Вступ

Здатність розмножуватися – це здатність виробляти нове покоління особин того ж виду; це одна з основних особливостей живих організмів.

У процесі розмноження відбувається передача генетичного матеріалу від батьківського покоління наступному поколінню, що забезпечує відтворення ознак не тільки даного виду, але і конкретних батьківських особин. Сенс розмноження полягає в заміщенні тих його представників, які гинуть, що забезпечує безперервність існування виду; крім того, при відповідних умовах розмноження збільшує загальну чисельність виду.

Кожна нова особина, перш ніж досягти стадії, на якій вона буде здатна до розмноження, повинна пройти ряд стадій росту і розвитку. Деякі особини гинуть, не досягнувши репродуктивної стадії (або статевого дозрівання) в результаті знищення хижаками, хвороб і різного роду випадкових подій; тому вид може зберегтися лише за умови, що кожне покоління буде виробляти більше нащадків, ніж було батьківських особин, які брали участь в розмноженні. Чисельність популяцій змінюється в залежності від балансу між розмноженням і вимиранням особин. Існує ряд різних стратегій розмноження, кожна з яких має певні переваги і недоліки; всі вони будуть описані в цьому рефераті.

Мета моєї роботи – розглянути деякі види розмноження.

Безстатеве і статеве розмноження

Існують два основних типи розмноження:

  1. Безстатеве розмноження відбувається без утворення гамет, і в ньому бере участь лише один організм. При безстатевому розмноженні зазвичай утворюються ідентичні нащадки, а єдиним джерелом генетичної мінливості служать випадкові мутації.
  2. Статеве.

Порівняння статевого і безстатевого розмноження (таблиця):

Статеве Безстатеве
Беруть участь два організми Бере участь один організм
Беруть участь статеві клітини (гамети), отримані шляхом мейозу Беруть участь соматичні клітини, що розмножуються мітозом
Діти виходять різні (відбувається перекомбінація ознак батька і матері, підвищується генетична різноманітність популяції) Діти виходять однакові, копії батька (в сільському господарстві – дозволяє швидко збільшити чисельність організмів, зберігаючи всі ознаки сорту)

Генетична мінливість вигідна виду, оскільки вона поставляє «сировину» для природного відбору, а значить, і для еволюції. Нащадки, які є найбільш пристосованими до середовища, будуть володіти перевагою в конкуренції з іншими представниками того самого виду і матимуть більше шансів вижити і передати свої гени наступному поколінню. Завдяки цьому види здатні змінюватися, тобто можливий процес видоутворення. Підвищення мінливості може бути досягнуто шляхом змішування генів двох різних особин – процесу, що називається генетична рекомбінація і становить важливу особливість статевого розмноження. У деяких бактерій зустрічається генетична рекомбінація в примітивній формі.

Безстатеве розмноження та його форми

При безстатевому розмноженні нащадки походять від одного організму, без злиття гамет. Мейоз в процесі безстатевого розмноження не бере (якщо не говорити про рослинних організмах з чергуванням поколінь), і нащадки ідентичні батьківській особині. Ідентичне потомство, що походить від однієї батьківської особини, називають клоном. Члени одного клону можуть бути генетично різними тільки в разі виникнення випадкової мутації. Вищі тварини не здатні до безстатевого розмноження, проте останнім часом було зроблено кілька успішних спроб клонувати деякі види штучним чином; ми їх розглянемо далі.

1. Ділення

Діленням розмножуються одноклітинні організми: кожна особина ділиться на дві або більше число дочірніх клітин, ідентичних батьківської клітці. Поділу клітини передує реплікація ДНК, а у еукаріот – також поділ ядра. У більшості випадків відбувається бінарний поділ, при якому утворюються дві ідентичні дочірні клітини.

Так діляться бактерії, багато найпростіших, такі як амеба або парамецій, і деякі одноклітинні водорості, наприклад евглена. При відповідних умовах це призводить до швидкого зростання популяції.

