Podstata procesů rozmnožování a rozmnožování
Přehrávání je schopnost organismů tvořit svůj vlastní druh. Reprodukce je jednou z nejdůležitějších vlastností života a je možná díky obecné schopnosti organismů produkovat potomstvo. Bezprostřední potomci však nejsou vždy podobní svým rodičům. Například z výtrusů kapradin vyrůstají četní potomci představovaní výhonky, které nejsou podobné mateřské výtrusné rostlině. Na výhonku se zase objeví rostlina, která je jí nepodobná – sporofyt. Tento jev se nazývá střídání generací.
Pokud je tvorba potomků doprovázena nárůstem počtu jedinců daného druhu, pak je tento proces rozmnožováním. Reprodukce je rozmnožování geneticky podobných jedinců daného druhu, které se vyznačuje nárůstem počtu jedinců v dceřiné generaci oproti generaci rodičů.
Reprodukce zajišťuje kontinuitu a kontinuitu života. Kontinuita spočívá v tom, že v průběhu procesu rozmnožování se veškerá genetická informace obsažená v rodičovské generaci přenáší na generaci dceřinou. Díky výměně generací mohou určité druhy a jejich populace existovat neomezeně, protože pokles jejich počtu v důsledku přirozeného úhynu jedinců je kompenzován neustálým rozmnožováním organismů a nahrazováním mrtvých organismů novými. (kontinuita života).
Druhy organismů, reprezentované smrtelnými jedinci, si v důsledku generační výměny nejen uchovávají a předávají svým potomkům hlavní rysy své stavby a fungování, ale také se mění. U některých řas a prvoků (foraminifera, sporozoa) jsou pozorovány dědičné změny organismů v reprodukci.
Sporulace vyskytující se v řasách, prvokech (sporofytech) a některých skupinách bakterií. Tento typ reprodukce zahrnuje tvorbu spór. Výtrus Je to buňka pokrytá hustou membránou. Ten spolehlivě chrání vnitřní obsah buňky před expozicí nepříznivé podmínky. Například spory bakterií se zdají být velmi odolné vůči vysokým teplotám. U sporozoanů jsou spory zvláštní fází životního cyklu, která jim umožňuje „přežít“ účinky nepříznivých faktorů prostředí. Jakmile jsou v příznivých podmínkách, spora klíčí a vyvíjí se nový organismus.
Nepohlavní rozmnožování mnohobuněčných organismů. Vegetativní množení- forma nepohlavního rozmnožování u rostlin, kdy počátek nového organismu je dán vegetativními orgány - kořeny, stonky, listy nebo specializovanými upravenými výhonky - hlízy, cibule, oddenky, pupeny atd.
V jádru fragmentace, stejně jako v případě vegetativního množení spočívá schopnost těla obnovit chybějící orgány a části těla (regenerace). Při tomto způsobu rozmnožování vznikají noví jedinci z fragmentů mateřského organismu. Fragmentací se mohou rozmnožovat například vláknité řasy, houby, někteří ploští (ciliated) a kroužkovití červi.
Pučící charakteristické pro houby, některé koelenteráty (hydra) a pláštěnce (ascidiany), u kterých se v důsledku množení skupiny buněk na těle tvoří výběžky (pupeny). Ledviny se zvětšují, pak se objevují základy všech struktur a orgánů charakteristických pro tělo matky. Poté dochází k oddělení (pučení) dceřiného jedince, který roste a dosahuje velikosti těla matky. Pokud se dceřiní jedinci neoddělí od matky, pak se tvoří kolonie (korálové polypy).
K rozmnožování dochází u některých koelenterátů strobilace. V tomto případě polyp intenzivně roste a poté je v horní části rozdělen příčnými zúženími na dceřiné jedince (strobili). V této době se polyp podobá stohu talířů. Výslední dceřiní jedinci - medúzy - se odtrhnou od matky a začnou samostatnou existenci.
Nepohlavní rozmnožování jednobuněčných organismů. Bakterie a prvoci (améby, euglena, nálevníci atd.) se rozmnožují rozdělením buňky na dvě. Bakterie se dělí jednoduchým binárním štěpením; prvoci - mitózou. Po rozdělení dceřiné buňky rostou a po dosažení velikosti těla matky se znovu dělí.
V přírodě existují případy, kdy buňky nejsou rozděleny na stejné části. V tomto případě se zdá, že menší buňka se odděluje od větší. Tento typ dělení (heterotomie) se vyskytuje u kvasinek a některých bakterií a je tzv pučící.
Vícenásobné štěpení (schizogonie) vyznačující se tím, že při takové reprodukci jsou pozorována mnohočetná dělení jádra bez dělení cytoplazmy. Dále se kolem každého jádra oddělí malá oblast cytoplazmy a buněčné dělení končí tvorbou mnoha dceřiných jedinců. Tento typ generace vede ke změně druhu nebo ke vzniku nových druhů.
Obvykle existují dva hlavní typy reprodukce: asexuální a sexuální. Pohlavní rozmnožování je spojeno se vznikem zárodečných buněk – gamet, jejich splynutím (oplozením), vznikem zygoty a jejím dalším vývojem. Nepohlavní rozmnožování nezahrnuje tvorbu gamet.
Zdroj : NA. Lemeza L.V. Kamlyuk N.D. Lisov „Příručka o biologii pro ty, kteří vstupují na univerzity“
>> Podstata života a vlastnosti živých věcí
Podstata života a vlastnosti živých věcí.
