Бесполое почкование. Половое и бесполое размножение

Свойство организмов воспроизводить себе подобных, обеспечивающее непрерывность жизни, называется размножением. Бесполое размножение характеризуется тем, что новая особь развивается из неполовых, соматических (телесных) 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 обычногомитотического деления клетки ( путем деления материнской клетки пополам (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 такжепочкование. Например, у дрожжевых грибов и некоторых инфузорий. У многоклеточных (пресноводная гидра) почка состоит из группы клеток обоих слоев стенки тела. 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). У растений широко распространено веге-тативное размножение, т. е. размножение частями тела: участками слоевища (у водорослей, грибов, лишайников); с помощью корневища (у папоротникообразных и цветковых); участками стебля (усы у земляники, черники, у плодовых кустарников отводки у крыжовника, винограда); корнями (корневые отпрыски у малины) листьями (у бегонии). В процессе эволюции у растении образовались специальные органы вегетативного размножения:видоизмененные побеги (луковица, клубень картофеля) видоизмененные корни - корнеплоды (свекла, морковь) и корневые клубни (георгины).

ТАБЛИЦА (Т.А. Козлова, В.С. Кучменко. Биология в таблицах. М.,2000)

Характеристика форм размножения

Воспроизведение (или самовоспроизведение ) — образование живым организмом нового, генетически подобного себе организма.

Размножение — увеличение числа особей данного вида, обусловленное их воспроизведением и обеспечивающее преемственность и непрерывность жизни в ряду поколений.

Преемственность означает, что при воспроизведении особей вся генетическая информация, заложенная в родительском поколении, передается дочернему поколению.

Непрерывность жизни означает неограниченно долгое, обусловленное сменой поколений существование видов и популяций организмов.

Жизненный цикл — совокупность этапов и фаз развития организма от момента образования зиготы и до наступления зрелости, характеризующейся способностью давать начало следующему поколению.

Типы жизненных циклов: простой и сложный.

Простой жизненный цикл полностью осуществляется в течение жизни одной особи и характеризуется сохранением общего плана строения организма.

Сложный жизненный цикл может выражаться в чередовании полового и бесполого поколений (у растений) или в явлении метаморфоза (у некоторых животных).

Типы размножения: бесполое и половое.

Бесполое размножение

Бесполое размножение — тип размножения, при котором в воспроизведении участвует одна родительская особь , а ее потомки развиваются из одной не половой (соматической) клетки или группы таких клеток родительского организма. Дочерние организмы, полученные путем бесполого размножения, называются клонами.

❖ Особенности бесполого размножения:
■ дочерние организмы имеют генотип, идентичный генотипу
родительского организма (они называются клонами)’,
■ дает большое количество потомков;
■ затрудняет эволюцию, так как дает материал для стабилизирующего естественного отбора.

Клон — генетически однородное потомство одной особи, возникшее путем бесполого размножения (клонами также называются клетки, образующиеся в результате митотического деления одной клетки)

Формы бесполого размножения одноклеточных:
■ деление клетки надвое (встречается у бактерий и простейших — амеб, инфузорий, эвглен и др.);
■ почкование — деление клетки на неравные части ; меньшая клетка отпочковывается от большей (встречается у дрожжей, некоторых бактерий);
■ множественное деление (шизогония) — многократное деление ядра исходной клетки, после чего эта клетка распадается на соответствующее число одноядерных дочерних клеток (встречается у простейших и некоторых водорослей);
■ спорообразование (спорогония) — размножение путем образования спор (встречается у водорослей, бактерий, простейших — споровиков).

Спора — одноклеточный зародыш, т.е. клетка, которая при попадании в благоприятные условия может развиться в новый организм. Спора всегда покрыта плотной оболочкой, защищающей ее внутреннее содержимое от неблагоприятных внешних условий.