Множинне ділення, при якому слідом за рядом повторних ділень клітинного ядра відбувається поділ самої клітини на безліч дочірніх клітин, спостерігається у споровиків – групи найпростіших, до якої належить, зокрема, збудник малярії. Стадія, на якій відбувається множинне ділення, називається шизонтом, а сам цей процес – шизогонією. У збудника малярії шизогонія безпосередньо слідує за зараженням хазяїна, коли паразит проникає в печінку. При цьому виходить відразу близько тисячі дочірніх клітин, кожна з яких здатна інвазувавати еритроцит і зробити шляхом шизогонії ще 24 дочірні клітини. Така висока плодючість компенсує великі втрати через труднощі успішної передачі паразита від одного господаря іншому, а саме від людини організму-переносника, тобто малярійному комару, і в зворотному напрямку.

2. Утворення спор (споруляція)

Спора – це одноклітинна репродуктивна одиниця зазвичай мікроскопічних розмірів, що складається з невеликої кількості цитоплазми і ядра. Утворення спор спостерігається у бактерій, найпростіших, у представників всіх груп зелених рослин і всіх груп грибів. Спори можуть бути різними за своїм типом і функціями і часто утворюються в спеціальних структурах.

Нерідко спори утворюються в великих кількостях і мають незначну вагу, що полегшує їх поширення вітром, а також тваринами, головним чином комахами. Внаслідок малих розмірів спора зазвичай містить лише мінімальні запаси поживних речовин; через те що багато спор не потрапляють в відповідне місце для проростання, втрати спор дуже великі. Головне достоїнство таких спор – можливість швидкого розмноження і розселення видів, особливо грибів.

Спори бактерій служать не для розмноження, а для того, щоб вижити при несприятливих умовах, оскільки кожна бактерія утворює тільки одну спору. Бактеріальні спори відносяться до числа найбільш стійких: так, наприклад, вони нерідко витримують обробку сильними дезінфікуючими речовинами і кип’ятіння у воді.

3. Брунькування

Брунькуванням називають одну з форм безстатевого розмноження, при якій нова особина утворюється у вигляді виросту (бруньки) на тілі батьківської особини, а потім відділяється від неї, перетворюючись в самостійний організм, абсолютно ідентичний батьківському.

Брунькування зустрічається в різних групах організмів, особливо у кишковопорожнинних, наприклад у гідри, і в одноклітинних грибів, таких як дріжджі. В останньому випадку брунькування відрізняється від ділення (яке теж спостерігається у дріжджів) тим, що дві утворені частини мають різні розміри.

Незвичайна форма брунькування описана у сукулентних рослин бріофіллум – ксерофіта, часто вирощується як декоративна кімнатної рослини: по краях його листя розвиваються мініатюрні рослинки, забезпечені маленькими корінцями (рис. 2); ці «бруньки» в кінці кінців відпадають і починають існувати як самостійні рослини.

4. Розмноження фрагментами (фрагментація)

Фрагментацією називають поділ особини на дві або декілька частин, кожна з яких зростає і утворює нову особину. Фрагментація відбувається, наприклад, у нитчастих водоростей, таких як спірогіра. Нитка спірогіра може розірватися на дві частини в будь-якому місці.

Фрагментація спостерігається також у деяких нижчих тварин, які, на відміну від більш високоорганізованих форм, зберігають значну здатність до регенерації з відносно слабко диференційованих клітин. Наприклад, тіло немертин (група примітивних черв’яків, головним чином морських) особливо легко розривається на багато частин, кожна з яких може дати в результаті регенерації нову особину. В цьому випадку регенерація – процес нормальний і регульований; однак у деяких тварин (наприклад, у морських зірок) відновлення з окремих частин відбувається тільки після випадкової фрагментації. Тварини, здатні до регенерації, служать об’єктами для експериментального вивчення цього процесу; часто при цьому використовують вільноживучого хробака планарію. Такі експерименти допомагають зрозуміти процес диференціювання.