1. Co je život?
2. Co je považováno za stavební a funkční jednotku živých věcí?
3. Jaké znáš vlastnosti živých tvorů?
4. Podstata života. To už víš biologie- Tento věda o životě. Ale co je život?
Klasická definice německého filozofa Friedricha Engelse: „Život je způsob existence bílkovinných těl, jehož základním bodem je konstantní metabolismus s vnější přírodou, která je obklopuje, a se zastavením tohoto metabolismu také ustává život, což vede k rozkladu bílkovin“ - odráží úroveň biologické znalosti druhý poloviny 19. století PROTI.
Ve 20. století Bylo učiněno mnoho pokusů definovat život, což odráží složitost tohoto procesu.
Všechny definice obsahovaly následující postuláty odrážející podstatu života:
Život je zvláštní forma pohybu hmoty;
- život je metabolismus a energie v těle;
- život je životně důležitá činnost v těle;
- život je samoreprodukce organismů, která je zajištěna přenosem genetických informace z generace na generaci.
Život je vyšší forma pohybu hmoty ve srovnání s fyzikálními a chemickými formami jeho existence.
V nejobecnějším smyslu lze život definovat jako aktivní udržování a sebereprodukci specifických struktur sestávajících z biopolymerů – proteinů a nukleových kyselin, ke které dochází při výdeji energie přijaté zvenčí.
Samotné nukleové kyseliny ani proteiny nejsou substrátem života. Stávají se substrátem života pouze tehdy, když se nacházejí a fungují v buňkách. Mimo buňky jsou to chemické sloučeniny.
Podle definice ruského biologa V. M. Volkenshteina „živá těla existující na Zemi jsou otevřené, samoregulační a samoreprodukující se systémy postavené z biopolymerů – proteinů a nukleových kyselin“.
Vlastnosti živých tvorů.
Živé věci se vyznačují řadou obecné vlastnosti. Pojďme si je vyjmenovat.
1. Jednota chemického složení. Živé bytosti jsou tvořeny stejným chemické prvky, jako neživé předměty, ale u živých bytostí 90 % hmoty tvoří čtyři prvky: C, O, N, H, které se podílejí na tvorbě komplexních organické molekuly jako jsou proteiny, nukleové kyseliny, sacharidy, lipidy.
2. Jednota strukturální organizace. Buňka je jedinou strukturní a funkční jednotkou, stejně jako vývojovou jednotkou pro téměř všechny žijící organismy na zemi. Viry jsou výjimkou, ale i ty vykazují živé vlastnosti pouze tehdy, když jsou v buňce. Mimo celu není žádný život.
3. Otevřenost. Všechny živé organismy jsou otevřené systémy, tedy systémy, které jsou stabilní pouze tehdy, když nepřetržitě přijímají energii a hmotu životní prostředí.
4. Metabolismus a energie. Všechny živé organismy jsou schopny vyměňovat látky se svým prostředím. Metabolismus probíhá jako výsledek dvou vzájemně souvisejících procesů: syntézy organická hmota v těle (díky vnějším zdrojům energie – světlu a potravě) a procesem odbourávání složitých organických látek s uvolňováním energie, kterou pak tělo spotřebovává.
Metabolismus zajišťuje stálost chemického složení v neustále se měnících podmínkách prostředí.
5. Samoreprodukce (reprodukce). Schopnost vlastní reprodukce je nejdůležitější vlastnost všechny živé organismy. Vychází z informací o struktuře a funkcích jakéhokoli živého organismu obsaženého v nukleové kyseliny a zajištění specifičnosti struktury a činnosti živých tvorů.
6. Seberegulace. Každý živý organismus je vystaven neustále se měnícím podmínkám prostředí. Současně jsou nutné určité podmínky, aby v buňkách proběhly životně důležité procesy. Díky mechanismům samoregulace je zachována relativní stálost vnitřního prostředí těla, tedy stálost chemického složení a intenzita fyziologických procesů (jinými slovy je udržována homeostáza: od Řecké homoios – identický a stáz – stav).
7. Vývoj a růst. Probíhá individuální rozvoj(ontogeneze) se postupně a soustavně objevují jednotlivé vlastnosti organismu a dochází k jeho růstu. Všechny živé systémy se navíc vyvíjejí – mění se během historický vývoj(fylogeneze).
8. Podrážděnost. Každý živý organismus je schopen selektivně reagovat na vnější i vnitřní vlivy.
9. Dědičnost a proměnlivost. Kontinuita generací je zajištěna dědičností. Potomci nejsou kopiemi svých rodičů kvůli schopnosti dědičné informace se měnit – variabilitě.
Některé z výše uvedených vlastností mohou být vlastní neživé přírodě. Například krystaly v nasyceném solném roztoku mohou „růst“. Tento růst však nemá ty kvalitativní a kvantitativní parametry, které jsou vlastní růstu živých věcí.
Hořící svíčka se také vyznačuje metabolickými procesy a přeměnou energie, ale není schopna samoregulace a sebereprodukce.
V důsledku toho jsou všechny výše uvedené vlastnosti ve svém souhrnu charakteristické pouze pro živé organismy,
Život. Otevřený systém.
1. Proč je velmi obtížné definovat pojem „život“?
2. Jaký je rozdíl mezi chemickou organizací živých organismů a neživých předmětů?
3. Proč se živé organismy nazývají otevřené systémy?
4. Jak se zásadně liší metabolické procesy mezi živými organismy a neživou přírodou?
5. Jakou roli hraje variabilita a dědičnost ve vývoji života na naší planetě?
Porovnejte podstatu procesů růstu, rozmnožování a metabolismu v neživé přírodě a v živých organismech. Uveďte příklady vlastností charakteristických pro živý organismus, které lze pozorovat i u neživých předmětů.