❖ Формы бесполого размножения многоклеточных:
■ спорообразование (наблюдается у мхов, хвощей, папоротников);
■ почкование — размножение путем образования и последующего отделения почек (у гидр, губок); у некоторых видов организмов (у коралловых полипов) почки не отделяются (формируются колонии);
■ стробиляция (встречается у некоторых кишечнополостных): деление верхней части полипа поперечными перетяжками на дочерние особи (стробилы), которые отрываются от родителя;
■ вегетативное — размножение частями тела (мицелия у грибов, слоевища у водорослей и лишайников);
■ вегетативными органами — дочерние организмы произрастают из стебля (смородина), корневища (пырей), клубня (картофель), луковицы (лук) и др.; характерна для цветковых растений;
■ фрагментация — размножение из отдельных фрагментов родительского организма (встречается у некоторых плоских и кольчатых червей).

Почка — группа клеток, образующая выпячивание на теле родительского организма, из которой развивается дочерний организм.

Половое размножение

Половое размножение — тип размножения, при котором в воспроизведении участвуют две родительские особи ; новый организм развивается из зиготы, образующейся в результате слияния мужской и женской половых клеток — гамет .

Особенности полового размножения:
■ оно отличается наличием полового процесса;
■ обеспечивает обмен наследственной информацией между особями одного вида;
■ создает условия для возникновения наследственной изменчивости;
■ обеспечивает более разнообразное потомство;
■ повышает возможность организмов приспосабливаться к постоянно меняющимся условиям окружающей среды;
■ создает условия для естественного отбора и эволюции;
■ дает малое количество потомков;
■ характерно для всех эукариот-,
■ преобладает у животных и высших растений.

Половой процесс — комплекс событий, обеспечивающих обмен наследственной информацией между особями одного вида и создающих условия для возникновения наследственной изменчивости.

❖ Основные формы полового процесса:
■ конъюгация,
■ копуляция (гаметогамия).

У бактерий наблюдаются также трансформация и трансдукция.

Конъюгация (характерна для инфузорий, некоторых бактерий, водорослей и грибов) — процесс оплодотворения путем обмена мигрирующими ядрами , которые перемещаются из клетки одной особи в клетку другой по образовавшемуся между ними цитоплазматическому мостику.

При конъюгации количество особей не увеличивается; их размножение происходит бесполым путем (делением надвое).

Копуляция (или гаметогамия ) — процесс слияния двух различающиеся по полу клеток (гамет) с образованием зиготы. При этом два ядра гамет образуют одно ядро зиготы.

■ Копуляцией также называются: половой процесс у животных, имеющих копулятивные органы, и соединение при половом размножении двух особей, не имеющих половых органов (например, дождевых червей).

❖ Формы полового размножения :
■ без оплодотворения;
■ с оплодотворением.

❖ Органы полового размножения:
■ у низших растений и многих грибов — гаметангии ;
■ у высших споровых растений — антеридии (мужские органы) и архегонии (женские органы);
■ у семенных растений — пыльцевые зерна (мужские органы) и зародышевые мешки (женские органы);
■ у животных — половые железы (гонады): семенники (у самцов), яичники (у самок);
■ у губок и кишечнополостных отсутствуют; гаметы возникают из различных соматических клеток.

Оплодотворение — процесс слияния мужской и женской половых клеток (гамет). В результате оплодотворения образуется зигота.

Зигота — оплодотворенная диплоидная (2n1хр) яйцеклетка , несущая наследственные задатки обоих родителей, т.е. клетка, образующаяся в результате слияния гамет разного пола. Из зиготы развивается новый дочерний организм; иногда (у некоторых водорослей и грибов) зигота покрывается плотной оболочкой и превращается в зигоспору.

Яйцеклетка — женская половая клетка (обычно имеет сферическую форму, значительно крупнее соматических клеток, неподвижна, содержит много питательных веществ в виде желточных зерен и белка).

Сперматозоид — мужская половая клетка (мелкая, очень подвижная клетка, перемещающаяся с помощью одного или нескольких жгутиков; имеется у самцов животных, некоторых грибов и многих растений, половое размножение которых обеспечивается наличием водной среды). Состоит из головки, шейки и хвоста. В головке находится ядро с гаплоидным набором хромосом (lnlxp), в шейке — митохондрии, вырабатывающие энергию для движения, и центриоль, обеспечивающая колебания жгутика.

