8 – показан митоз. Здесь мы видим 4 стадии, от начала образование хромосом с двумя хроматидами, до образования двух клеток с деспирализованными хромосомами. Все хромосом одной клетки – одного цвета.
На рисунках 1, 3, 4, 6, 9,10, 11, 12 изображен мейоз. Здесь мы можем увидеть два деления, в самом конце образуется 4 гаплоидных клетки. Хромосомы показаны с участками разных цветов, так как в диплоидной клетке находятся хромосомы мужские и женские, затем между ними происходит конъюгация и кроссинговер.
Митоз: 8, 2, 5, 7.
Мейоз: 4, 6, 1, 3, 9, 11, 10, 12.

Оплодотворение и его значение

1. Дайте определение понятий.
Оплодотворение – процесс слияния гамет.
Зигота – первая клетка нового организма, образовавшаяся в результате оплодотворения.
Двойное оплодотворение – половой процесс у покрытосеменных растений, при котором оплодотворяются как яйцеклетка, так и центральная клетка зародышевого мешка двумя спермиями.

2. Какова биологическая роль оплодотворения?
При оплодотворении сперматозоид сливается с яйцеклеткой. Только в результате этого процесса возникает зигота, содержащая генетический материал обоих родителей.

3. Чем внешнее оплодотворение отличатся от внутреннего?
Внешнее оплодотворение происходит вне организма самки, обычно в водной среде (рыбы, моллюски, земноводные).
При внутреннем оплодотворении «встреча» сперматозоида и яйцеклетки происходит в половых путях самки (наземные животные).

4. В чем суть двойного оплодотворения у цветковых растений?
Суть двойного оплодотворения – в образования диплоидной зиготы (1 спермий и яйцеклетка), из которой далее развивается зародыш семени, и слияния второго спермия с центральной диплоидной клеткой, в результате чего образуется триплоидная клетка. Из триплоидной клетки в будущем развивается эндосперм, в котором запасаются питательные вещества.