Organismus (latinsky orqanizo - uspořádám) je jedinec, jedinec (latinsky individuus - nedělitelný), nezávisle interagující se svým stanovištěm. Pojem „organismus“ je snadno pochopitelný, ale téměř nemožné ho jasně definovat. Organismus se může skládat z jedné buňky nebo může být mnohobuněčný. Různé koloniální organismy se mohou skládat z homogenních organismů, například volvox, nebo představovat komplex vysoce diferencovaných jedinců, kteří tvoří jeden celek, například portugalský válečný muž, koloniální coelenterát. Někdy i jedinci oddělení od sebe tvoří skupiny, které se liší v určitých individuálních vlastnostech: např. u včel má podobně jako u jiného společenského hmyzu čeleď řadu vlastností organismu.
Kamensky A. A. Biologie 10-11 ročník
Odeslali čtenáři z webu
Základem života je neustálá výměna látek mezi živým organismem a prostředím. Zastavení takové výměny znamená úplné nebo dočasné odstavení těla ze života.
V procesu výměny se živý organismus neustále obnovuje a tato obnova je nerovnoměrná: v některých částech těla je výměna intenzivnější, v jiných pomalejší.
Některé orgány rostou a zvětšují svůj objem, zatímco jiné zůstávají stejně velké. V v některých případech je pozorován tzv. negativní růst, ke kterému dochází např. při tvorbě spor u bakterií, kdy se buňka zmenšuje. Kromě změn velikosti ovlivňuje metabolismus chemické složení tělo. Například procento vody v mladých rostoucích tkáních je vyšší než ve starých.
Jedním z důsledků vývoje organismu je reprodukce. Reprodukce je většinou spojena s nárůstem biomasy, tedy s růstem. Během procesu vegetativního dělení začíná každá buňka po rozdělení růst a dosáhne velikosti mateřské buňky, po které se začne dělit. V důsledku rozmnožování organismů je obvykle pozorován výrazný nárůst biomasy, celkové hmoty všech buněk. Rozmnožování ale není vždy doprovázeno nárůstem biomasy. Homogenní vlákna Sphaerotilus natans jsou tedy schopna rozpadu za vzniku jednotlivých gonidií. Nedochází k nárůstu biomasy. Je možný i opačný proces: růst bez rozmnožování. Například, když jsou vystaveny určitým jedům, bakteriální buňky rychle rostou, ale nedělí se. V důsledku toho vznikají obří patologické, tzv. L-formy bakterií.
U některých nižších organismů je růst bez rozmnožování přirozený. Příkladem je růst jednobuněčného mycelia některých hub.
Při intenzivním růstu chybí vývoj a reprodukce. Vývoj bez růstu nastává, když bakterie tvoří spory. V tomto případě dochází nejprve k biochemickým změnám v buňce a poté k negativnímu růstu.
Růst, vývoj a rozmnožování buněk tedy většinou přímo souvisí, ale v některých případech může být jejich poměr odlišný. Tyto vzorce jsou zachovány jak pro mnohobuněčné organismy, tak pro mikrobiální kultury (populace)2. Růst populace se skládá z růstu a rozmnožování jednotlivých buněk. V tomto případě mohou některé buňky zemřít, některé se mohou znovu vytvořit, a pokud je počet mrtvých a nově vytvořených buněk stejný, pak růst bakteriální kultury jako celku nebude chybět.
Vývoj mnohobuněčného organismu, stejně jako mikrobiální populace, je spojen za prvé se změnami jednotlivých buněk a za druhé se změnou poměru mezi jednotlivými buněčnými typy (např. se zvýšením počtu spór -nesoucí buňky v bakteriální kultuře).
V praxi mikrobiologické produkce se obvykle musíme potýkat s kulturami skládajícími se z obrovského množství buněk a v některých případech, například při studiu biologického čištění odpadních vod, se společenstvími skládajícími se z různých populací mikroorganismů. V čem velká důležitost má studium mikrobiální populace jako celku: změny poměru jednotlivých skupin mikroorganismů, jakož i poměr živých a mrtvých buněk v nich, změny ukazatelů jejich biochemické aktivity, zejména obsah enzymů. Velmi důležitými ukazateli jsou růst biomasy a rychlost růstu buněk.
Při charakterizaci vlastností živých věcí již bylo poznamenáno, že jednou z těchto vlastností je diskrétnost.
Diskrétní povaha organizace živé hmoty předpokládá existenci reprodukce – procesu reprodukce vlastního druhu.
Nezbytnou podmínkou pro reprodukci je dědičnost, tzn. schopnost reprodukovat vlastnosti a vlastnosti rodičů. A ačkoli slova „reprodukce* a „dědičnost*“ znamenají různé vlastnostiživé organismy, jsou v podstatě úzce propojeny. To je pochopitelné, protože přírodní výběr podporuje zachování jakýchkoli vlastností a vlastností, které zvyšují životaschopnost potomstva ve všech fázích života organismu. V boji o existenci vítězí organismy, které zanechávají více potomků, kteří přežijí do dospělosti, a naopak zanechávají potomky. Tento směr výběru vede k tomu, že mnoho strukturálních a behaviorálních znaků slouží k nejúspěšnější reprodukci. Příklady mnoha zařízení poskytujících
ty, které maximalizují přežití potomků, budou uvedeny v kapitole. A.
Jsou známy různé formy rozmnožování, ale všechny lze kombinovat do dvou typů: sexuální a asexuální.