5. Вегетативне розмноження

Вегетативне розмноження є однією з форм безстатевого розмноження, при якій від рослини відокремлюється відносно велика, зазвичай диференційована, частина і розвивається в самостійну рослину. По суті вегетативне розмноження схоже з брунькуванням. Нерідко рослини утворюють структури, спеціально призначені для цієї мети: цибулини, бульбоцибулини, кореневища, столони (кореневі пагони) і бульби. Деякі з цих структур служать також для запасання поживних речовин, що дозволяє рослині пережити періоди несприятливих умов, таких як холод або посуха. Ці органи дозволяють рослині переживати зиму і давати в наступному році квітки і плоди (дворічні рослини) або виживати протягом ряду років (багаторічні рослини).

До таких органів, так званих зимуючих, відносяться: цибулини, бульбоцибулини, кореневища і бульби. Зимуючими органами можуть бути також стебла, коріння або цілі пагони (бруньки), проте у всіх випадках живильні речовини, що містяться в них, створюються головним чином в процесі фотосинтезу, що відбувається в листі поточного року. Поживні речовини, що утворилися, переносяться в орган, що робить запас, а потім зазвичай перетворюються в будь-якої нерозчинний резервний матеріал, наприклад крохмаль. При настанні несприятливих умов надземні частини рослини відмирають, а підземний зимуючий орган переходить в стан спокою. На початку наступного вегетаційного періоду запаси поживних речовин мобілізуються за допомогою ферментів: бруньки пробуджуються, і в них починаються процеси активного росту і розвитку за рахунок запасних поживних речовин. Якщо проростає більш однієї бруньки, то можна вважати, що здійснилося розмноження.

У ряді випадків утворюються спеціальні органи, що слугують для вегетативного розмноження. Такі видозмінені частини стебла – бульби картоплі, цибулини цибулі, часнику, цибулинки в листяних пазухах тонконога, відкидиші молодила і т. ін. Суниця розмножується «вусами». У вузлах пагонів формуються додаткові корені, а з пазушних бруньок – пагони з листям. Надалі міжвузли відмирають, а нова рослина втрачає зв’язок з материнською.

У практиці сільського господарства вегетативне розмноження рослин використовується досить широко.

6. Клонування вищих рослин і тварин

Клонування – це отримання ідентичних нащадків за допомогою безстатевого розмноження.

На початку шістдесятих років XX ст. були розроблені методи, що дозволяють успішно клонувати деякі вищі рослини і тварин. Ці методи виникли в результаті спроб довести, що ядра зрілих клітин, які закінчили свій розвиток, містять всю інформацію, необхідну для кодування всіх ознак організму, і що спеціалізація клітин зумовлена ​​включенням і вимиканням певних генів, а не втратою деяких з них. Перший успіх був досягнутий проф. Стюардом з Корнельського університету, який показав, що, вирощуючи окремі клітини кореня моркви (її їстівної частини) в середовищі, що містить необхідні поживні речовини і гормони, можна індукувати процеси клітинного ділення, що призводять до утворення нових рослин моркви.

Незабаром після цього Гердон, який працював в Оксфордському університеті, вперше зумів домогтися клонування хребетної тварини. Хребетні в природних умовах клонів не утворюють; однак, пересаджуючи ядро, взяте з клітини кишечника жаби, в яйцеклітину, власне ядро ​​якої попередньо було зруйновано шляхом опромінення ультрафіолетом, Гердон вдалося виростити пуголовка, а потім і жабу, ідентичну тій особині, від якої було взято ядро.

Такого роду експерименти не тільки доводять, що диференційовані (спеціалізовані) клітини містять всю інформацію, необхідну для розвитку цілого організму, а й дозволяють розраховувати, що подібні методи можна буде використовувати для клонування хребетних, що стоять на більш високих щаблях розвитку, в тому числі і людини. Клонування потрібних тварин, наприклад племінних биків, скакових коней і т. п. може виявитися настільки ж вигідним, як і клонування рослин, яке, як було сказано, вже проводиться.

