Способы размножения, их биологическое значение

Способность размножаться, т.е. производить новое поколение особей того же вида, - одна из основных особенностей живых организмов. В процессе размножения происходит передача генетического материала от родительского поколения следующему поколению, что обеспечивает воспроизведение признаков не только данного вида, но конкретных родительских особей. Для вида смысл размножения состоит в замещении тех его представителей, которые гибнут, что обеспечивает непрерывность существования вида; кроме того, при подходящих условиях размножение позволяет увеличить общую численность вида.

Каждая новая особь, прежде чем достигнуть стадии, на которой она будет способна к размножению, должна пройти ряд стадий роста и развития. Некоторые особи погибают, не достигнув репродуктивной стадии (или половозрелости) в результате уничтожения хищниками, болезней и разного рода случайных событий; поэтому вид может сохраниться лишь при условии, что каждое поколение будет производить больше потомков, чем было родительских особей, принимавших участие в размножении. Численность популяций колеблется в зависимости от баланса между размножением и вымиранием особей.

Размножение возникло на самом раннем этапе исторического развития органического мира одновременно с образованием клетки. В зависимости от характера клеточного материала, используемого в целях размножения, выделяют различные способы и формы размножения.

1. Типы размножения

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

Общая характеристика бесполого и полового размножения

Показатель	Способ размножения
Бесполое
Клеточные источники наследственной информации для развития потомка.	Многоклеточные: одна или несколько соматических клеток родителя. Одноклеточные: клетка-организм как целое.	Родители образуют половые клетки, специализированные к выполнению функции размножения. Родитель представлен в потомке исходно одной клеткой.
Родители.	Одна особь.	Обычно две особи.
Потомство.	Генетически точная копия родителя, т.е. в отсутствие соматических мутаций клон организмов.	Генетически отличны от обоих родителей.
Главный клеточный механизм.
Эволюционное значение.	Способствует поддержанию наибольшей приспособленности в маломеняющихся условиях обитания, усиливает роль стабилизирующего естественного отбора.	За счет генетического разнообразия создает предпосылки к освоению разнообразных условий обитания; дает эволюционные и экологические перспективы; способствует осуществлению творческой роли естественного отбора.

Половое размножение

Половое размножение - наблюдается в жизненных циклах всех основных групп организмов. Распространенность полового размножения объясняется тем, что оно обеспечивает значительное генетическое разнообразие и, следовательно, фенотипическую изменчивость потомства.

В основе полового размножения лежит половой процесс, суть которого сводится к объединению в наследственном материале для развития потомка генетической информации от двух разных источников - родителей.

Одной из форм полового процесса является конъюгация. При этом происходит временное соединение двух особей с целью обмена (рекомбинации) наследственным материалом, например, у инфузорий. В результате появляются особи генетически отличные от родительских организмов, которые в дальнейшем осуществляют бесполое размножение. Число инфузорий после конъюгации не изменяется, поэтому говорить в прямом смысле о размножении в этом случае нельзя.

У простейших половой процесс может осуществляться и в форме копуляции - слияния двух особей в одну, объединение и рекомбинация наследственного материала. Далее такая особь размножается делением.

На определенном этапе эволюции у многоклеточных организмов половой процесс как способ обмена генетической информацией между особями в пределах вида оказался связанным с размножением. При половом размножении возникающие новые особи обычно отличаются от родительских и друг от друга комбинацией аллелей генов. Новые сочетания хромосом и генов проявляются у потомков новым сочетанием признаков. В результате возникает большое разнообразие особей в пределах одного вида.

Таким образом, биологическое значение полового размножения заключается не только в самовоспроизведении, но и в обеспечении исторического развития видов, то есть жизни как таковой.

Половым размножением называют смену поколений и развитие организмов из специализированных - половых - клеток, образуются в половых железах. При этом 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 - обоеполость - 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 мужскиe (тычиночные) и женские (пестичные) цветки развиваются независимо, т.е. у них цветки однополые. Примером может служить конопля. У некоторых растений - кукурузы, березы - и мужские и женские цветки возникают на одной особи.