Pohlavním rozmnožováním se rozumí změna generací a vývoj organismů založených na specializovaných pohlavních buňkách vytvořených v gonádách. V evoluci reprodukce se jako nejprogresivnější ukázala metoda, kdy se vyvine nový organismus jako výsledek fúze dvou zárodečných buněk tvořených různými rodiči. U bezobratlých živočichů se však spermie a vajíčka často tvoří v těle jednoho organismu. Tento fenomén – bisexualita – se nazývá hermafroditismus. Kvetoucí rostliny jsou také oboupohlavné. U většiny druhů krytosemenných (kvetoucích) rostlin zahrnuje dvoupohlavný květ jak tyčinky, které tvoří samčí reprodukční buňky – spermie, tak pestíky, které obsahují vajíčka. Přibližně u čtvrtiny druhů se samčí (tyčinec) a samičí (pistilát) květy vyvíjejí samostatně, tzn. květy jsou jednopohlavné. Příkladem může být HEMP. U některých rostlin - kukuřice, břízy - se na stejném jedinci objevují samčí i samičí květy.
Existují případy, kdy se nový organismus nemusí nutně objevit jako výsledek fúze zárodečných buněk. U některých druhů zvířat a rostlin je pozorován vývoj z neoplozeného vajíčka. Tento typ reprodukce se nazývá panenský nebo partenogenní.
Nepohlavní rozmnožování se vyznačuje tím, že se z nepohlavních somatických (tělesných) buněk vyvine nový jedinec.
Podívejme se blíže na oba typy reprodukce.
Otázky ke kontrole a zadání
Jaké hlavní metody reprodukce znáte?
Co je sexuální reprodukce?
Jak se jmenují organismy, v jejichž těle se tvoří ženské a mužské reprodukční orgány?
Co je to asexuální rozmnožování?
v 16. ASEXUÁLNÍ REPRODUKCE
Při nepohlavním rozmnožování může nový organismus vzniknout z jedné buňky nebo z několika nepohlavních (somatických) buněk matky.
Mnoho prvoků (améba, zelená euglena aj.), jednobuněčné řasy (Chlamydomonas) se rozmnožují mitotickým buněčným dělením. Jiné jednobuněčné organismy – některé nižší houby, řasy (chlorella), živočichové, 82
Například Plasmodium falciparum (původce malárie) se vyznačuje sporulací. Spočívá v tom, že se buňka rozpadne na velké číslo jedinců, rovnající se počtu jader dříve vytvořených v mateřské buňce v důsledku opakovaného dělení jejího jádra. Sporulace jsou schopné i mnohobuněčné organismy: jsou to mechy, vyšší houby, mnohobuněčné řasy, křídlatky a některé další.
U jednobuněčných i mnohobuněčných organismů je pučení také metodou nepohlavního rozmnožování. Například u kvasinkových hub (obr. 45) a některých nálevníků (nálevníků savých) spočívá pučení v počátečním vytvoření malého tuberkulu obsahujícího jádro, pupen, na mateřské buňce. Roste, dosahuje velikosti blízké velikosti těla matky a poté se odděluje,
přechod k samostatné existenci. U mnohobuněčných organismů (sladkovodní hydra) se ledvina skládá ze skupiny buněk z obou vrstev tělesné stěny. Poupátko roste, prodlužuje se a na jeho předním konci se objevuje ústní otvor obklopený chapadly. Pučení končí vytvořením malé hydry, která se následně oddělí od mateřského organismu (obr. 46).
U mnohobuněčných živočichů se nepohlavní rozmnožování provádí také rozdělením těla na dvě části (medúzy, kroužkovci) nebo fragmentací těla na více částí (ploštěnci, ostnokožci). Z takových částí se vyvinou plnohodnotní jedinci.
V rostlinách je rozšířeno vegetativní množení, tzn. části těla - řízky, úponky, hlízy (obr. 47)
U brambor se tak k rozmnožování využívají upravené podzemní části natě – hlízy. Jasmín a vrbové výhonky - řízky - snadno zakořeňují. Hrozny a rybíz se množí pomocí řízků. Dlouhé plazivé jahodové stonky - kníry
Vytvářejí pupeny, které po zakořenění dávají vzniknout nové rostlině. Jen málo rostlin, jako je begonie, lze množit listovými řízky (čepel a řapík). Na spodní straně listu, v místech, kde se rozvětvují velké žíly, se objevují kořeny, na horní straně - pupeny a pak výhonky.
Kořen se také používá k vegetativnímu množení. V zahradnictví se maliny, třešně, švestky a růže množí pomocí řízků z postranních kořenů. Jiřiny se rozmnožují pomocí kořenových hlíz. Úprava podzemní části stonku
Oddenek – tvoří i nové rostliny. Například bodlák setý s pomocí oddenků dokáže vyprodukovat až 1800 nových jedinců na 1 m půdy.
Nepohlavní rozmnožování, které se vyvinulo dříve než pohlavní rozmnožování, je velmi účinný proces. S jeho pomocí se v příznivých podmínkách může populace druhu rychle zvýšit. Při jakékoli formě nepohlavní reprodukce však mají všichni potomci genotyp identický s mateřským. Pamatujte na mitózu. V interfázi dochází k naprosto přesnému zdvojení genetického materiálu buňky, v důsledku čehož při dělení každá z dceřiných buněk dostává dědičnou informaci podobnou té mateřské. Vzhledem k tomu, že všechny somatické buňky těla vznikly mitózou a právě z nich se vyvíjí nový organismus, je jasné, proč jsou všichni jedinci během asexuálního rozmnožování geneticky podobní: není to doprovázeno zvýšením genetické diverzity. Nové vlastnosti, které se mohou ukázat jako užitečné při změně podmínek prostředí, se objeví pouze v důsledku relativně vzácných mutací.
Zkontrolujte otázky a úkoly
U kterých organismů dochází k nepohlavnímu rozmnožování?
Jaké znáte formy asexuálního rozmnožování? Dát příklad.
Proč jsou při nepohlavním rozmnožování potomci geneticky podobní sobě navzájem a rodiči?