Однак застосування методів клонування до людини пов’язане з серйозними проблемами морального характеру. Теоретично можна створити будь-яке число генетично тотожних копій даного чоловіка або даної жінки. На перший погляд може здатися, що таким чином можна було б відтворювати талановитих вчених або митців. Однак треба пам’ятати, що ступінь впливу, що чиниться на розвиток середовища, ще не цілком зрозумілий, а тим часом будь-яка клонована клітина повинна знову пройти через всі стадії розвитку, тобто у разі людини – стадії зародку, плоду, немовляти і т. д.

 

Статеве розмноження і його модифікації

При статевому розмноженні потомство виходить в результаті злиття генетичного матеріалу гаплоїдних ядер. Зазвичай ці ядра містяться в спеціалізованих статевих клітинах – гаметах; при заплідненні гамети зливаються, утворюючи диплоїдну зиготу, з якої в процесі розвитку виходить зрілий організм. Гамети гаплоїдні – вони містять один набір хромосом, отриманий в результаті мейозу; вони служать сполучною ланкою між даними поколінням і наступним (при статевому розмноженні квіткових рослин зливаються не клітина, а ядра, але зазвичай ці ядра теж називають гаметами)

Мейоз – важливий етап життєвого циклу, що включає статеве розмноження, так як воно веде до зменшення кількості генетичного матеріалу вдвічі. Завдяки цьому в ряду поколінь, що розмножуються статевим шляхом, ця кількість залишається постійною, хоча при заплідненні вона кожен раз подвоюється. Під час мейозу в результаті випадкової розбіжності хромосом (незалежний поділ) та обміну генетичним матеріалом між гомологічними хромосомами (кросинговер) виникають нові комбінації генів, які потрапили в одну гамету, і таке перетасовування підвищує генетичну різноманітність. Злиття, що містяться в гаметах гаплоїдних ядер, називають заплідненням або сингамією; воно призводить до утворення диплоїдної зиготи, тобто клітини, що містить по одному хромосомному набору від кожного з батьків. Це об’єднання в зиготі двох наборів хромосом (генетична рекомбінація) являє собою генетичну основу внутрішньовидової мінливості. Зигота росте і розвивається в зрілий організм наступного покоління. Таким чином, при статевому розмноженні в життєвому циклі відбувається чергування диплоїдної і гаплоїдної фаз, причому у різних організмів ці фази приймають різні форми.

Гамети зазвичай бувають двох типів – чоловічі та жіночі, але деякі примітивні організми виробляють гамети тільки одного типу. У організмів, що утворюють гамети двох типів, їх можуть виробляти відповідно чоловічі і жіночі батьківські особини, а може бути і так, що у однієї і тієї ж особи є і чоловічі, і жіночі статеві органи.

Види, у яких існують окремі чоловічі та жіночі особини, називаються роздільностатеві; такі більшість тварин і людей. Серед квіткових рослин теж є роздільностатеві види; якщо у однодомних видів чоловічі і жіночі квітки утворюються на одній і тій ж рослині, як, наприклад, у огірка і ліщини, то у дводомних одні рослини несуть тільки чоловічі, а інші – тільки жіночі квітки, як у гостролисту або у тису.

Види статевого розмноження:

1. Гермафродизм

Види, у яких одна і та ж особина здатна виробляти і чоловічі, і жіночі гамети, називають гермафродитними або двостатевими. До їх числа відносяться багато найпростіших, в тому числі парамеції, деякі кишковопорожнинні, плоскі черви, наприклад солітер, олігохети, наприклад дощовий черв’як, ракоподібні, наприклад морський жолудь, такі молюски, як равлик, деякі риби і ящірки, а також більшість квіткових рослин.