У некоторых видов животных и растений наблюдается развитие неоплодотворенной яйцеклетки. Такое размножение называют девственным или партеногенетическим.

Бесполое размножение

Бесполое размножение - процесс возникновения дочерних особей из одной или группы соматических клеток материнского организма. Этот способ размножения более древний. В его основе лежит митотическое деление клеток. Значение бесполого размножения заключается в быстром увеличении числа особей, почти не различающихся между собой.

Различают следующие формы бесполого размножения.

Деление надвое - приводит к возникновению из одного родительского организма двух дочерних. Является преобладающей формой деления у прокариот и простейших. Различные одноклеточные животные делятся по-разному. Так, жгутиковые делятся продольно, а инфузории - поперечно. Такое деление встречается и у многоклеточных животных - кишечнополостных (продольное деление у медуз) и червей (поперечное деление у кольчатых червей).

Почкование - на теле материнского организма возникает скопление клеток, которое растет и постепенно приобретает сходство с материнской особью. Затем дочерняя особь отделяется и начинает вести самостоятельное существование. Такое размножение распространено среди низших многоклеточных (губки, кишечнополостные, мшанки, некоторые черви и оболочники). Иногда дочерние особи не отделяются полностью от родительской, что приводит к образованию колоний.

Фрагментация - происходит распад тела многоклеточного организма на части, которые в дальнейшем превращаются в самостоятельные особи (плоские черви, иглокожие).

Спорами - дочерний организм развивается из специализированной клетки-споры.

Бесполое размножение наблюдается у животных с относительно низким уровнем морфофизиологической организации. А у растений распространенность бесполого размножения настолько велика, что может считаться их характерной особенностью. Как низшие (водоросли), так и высшие (споровые, голосеменные, покрытосеменные) растения размножаются бесполым путем. Различают две основные формы бесполого размножения растений: вегетативное размножение и спорообразование.

Вегетативное размножение одноклеточных растений осуществляется простым делением одной клетки на две. У грибов формы его более разнообразны - спорообразование (плесневые грибы, шляпочные) и почкование (дрожжи). У покрытосеменных растений вегетативное размножение происходит за счет вегетативных (неполовых) органов - корня, стебля, листа. При вегетативном размножении используются видоизменения этих органов, такие как клубни (картофель, георгин), корневища (флокс), плети (земляника), луковицы (лук, тюльпан), корневые отпрыски (малина, вишня). Многие растения размножаются черенками и отводками.

Спорообразование - собственно бесполое размножение растений. Оно осуществляется специализированными клетками - спорами, которые образуются чаще всего в органах бесполого размножения - спорангиях. Для низших растений типично размножение зооспорами, которые образуются митотически, являются диплоидными и способны воспроизводить новую особь, сходную с материнской. Споры высших растений обычно гаплоидны, так как образуются в результате мейотического деления. Эти споры не могут воспроизвести материнскую особь. Они служат для формирования такой жизненной стадии растения, как гаметофит, который образует половые клетки - гаметы.

У растений и низкоорганизованных животных, которым характерно бесполое размножение, обычно происходит чередование бесполой и половой форм размножения в их жизненном цикле.

Формы бесполого размножения

Для участия в половом размножении в родительских организмах вырабатываются гаметы - клетки, специализированные к обеспечению генеративной функции. Слияние материнской и отцовской гамет приводит к возникновению зиготы - клетки, представляющей собой дочернюю особь на первой, наиболее ранней стадии индивидуального развития.

У некоторых организмов зигота образуется в результате объединения гамет, которые не отличаются по строению - явление изогамии. У большинства же видов половые клетки по структурным и функциональным признакам делятся на материнские (яйцеклетки) и отцовские (сперматозоиды).