V jakých případech se při nepohlavním rozmnožování jednotliví jedinci liší od rodiče?
117. SEXUÁLNÍ ROZMNOŽOVÁNÍ
Pohlavní rozmnožování má ve srovnání s nepohlavním rozmnožováním velmi velké evoluční výhody. Je to dáno tím, že genotyp potomka vzniká kombinací genů patřících oběma rodičům. V důsledku toho se zvyšuje schopnost organismů přizpůsobit se podmínkám prostředí (viz str. 182). Protože se provádějí nové kombinace
jsou přítomny v každé generaci, pak se mnohem větší počet jedinců může adaptovat na nové podmínky existence než u nepohlavní reprodukce. Vznik nových genových kombinací zajišťuje úspěšnější a rychlejší adaptaci druhu na měnící se podmínky prostředí.
Podstata pohlavního rozmnožování tedy spočívá ve spojení v dědičném materiálu potomka genetické informace ze dvou různých rodičovských zdrojů.
Bisexuální zvířata a rostliny mají adaptace, které brání samooplodnění. U ploštěnek (planaris) a kroužkovců (žížaly) je pozorováno páření mezi různými jedinci. U rostlin je samosprašnost vyloučena, pokud jsou jednopohlavné. Když se vyvinou oboupohlavné květy, tyčinky a pestíky nedozrávají současně, což umožňuje pouze vzájemné opylení.
VÝVOJ ZÁRODNÍCH BUNĚK (GAMETHOGENEZE)
V gonádách se vyvíjejí pohlavní buňky: mužské - spermie; samice - vajíčka (nebo vajíčka). V prvním případě se cesta jejich vývoje nazývá spermatogeneze, ve druhém
Oogeneze (z latinského ovo - vejce).
Oddělení pohlaví má zjevné evoluční výhody. Dioecy vytváří možnost specializace rodičů ve struktuře a chování a vznik nového evolučního faktoru - sexuální selekce (viz níže) - přispívá k rozvoji různých forem péče o potomstvo. Zároveň samci mohou hrát velkou roli při ochraně rodiny, lovu a také se účastnit soutěže o samici - sexuální selekce.
V procesu tvorby zárodečných buněk - spermií i vajíček - existuje řada fází (obr. 48). První etapa
Období rozmnožování, ve kterém se primordiální zárodečné buňky dělí mitózou, což má za následek zvýšení jejich počtu. Při spermatogenezi je rozmnožování zárodečných buněk perika velmi intenzivní, začíná nástupem puberty a pokračuje po celé reprodukční období, tzn. čas, kdy se zvíře může podílet na pohlavním rozmnožování, a postupně mizí až do dospělosti. Reprodukce samičích primordiálních zárodečných buněk u nižších obratlovců také pokračuje téměř po celý život. U savců včetně člověka se tyto buňky nejintenzivněji množí pouze v období nitroděložního vývoje u plodu a zůstávají v klidu až do puberty.
Druhé období je obdobím růstu. U nezralých samčích gamet není jasně vyjádřen. Jejich velikost se mírně zvětšuje. Naopak budoucí vajíčka – oocyty – se někdy zvětší o stovky, častěji tisíckrát, ba i milionkrát. U některých zvířat rostou oocyty velmi rychle - během několika dnů nebo týdnů, u jiných druhů růst pokračuje měsíce nebo roky. Růst oocytů se provádí díky látkám tvořeným jinými buňkami těla.
U ryb, obojživelníků a ve větší míře u plazů a ptáků je tedy hlavní částí vajíčka žloutek. Je syntetizován v játrech, transportován ve speciální rozpustné formě krví do vaječníků, proniká do rostoucích oocytů a tam se ukládá ve formě žloutkových destiček. Kromě toho v budoucí reprodukční buňce samotné, četné bílkoviny a velké množství
 Rýže. 49. Hlavní stadia meioea. Vysvětlivky ■ text |
různé RNA: transportní, ribozomální a informační. Žloutek je souhrn živin (tuků, bílkovin, sacharidů, vitamínů atd.) nezbytných pro výživu vyvíjejícího se embrya a RNA zajišťuje syntézu bílkovin v rané fázi vývoje, kdy ještě není využita vlastní dědičná informace.
Další období - období zrání neboli meióza - je znázorněno na Obr. 49. Buňky vstupující do období zrání obsahují diploidní sadu chromozomů a již zdvojnásobené množství DNA (2l4c).
Během procesu sexuální reprodukce si organismy jakéhokoli druhu zachovávají svůj charakteristický počet chromozomů z generace na generaci. Toho je dosaženo tím, že před splynutím zárodečných buněk - oplodněním - v procesu zrání se počet chromozomů v nich sníží (redukuje), tzn. z diploidní množiny (2n) vzniká haploidní množina (1i). Vzorce meiózy v mužských a ženských zárodečných buňkách jsou v podstatě stejné. Nejprve proto zvážíme obecné rysy tohoto procesu a poté se zaměříme na specifické rysy charakteristické pro spermatogenezi a oogenezi.
Podstatou meiózy je, že každá pohlavní buňka obdrží jednu, haploidní sadu chromozomů. Meióza je však zároveň stádiem, během kterého vznikají nové kombinace genů kombinací různých mateřských a otcovských chromozomů. K rekombinaci dědičných inklinací dochází také v důsledku výměny úseků mezi homologními chromozomy během procesu meiózy.
Meióza zahrnuje dvě po sobě jdoucí divize, které na sebe navazují prakticky bez přerušení. Stejně jako v mitóze má každé meiotické dělení čtyři stupně: profáze, metafáze, anafáze a telofáze.