Гермафродит вважається примітивною формою статевого розмноження і властивий багатьом примітивним організмам. Він являє собою пристосування до сидячого, малорухливого або паразитичного способу життя. Одна з переваг гермафродитизму полягає в тому, що він робить можливим самозапліднення, а це має велике значення для деяких ендопаразитів, таких як солітер, які ведуть одиночне існування. Однак у більшості гермафродитних видів в заплідненні беруть участь гамети, що походять від різних особин, і у них є численні генетичні, морфологічні та фізіологічні адаптації, що перешкоджають самозаплідненню і сприяють перехресному заплідненню. Наприклад, у багатьох найпростіших самозапліднення запобігає генетичній несумісності, у багатьох квіткових рослин – будовою андроцея і гінецея, а у багатьох тварин – тим, що яйця і спермії утворюються в однієї і тієї ж особи в різний час.

2. Партеногенез

Партеногенез – одна з модифікацій статевого розмноження, при якій жіноча гамета розвивається в нову особину без запліднення чоловічою гаметою. Партеногенетичне розмноження зустрічається як в царстві тварин, так і в царстві рослин, і перевага його полягає в тому, що в деяких випадках воно підвищує швидкість розмноження.

Існує два види партеногенезу – гаплоїдний і диплоїдний, в залежності від числа хромосом в жіночій гаметі. У багатьох комах, в тому числі у мурах, бджіл і ос, в результаті гаплоїдного партеногенезу в межах цієї спільноти виникають різні касти організмів. У цих видів відбувається мейоз і утворюються гаплоїдні гамети. Деякі яйцеклітини запліднюються, і з них розвиваються диплоїдні самки, тоді як з незапліднених яйцеклітин розвиваються фертильні гаплоїдні самці. Наприклад, у медоносної бджоли матка відкладає запліднені яйця (2n = 32), які, розвиваючись, дають самок (маток або робочих особин), і незапліднені яйця (n = 16), які дають самців (трутнів), які виробляють спермії шляхом мітозу, а не мейозу. Такий механізм розмноження у соціальних комах має адаптивне значення, так як дозволяє регулювати чисельність нащадків кожного типу.

У попелиць відбувається диплоїдний партеногенез, при якому ооцити самки зазнають особливу форму мейозу без розбіжності хромосом – всі хромосоми переходять в яйцеклітину, а полярні тільця не отримують жодної хромосоми. Яйцеклітини розвиваються в материнському організмі, так що молоді самки народжуються цілком сформованими, а не вилуплюються з яєць. Такий процес називається живородінням. Він може тривати протягом декількох поколінь, особливо влітку, до тих пір, поки в одній з клітин не відбудеться майже повне нерозходження, в результаті чого виходить клітина, яка містить всі пари аутосом і одну Х-хромосому. З цієї клітини партеногенетично розвивається самець. Ці осінні самці і партеногенетичні самки виробляють в результаті мейозу гаплоїдні гамети, які беруть участь в статевому розмноженні. Запліднені самки відкладають диплоїдні яйця, які перезимують, а навесні з них вилуплюються самки, що розмножуються партеногенетино і народжують живих нащадків. Кілька партеногенетичних поколінь змінюються поколіннями, що виникають в результаті нормального статевого розмноження, що вносить в популяцію генетичну різноманітність в результаті рекомбінації. Головна перевага, яку дає попелицям партеногенез, – це швидке зростання чисельності популяції, так як при цьому всі її статевозрілі члени здатні до відкладання яєць. Це особливо важливо в періоди, коли умови середовища сприятливі для існування великої популяції, тобто в літні місяці.

У квіткових рослин відбувається подвійне запліднення. При запиленні пилкове зерно потрапляє на рильце маточки і проростає, утворюючи пильцевую трубку. Вона формується з вегетативної клітини і швидко росте, досягаючи зав’язі. В кінці пилкової трубки знаходяться два спермія.

* На відміну від рухливих сперматозоїдів нижчих рослин спермії у квіткових рослин нерухомі і можуть проникнути до яйцеклітини тільки за рахунок пилкової трубки.