Яйцеклетки и сперматозоиды вырабатываются разными организмами - женскими (самками) и мужскими (самцами). В разделении гамет на яйцеклетки и сперматозоиды и особей на самок и самцов заключается явление полового диморфизма. Наличие этого явления в природе отражает различия в задачах, решаемых в процессе полового размножения мужской или женской гаметой, самцом или самкой.

Иногда развитие дочернего организма происходит из неоплодотворенной яйцеклетки. Это явление называют девственным развитием или партеногенезом. Источником наследственного материала для развития потомка в этом случае обычно служит ДНК яйцеклетки - явление гиногенеза. Реже наблюдается андрогенез - развитие потомка из клетки с цитоплазмой ооцита и ядром сперматозоида. Ядро женской гаметы в случае андрогенеза погибает.

Обязательный партеногенез является измененной формой полового размножения в эволюции некоторых видов животных. Например, у пчел он используется как механизм генотипического определения пола: женские особи (рабочие пчелы и царицы) развиваются из оплодотворенных яйцеклеток, а мужские (трутни) - партеногенетически.

Помимо естественного партеногенеза существует искусственный, который вызывается воздействием различных неспецифических факторов - нагревание, облучение, механическое воздействие иглой, действие кислот, осуществляемых человеком. Искусственный партеногенез позволяет получать поколения, представленные организмами только одного пола.

Это имеет важнейшее практическое значение в сельском хозяйстве. Ярким свидетельством этого являются работы Б.Л. Астаурова по искусственному партеногенезу тутового шелкопряда. Ядра яйцеклеток инактивируют прогревом и облучением яиц. Затем яйца оплодотворяют. Из ядер двух проникнувших в яйцо сперматозоидов восстанавливается диплоидный набор хромосом, при этом из таких яиц развиваются только самцы. Этот результат имеет простое объяснение с позиций цитогенетики. Самцы тутового шелкопряда содержат в кариотипе две ХХ-хромосомы, поэтому все сперматозоиды в своем гаплоидном наборе несут только Х-хромосому. Следовательно, при слиянии ядер двух сперматозоидов обязательно образуется хромосомный набор самца ХХ. Коконы самцов содержат больше шелка, чем коконы самок. В результате удается получать экономическую выгоду.

У некоторых видов наблюдается полиэмбриония - бесполое размножение зародыша, образовавшегося путем полового размножения. Например, у броненосцев на стадии бластулы происходит разделение клеточного материала первоначально одного зародыша между 4-8 зародышами, из которых в последствии развиваются полноценные особи. В результате полиэмбрионии у человека рождаются однояйцовые близнецы.

При изучении понятия "размножение" параллельно изучается большое множество понятий, способствующих более глубокому изучению этого понятия. Каждое понятие не может быть представлено учащимся сразу во всей его научной полноте. Например, введение понятий митоз и мейоз в 6 классе представлено без стадий митотического и мейотического деления, в связи с возрастными особенностями обучающихся. Эти стадии более глубоко изучаются в 9 классе и включают в себя четыре стадии: профазу, метафазу, анафазу и телофазу.

В 6 классе при изучении бесполого размножения, а также полового размножения животных и полового размножения растений формируются такие понятия как: опыление, оплодотворение, гаметы, сперматозоид, яйцеклетка, раздельнополые особи, гермафродитизм, партеногенез, зигота, семенники, яичники, деление, почкование, споры, вегетативные органы, зародышевый мешок, центральная клетка и двойное оплодотворение.