První (I) meiotické dělení. Profáze 1 začíná spiralizací chromozomů. Díky tomu jsou pod světelným mikroskopem viditelné tenké dlouhé nitě. Již v této fázi, při velkém zvětšení mikroskopu, lze rozeznat, že každý chromozom se skládá ze dvou chromatandů spojených navzájem v centromeře. Poté se homologní chromozomy přiblíží k sobě, každý bod každé chromatidy jednoho chromozomu se spojí s odpovídajícím bodem chromatidy jiného, homologního chromozomu. Tento proces přesného a těsného spojení homologních chromozomů v meióze se nazývá konjugace. Během procesu konjugace se homologní chromozomy, z nichž každý se skládá ze dvou chromatid, spojí do vzdálenosti nepřesahující 120 nm a chromozomy jsou drženy vedle sebe v důsledku tvorby proteinových vláken se ztluštěním na konci. chromatidy každého homologního chromozomu. Řetězce obou chromozomů jsou navzájem spojeny způsobem připomínajícím zip (obr. 50). Díky takovým můstkům mohou homologní chromozomy na dlouhou dobu být v blízkém (konjugovaném) stavu. V budoucnu může mezi takovými chromozomy dojít k výměně identických nebo homologních chromozomů, tzn. oblasti obsahující stejné geny. Tento proces se nazývá crossover (obr. 51). Ke konci profáze vznikají síly mezi homologními chromozomy
 |
odpor. Nejprve se objevují v oblasti centromery a poté v jiných oblastech. Homologní chromozomy zůstávají navzájem spojeny v těch místech, kde došlo ke křížení (obr. 52). V metafázi I je spirála chromozomů maximální. Konjugované chromozomy jsou umístěny podél rovníku, přičemž centromery homologních chromozomů směřují k různým pólům buňky (obr. 53). K nim jsou připevněny závity vřetena.
V anafázi I se ramena homologních chromozomů nakonec oddělí a chromozomy se přesunou k různým pólům. Z každého páru homologních chromozomů se tedy do dceřiné buňky dostane pouze jeden. Počet chromozomů se sníží na polovinu, sada chromozomů se stává haploidní. Každý chromozom se však skládá ze dvou chromatid, tzn. stále obsahuje dvojnásobné množství DNA, a proto vzorec sady chromozomů buňky po dokončení prvního meiotického dělení je 1-2c. V telofázi I se na krátkou dobu vytvoří jaderný obal. Protože jednotlivé chromozomy haploidních dceřiných buněk zůstávají duplikované, nedochází během interfáze mezi 1. a 2. dělením meiózy k žádné reduplikaci DNA. Buňky vzniklé v důsledku prvního dělení zrání se liší složením 90 otcovských a mateřských chromozomů a v důsledku toho i sadou genů.
Například všechny lidské buňky, včetně primordiálních zárodečných buněk, obsahují 46 chromozomů. Z toho 23 bylo přijato od otce a 23 od matky. Po prvním meiotickém dělení dostávají spermatocyty a oocyty také 23 chromozomů. Avšak kvůli náhodnosti divergence otcovských a mateřských chromozomů v anafázi 1 získají výsledné buňky širokou škálu kombinací rodičovských chromozomů. Například jeden z nich může mít 3 otcovské a 20 mateřských chromozomů, další - 10 otcovských a 13 mateřských, třetí - 20 otcovských a 3 mateřské atd. Počet možných kombinací je velmi velký. Vezmeme-li v úvahu i výměnu homologních oblastí chromozomů v profázi 1 meiotického dělení, pak je zcela zřejmé, že každá výsledná buňka je geneticky jedinečná, neboť nese vlastní unikátní sadu genů.
V důsledku toho je meióza základem kombinované genetické variability.
Druhé (II.) meiotické dělení. Druhé dělení meiózy obecně probíhá stejně jako běžné mitotické dělení, jen s tím rozdílem, že dělící se buňka je haploidní (1u2c). V anafázi II se dělí centromery spojující sesterské chromatidy v každém chromozomu a chromatidy se od tohoto okamžiku stávají samostatnými chromozomy, jako v mitóze. Dokončením telofáze II celý proces meiózy končí: z původní primární zárodečné buňky vznikly čtyři haploidní buňky s chromozomovou sadou In1c.
Podstatou doby zrání je tedy to, že v zárodečných buňkách se dvojitým meiotickým dělením počet chromozomů sníží na polovinu a množství DNA se čtyřnásobně sníží. Biologický význam druhého meiotického dělení spočívá v tom, že množství DNA je uvedeno do souladu se sadou chromozomů.
U samců jsou všechny čtyři haploidní buňky vzniklé v důsledku meiózy následně přeměněny na gamety – spermie. U samic v důsledku nerovnoměrné meiózy produkuje životaschopné vajíčko pouze jedna buňka. Další tři dceřiné buňky jsou mnohem menší, mění se v takzvaná vodící neboli redukční tělesa, která brzy odumírají. Biologický význam vzniku pouze jednoho vajíčka a smrti tří plnohodnotných (z genetického hlediska) směrových tělísek je dán nutností zachovat všechna náhradní v jedné buňce
Obrázek 54. Struktura slepičího vejce
Já - skořápka." 2 - podplášťová membrána. 5 ZHSLTOK. 4- embryo - n disk. 1
sloní střívka.P - obsahuje živiny, které budou potřebné pro vývoj budoucího embrya.
Podle množství žloutku ve vejci se ženské gamety dělí na řadu typů. Například v lanceletu je málo žloutku a je téměř rovnoměrně distribuován v cytoplazmě, ale u plazů a ptáků je žloutku hodně a je koncentrován na jednom z pólů buňky. Tento pól se nazývá vegetativní (výživný) pól. Druhý pól, kde je málo žloutku, nese jádro buňky a nazývá se zvířecí (z latinského an1sha1ib - zvíře).
Období formování se skládá z buněk, které získávají určitý tvar a velikost odpovídající jejich specifické funkci. Během procesu zrání se samičí zárodečné buňky pokrývají membránami a jsou připraveny k oplodnění ihned po dokončení meiózy. V mnoha případech, například u plazů, ptáků a savců, se vlivem aktivity buněk obklopujících vajíčko kolem něj objevuje řada dalších membrán (obr. 54). Jejich funkcí je chránit vajíčko a vyvíjející se embryo před vnějšími nepříznivými vlivy. Funkcí spermie je přenášet genetickou informaci do vajíčka a stimulovat jeho vývoj. V tomto ohledu, po dokončení meiózy, zárodečná buňka prochází významnou a hlubokou restrukturalizací. Golgiho aparát je umístěn na náběžné hraně hlavičky, přeměňuje se v terminální tělísko – akrozom, který vylučuje enzymy rozpouštějící vaječné membrány.
Mitochondrie jsou kompaktně zabaleny kolem vznikajícího bičíku a tvoří krk. Vytvořená spermie obsahuje také centriolu (obr. 55).
Oplodnění je proces splynutí spermie s vajíčkem (obr. 56). Velmi často dochází k oplodnění ihned po inseminaci. Existují však případy, kdy mezi těmito událostmi uplyne značný čas. Létající mají 92
Rýže. 56. Hnojení u savců (schéma). A - spermie
proniká do vajíčka; B - Z hlavičky spermie se vytvořilo jádro a z krčku vajíčka se vytvořil centriol:
1 - žlázové jádro, 2 - spermie, 3 - receptivní tuberkulum. 4-ceitrnol, 3 mužské jádro
U myší během podzimního páření nedochází k oplodnění vajíček a spermie přezimují v ženském pohlavním ústrojí. K oplodnění dochází na jaře, kdy vajíčka dozrávají. Někdy po oplodnění se vývoj zygoty rychle zastaví a obnoví se až po několika měsících. Důvodem je skutečnost, že období plození a odchovu mláďat se obvykle omezuje na nejpříznivější období - konec jara a začátek léta. Celková délka těhotenství u hranostaje je proto například 300–320 dní, u sobola 230–280 dní, ačkoli skutečná doba vývoje těchto zvířat je mnohem kratší.
Otázky ke kontrole k úkolům
Jak se liší pohlavní rozmnožování od nepohlavního rozmnožování?
Jaká období se rozlišují ve vývoji zárodečných buněk?
Popište vývoj mužských a ženských zárodečných buněk. Vysvětlete, jak probíhá období zrání (meióza) během spermatogeneze a oogeneze
Uveďte rozdíly mezi meiózou a mitózou.
Jaký je biologický význam meiózy?
Proč zralé zárodečné buňky stejného organismu nesou různé kombinace genů? Jaké jsou evoluční výhody sexuální reprodukce oproti sexuální reprodukci?
Reprodukce je vlastnost organismů. Buněčné dělení jako základ růstu, vývoje a rozmnožování organismů
Reprodukce e – vlastnost živých organismů reprodukovat svůj vlastní druh.
Buněčný cyklus- život buňky od okamžiku jejího objevení se v procesu dělení mateřské buňky až po její vlastní dělení včetně tohoto dělení nebo její smrt.
Mitóza- proces nepřímého dělení somatických buněk eukaryot, při kterém se dědičný materiál nejprve zdvojnásobí a poté rovnoměrně rozdělí mezi dceřiné buňky.
Amitóza- přímé buněčné dělení, při kterém není DNA rovnoměrně rozdělena mezi dceřiné buňky.
2. Proč je reprodukce považována za jednu z nejdůležitějších etap individuálního vývoje organismů?
Buňky živé bytosti se nemohou dělit donekonečna, jinak by byl organismus nesmrtelný. V určitém období jsou v celách spuštěny programy smrti. Aby mohl zanechat potomstvo, předat mu svou genetickou informaci, aby druh nezanikl, musí se organismus rozmnožit.
3. Zvažte mitotický cyklus lidské somatické buňky znázorněný na obrázku a vyplňte tabulku.
Mitotický cyklus somatické buňky
4. Vyjmenujte periody mitotického cyklu buňky, označené na obrázku výše písmeny A a B, a charakterizujte biologický význam každý z nich.
A – mezifáze. Období přípravy na rozdělení. V důsledku toho se akumuluje energie pro mitózu a mikrotubulové proteiny jsou syntetizovány pro vřeténka. Na konci interfáze se každý chromozom skládá ze dvou chromatid. To je nezbytné pro další buněčné dělení a rovnoměrný přenos genetického materiálu mezi dceřinými buňkami.
B – mitóza. Výsledkem je, že z jedné mateřské buňky se vytvoří dvě dceřiné buňky se stejnou sadou chromozomů, identické s mateřskou buňkou. Nové buňky se tak reprodukují s kvantitativně a kvalitativně novou genetickou informací. Mitóza je nezbytná pro normální vývoj a růst mnohobuněčného organismu.
5. Vyplňte tabulku.
Fáze mitózy
6. Co je apoptóza? Jaký je jeho biologický význam?
Apoptóza je „naprogramovaná“ buněčná smrt. Je nutné, aby tělo postupně stárlo a nakonec zemřelo. Organismus by neměl být nesmrtelný, měli by se objevit noví potomci a druh by se měl vyvíjet.
7. Co se děje v těle v důsledku narušení procesů apoptózy?
V důsledku oslabené apoptózy dochází k autoimunitním onemocněním a zhoubným nádorům. Při zvýšené apoptóze dochází k degenerativním procesům a deformacím s tkáňovými defekty.