В 7 классе раскрываются особенности размножения бактерий, их приспособленность к неблагоприятным условиям; способы размножения грибов; размножение лишайников; изучаются особенности размножения и развития водорослей, мхов; бесполое и половое размножение плаунов и хвощей, мужские и женские половые органы, особенности созревания половых клеток; размножение разноспоровых папоротников; изучается размножение голосеменных и покрытосеменных. В процессе изучения царства животных от одноклеточных до млекопитающих, учащиеся знакомятся со способами и особенностями размножения каждого вида одноклеточных и многоклеточных организмов. Понятия, формирующиеся параллельно с понятием "размножение: спорангии, зооспоры, спорофиты, гаметофиты, заросток, микроспора, мегаспора, пыльцевые мешки, пыльцевые зёрна, семязачаток, эндосперм, семяпочка, циста, регенерация, планула, финна, имаго, личинка, гусеница, куколка, головастик, яйцо, плацента, пуповина, матка, зародыш, млечные железы.

В 8 классе формируются понятия, связанные с размножением и развитием человека. Обобщаются знания об особенностях полового размножения, о сущности оплодотворения, строении половой системы. Учащиеся знакомятся с особенностями строения и функциями половой системы, желез человека. Формируются знания о развитии зародыша, гигиене беременной женщины, о влиянии вредных факторов на формирование и развитие зародыша человека. В процессе формирования понятия "размножение человека" вводятся понятия: плод, беременность, роды, маточные трубы, влагалище, яичко, половой член, семявыносящие протоки, фолликул, хромосомы.

В общей биологии систематизируются, обобщаются и углубляются знания о типах размножения и способах бесполого размножения, знакомятся с основными этапами эмбрионального развития организма. Изучается жизненный цикл клетки, митотический цикл клетки, фазы митотического цикла, удвоение ДНК, митоз, фазы митоза, их характеристика, отличие в делении клеток растений и животных, биологическое значение митоза. Понятия, с которыми учащиеся познакомились в 6-7 классах, в общей биологии усложняются и углубляются. В 9-11 классах для развития понятия "размножение" формируются также понятия: ДНК, РНК, ген, овоциты, профаза, метафаза, анафаза, телофаза, дробление, гаструляция, бластула, бластомер, органогенез, онтогенез, зародышевые листки, эктодерма, энтодерма, мезодерма, бластоцель, кроссинговер, конъюгация.

Размножение - это способность всех организмов воспроизводить себе подобных, что обеспечивает непрерывность и приемлемость жизни. Основные способы размножения представлены:

В основе бесполого размножения лежит деление клеток путем митоза, при котором из каждой материнской клетки (организма) создаются две равноценные дочерние клетки (два организма). Биологическая роль бесполого размножения заключается в возникновении организмов, идентичных родительским по содержанию наследственного материала, а также анатомическим и физиологическим свойствам (биологические копии).

Различают следующие способы бесполого размножения : деление, почкование, фрагментация, полиэмбриония, споро­образование, вегетативное размножение.

Деление - способ бесполого размножения, характерный для одноклеточных организмов, при котором материнская особь делится на две или большее количество дочерних клеток. Можно выделить: а) простое бинарное деление (прокариоты), б) митотическое бинарное деление (простейшие, одноклеточные водоросли), в) множественное деление, или шизогонию (малярийный плазмодий, трипаносомы). Во время деления парамеции (1) микронуклеус делится митозом, макронуклеус - амитозом. Во время шизогонии (2) сперва многократно митозом делится ядро, затем каждое из дочерних ядер окружается цитоплазмой, и формируются несколько самостоятельных организмов.

Почкование - способ бесполого размножения, при котором новые особи образуются в виде выростов на теле родительской особи (3). Дочерние особи могут отделяться от материнской и переходить к самостоятельному образу жизни (гидра, дрожжи), могут остаться прикрепленными к ней, образуя в этом случае колонии (коралловые полипы).

Фрагментация (4) - способ бесполого размножения, при котором новые особи образуются из фрагментов (частей), на которые распадается материнская особь (кольчатые черви, морские звезды, спирогира, элодея). В основе фрагментации лежит способность организмов к регенерации.

Полиэмбриония - способ бесполого размножения, при котором новые особи образуются из фрагментов (частей), на которые распадается эмбрион (монозиготные близнецы).