8. Které buňky se vyznačují amitózou? Dát příklad.
Během amitózy nedochází k jednotné distribuci DNA mezi dceřinými buňkami. Někdy k cytokinezi nedochází a vzniká dvoujaderná buňka. Amitóza je charakteristická pro buňky odumírající tkáně a maligní nádory.
Nepohlavní rozmnožování
Nepohlavní rozmnožování- forma reprodukce, ve které jednobuněčný organismus nebo buňky mnohobuněčného organismu a dochází k tvorbě dceřiných jedinců.
Vegetativní množení- druh nepohlavního rozmnožování mnohobuněčného organismu, při kterém se potomstvo vyvíjí ze skupiny rodičovských buněk.
2. Co je biologická role nepohlavní rozmnožování?
Nepohlavní rozmnožování umožňuje za příznivých podmínek rychlý nárůst počtu tohoto druhu. Taková reprodukce však nezvyšuje genetickou rozmanitost druhu.
3. Vytvořte schéma.
Pohlavní rozmnožování. Redukční dělení buněk
1. Uveďte definice pojmů.
Pohlavní rozmnožování- forma rozmnožování, kdy jedinci každé další generace vznikají jako výsledek fúze dvou specializovaných haploidních buněk - gamet.
Sexuální proces- proces fúze pohlavních buněk (gamet), v důsledku čehož se objevuje zygota.
Redukční dělení buněk– rozdělení jádra eukaryotické buňky se snížením počtu chromozomů na polovinu.
Gamety– reprodukční buňky, které mají haploidní sadu chromozomů a podílejí se na sexuální reprodukci.
2. Jaká je biologická úloha pohlavního rozmnožování?
Během pohlavního rozmnožování se genetická rozmanitost druhů zvyšuje. Potomci dostávají příležitost přizpůsobit se neustále se měnícím podmínkám prostředí a dalším novým vlastnostem.
3. Vyplňte tabulku.
Fáze meiózy
4. Dokončete schéma.
Změny v chromozomové sadě buněk (n) a počtu molekul DNA (c) během meiózy
5. Jaké znáte metody pohlavního rozmnožování?
Časování- forma sexuálního procesu, při kterém dochází ke splynutí dvou fyziologicky ekvivalentních buněk. Je pozorován u některých jednobuněčných organismů.
Páření– sexuální proces, splynutí dvou pohlavních buněk (gamet); spojení dvou jedinců během pohlavního styku.
izogamie- druh pohlavního rozmnožování, při kterém jsou samičí a samčí gamety od sebe nerozlišitelné.
Heterogamie- typ pohlavního rozmnožování, při kterém jsou ženské gamety velké a nepohyblivé (vajíčka) a samčí gamety jsou malé a pohyblivé (spermie).
6. Podívejte se na obr. v učebnici. 51 na str. 123. Vyplňte tabulku.
Tvorba zárodečných buněk (gametogeneze)
7. Popište biologickou podstatu gametogeneze.
Gametogeneze je proces tvorby zárodečných buněk: z jedné diploidní buňky se vytvoří 4 haploidní. Pohlavní buňky musí mít haploidní sadu, aby si při následné sexuální reprodukci organismu jeho potomci zachovali konstantní sadu chromozomů (genotyp).
8. Podívejte se na nákres. Určete, které obrázky odpovídají mitóze a které meióze. Vysvětlete, jak jste tyto procesy odlišili. Digitální označení (1-12) rozdělte v souladu s příslušností zobrazených fází k typům buněčného dělení v pořadí jejich výskytu.
Obrázky 2, 5, 7, 8 ukazují mitózu. Zde vidíme 4 stadia, od počátku tvorby chromozomů se dvěma chromatidami, až po vznik dvou buněk s despiralizovanými chromozomy. Všechny chromozomy jedné buňky mají stejnou barvu.
Obrázky 1, 3, 4, 6, 9, 10, 11, 12 ukazují meiózu. Zde můžeme vidět dvě dělení, úplně na konci vznikají 4 haploidní buňky. Chromozomy jsou zobrazeny s řezy různých barev, protože v diploidní buňce jsou mužské a ženské chromozomy, pak mezi nimi dochází ke konjugaci a křížení.
Mitóza: 8, 2, 5, 7.
Meióza: 4, 6, 1, 3, 9, 11, 10, 12.
Hnojení a jeho význam
1. Definujte pojmy.
Oplodnění- proces fúze gamet.
Zygota- první buňka nového organismu vzniklá v důsledku oplodnění.
Dvojité hnojení- pohlavní proces u krytosemenných rostlin, při kterém jsou vajíčko i centrální buňka zárodečného vaku oplodněny dvěma spermiemi.
2. Jaká je biologická úloha oplodnění?
Během oplodnění se spermie spojí s vajíčkem. Teprve v důsledku tohoto procesu vzniká zygota, obsahující genetický materiál obou rodičů.
3. Jak se vnější oplodnění liší od vnitřního?
K vnějšímu oplodnění dochází mimo tělo samice, obvykle ve vodním prostředí (ryby, měkkýši, obojživelníci).
Během vnitřního oplodnění dochází k „setkání“ spermie a vajíčka v reprodukčním traktu samic (suchozemských zvířat).
4. Co je podstatou dvojího hnojení u kvetoucích rostlin?
Podstatou dvojitého oplodnění je vznik diploidní zygoty (1 spermie a vajíčko), ze které se následně vyvine zárodečné embryo, a fúze druhé spermie s centrální diploidní buňkou, čímž vznikne triploidní buňka. Z triploidní buňky se v budoucnu vyvine endosperm, ve kterém se ukládají živiny.