Вегетативное размножение - способ бесполого размножения, при котором новые особи образуются или из частей вегетативного тела материнской особи, или из особых структур (корневище, клубень и др.), специально предназначенных для этой формы размножения. Вегетативное размножение характерно для многих групп растений, используется в садоводстве, огородничестве, селекции растений (искусственное вегетативное размножение).

Спорообразование (6) - размножение посредством спор. Споры - специализированные клетки, у большинства видов образуются в особых органах - спорангиях. У высших растений образованию спор предшествует мейоз.

Клонирование - комплекс методов, используемых человеком для получения генетически идентичных копий клеток или особей. Клон - совокупность клеток или особей, произошедших от общего предка путем бесполого размножения. В основе получения клона лежит митоз (у бактерий - простое деление).

При половом размножении у прокариот две клетки обмениваются наследственной информацией в результате перехода молекулы ДНК из одной клетки в другую по цитоплазматическому мостику.

Свойство организмов воспроизводить себе подобных, обеспечивающее непрерывность жизни, называется размножением .

Бесполое размножение характеризуется тем, что новая особь развивается из неполовых а соматических клеток. В бесполом размножении участвует только одна исходная особь. В этом случае организм может развиться из одной клетки, а возникшие потомки по своим наследственным признакам идентичны материнскому организму. Бесполое размножение широко распространено среди растений и значительно реже встречается у животных. Многие простейшие размножаются путем обычного митотического деления клетки (путем деления материнской клетки надвое(бактерии, эвглены, амебы, инфузории)). Другим одноклеточным животным, например малярийному плазмодию (возбудителю малярии), свойственно спорообразование. Оно заключается 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: у грибов, водорослей, мхов и папоротникообразных споры и зооспоры образуются в специальных органах - спорангиях и зооспорангиях. Как у одноклеточных, так и у многоклеточных организмов способом бесполого размножения служит также почкование. Вегетативное размножение -(черенками,усиками,листьями, корневищами.)

Половым называется размножение, при котором увеличение численности особей осуществляется с помощью специализированных половых клеток - гамет: женских - яйцеклеток и мужских - сперматозоидов. Созревшие половые клетки при слиянии образуют зиготу, из которой развивается новый дочерний организм.

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.

Сущность полового размножения заключается в объединении в наследственном материале потомка генетической информация из двух разных источников - родителей. При партеногенезе, когда развитие нового организма происходит только из яйцеклетки, в ней возникает новая комбинация генов в результате кроссинговера и независимого комбинирования хромосом.

Мужские гаметы созревают в мужских половых железах - семенниках; этот процесс называется сперматогенезом. Женские гаметы созревают в яичниках в процессе овогенеза . В процессе образования половых клеток - как сперматозоидов, так и яйцеклеток - выделяют ряд стадий: зону размножения, зону роста и зону созревания; в зоне созревания гаметы окончательно формируются путем мейоза.

Половое размножение у простейших. Конъюгация и копуляция.

В ходе полового процесса особи обмениваются между собой генетической информацией, что приводит к их взаимному обновлению и повышает их выживаемость. В ходе эволюции соединение полового процесса и размножения привело к возникновению полового размножения. При половом размножении новая особь сочетает генетические признаки двух родительских особей.

Конъюгация

1) у водорослей конъюгат - своеобразный половой процесс, при котором происходит слияние содержимого двух внешне сходных вегетативных клеток.

2) У инфузорий - обмен половыми ядрами и последующее их попарное слияние; инфузории при этом сближаются по двое сторонами, на которых находится ротовое отверстие. При слиянии макронуклеус (вегетативное ядро) постепенно разрушается, а микронуклеус (половое ядро) двукратно делится путём мейоза, после чего 3 ядра разрушаются, а 1 делится снова и каждая из его половинок обменивается на половинку ядра партнёра, т. е. происходит их слияние и образуется синкарион, в результате чего восстанавливается двойной набор хромосом. Затем синкарион делится и часть продуктов деления превращается в макронуклеус, а другая часть - в микронуклеусы. Иногда из одной клетки в другую переходит при этом небольшое количество цитоплазмы.

Конъюгация у инфузорий сильно варьирует.

3) У бактерий - способ переноса генетического материала от одной бактериальной клетки к другой. При этом две бактерии соединяются тонким мостиком, через который из одной клетки (донора) в другую (реципиент) переходит отрезок нити ДНК. Наследственные свойства реципиента изменяются в соответствии с количеством генетической информации, заключённой в переданном кусочке ДНК.

Конъюгация хромосом - попарное временное сближение гомологичных хромосом, во время которого между ними может произойти обмен гомологичными участками. После конъюгации хромосомы расходятся. Копуляция 1) соединение двух особей при половом акте. 2) Процесс слияния двух половых клеток (гамет). Под копуляцией обычно понимают слияние внешне почти или совсем не различающихся половых клеток. Если мужская гамета резко отличается от женской, процесс их слияния называется оплодотворением.

Суть процесса размножения и его формы

Процесса размножения отличается от других функций живого организма тем, что она стоит на страже сохранения вида и всего живого вообще.

Определение 1

Размножение – это способность живых организмов воспроизводить себе подобных.

Суть процесса размножения сводится к передаче от родительских форм к дочерним наследственной информации в виде молекул нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК).

Благодаря естественному отбору в течении многих миллионов лет у живых организмов выработались различные способы размножения. Все это разнообразие можно объединить в несколько групп (формы) – бесполое и половое размножение.

Бесполое размножение

Бесполое размножение происходит с помощью отдельных неполовых клеток. При этом дочерние формы живых организмов имеют генетический набор идентичный родительскому.

Бесполое размножение прокариот и одноклеточных растений, грибов и животных может происходить в результате прямого деления клетки надвое или на множество дочерних клеток или за счет образования спор.

В случае деления надвое образуются две дочерние клетки, которые в два раза меньше материнской. Эти дочерние клетки питаются, растут и начинают размножаться. Когда достигнут размеров материнской клетки.

Определение 2

Если в процессе разделения клеток одна из них меньше по размеру, а другая больше, то такой вид деления клеток называется почкованием . Он характерен, например, для дрожжей.

При множественном делении сначала многократно делится ядро, а затем уже цитоплазма и образуется множество мелких одноядерных дочерних клеток. Такая форма размножения встречается у малярийного плазмодия.

Некоторые ученые считают вегетативное размножение разновидностью бесполого размножения, другие – отдельной формой размножения. Суть вегетативного размножения заключается в том, что сам процесс происходит с помощью части тела материнского организма.

Водоросли и грибы могут размножаться с помощью фрагментации – отделения части тела. У высших растений это происходит с помощью специальных вегетативных органов:

• части стебля,
• листа,
• корневища,
• луковицы,
• почек,
• усиков.

У некоторых кишечнополостных (например, у пресноводной гидры) происходит почкование. К вегетативному размножению способны и многие другие беспозвоночные – губки, плоские и кольчатые черви, иглокожие.

Биологическое значение бесполого (в том числи и вегетативного) размножения очень большое. Зачастую это может быть единственным способом оставить после себя потомство. Кроме того этот способ размножения подходит для видов с коротким жизненным циклом, когда за короткое время происходит быстрое увеличение численности особей.

При бесполом размножении потомство имеет генетический набор идентичный родительскому. При длительной стабильности условий внешней среды это способствует процессам идиоадаптации организмов и видов. Человек же использует это свойство во время размножения сортов культурных растений.

Половое размножение

Определение 3

Половое размножение – это способ размножения, в результате которого происходит объединение генетического содержимого двух клеток.

Половой процесс происходит в форме конъюгации или копуляции . Конъюгация характерна для простейших. Во время конъюгации происходит временный контакт двух клеток и