Спермин — не имеющие жгутиков мужские половые клетки покрытосеменных и голосеменных растений; доставляются к яйцеклетке с помощью пыльцевой трубки.

❖ Гаметогенез — процесс образования и развития половых клеток.

■ Сперматогенез — процесс формирования мужских половых клеток (мужских гамет); происходит в семенниках.

■ Оогенез — процесс формирования яйцеклеток (женских гамет); происходит в яичниках.

❖ Стадии гаметогенеза:

■размножение: митотическое деление первичных половых диплоидных клеток (сперматогоний у самцов и оогоний у самок) ткани семенных канальцев семенников (у самцов) или яичников (у самок); у самок млекопитающих эта стадия реализуется во время эмбрионального развития организма, у самцов — с момента полового созревания особи;

■ рост (на интерфазе клеточного цикла): увеличение в размерах сперматогоний и оогоний за счет роста в них количества цитоплазмы; репликация ДНК и формирование второй хроматиды; образование из сперматогоний (у самцов) сперматоцитов I порядка и из оогоний (у самок) — ооцитов I порядка (2n2хр);

■ созревание — мейотическое деление:

— результат первого мейотического деления: у самцов — образование двух сперматоцитов II порядка (1n2хр) из одного сперматоцита I порядка, у самок — образование одного ооцита II порядка (1n2хр) и вторичного (редукционного) тельца из одного ооцита I порядка;

— результат второго мейотического деления: у самцов образование четырех гаплоидных однохроматидных сперматид (lnlxp), у самок — одной гаплоидной однохроматидной яйцеклетки (lnlxp) и трех вторичных телец; вторичные тельца в дальнейшем погибают;

■ формирование: сперматиды не делятся; из каждой из них образуется сперматозоид (у женских гамет эта стадия отсутствует).

❖ Партеногенез (или девственное размножение) — развитие организма из неоплодотворенной яйцеклетки.

Типы партеногенеза (в зависимости от набора хромосом в яйцеклетке):
■ гаплоидный (пчелы, муравьи и др.):
■ диплоидный (низшие ракообразные, некоторые ящерицы и др.).

Оплодотворение

Оплодотворению (см. выше) предшествует осеменение. Осеменение — процесс, обеспечивающий встречу сперматозоидов и яйцеклеток.

Типы осеменения: наружное (характерно для водных обитателей; сперматозоиды и яйцеклетки выделяются в воду, где и происходит их слияние) и внутреннее (происходящее с помощью ко-пулятивных органов; характерно для обитателей суши).

У млекопитающих и человека яйцеклетки приобретают способность к оплодотворению в результате овуляции.

Овуляция — выход зрелых клеток у млекопитающих в полость тела. Периодичность овуляции регулируется нервной системой и гормонами эндокринной системы.

❖ Фазы оплодотворения:
■ проникновение сперматозоида в яйцеклетку (при этом в яйцеклетке формируется оболочка оплодотворения, препятствующая проникновению в яйцеклетку других сперматозоидов);
■ слияние ядер и восстановление диплоидного набора хромосом;
■ активация развития зиготы (формирование веретена деления, побуждающего зиготу к делению).

Понятие онтогенеза

Онтогенез — это совокупность процессов индивидуального развития организма с момента образования зиготы (оплодотворения яйцеклетки) до конца жизни особи.

❖ Периоды онтогенеза:
■ эмбриональный — с момента образования зиготы до прорастания семян (у растений) или рождения молодой особи (у животных);
■ постэмбриональный — от прорастания семян (у растений) или рождения (у животных) до смерти организма.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

Кемеровский государственный университет

Биологический факультет

Кафедра клеточной биологии

ФОРМЫ БЕСПОЛОГО РАЗМНОЖЕНИЯ

Кемерово, 2003

Введение.

Размножение – это увеличение количества особей вида посредством воспроизведения. Способность к размножению, или самовоспроизведению, является одним из обязательных и важнейших свойств живых организмов. Размножение поддерживает длительное существование вида, обеспечивает преемственность между родителями и их потомством в ряду многих поколений. Оно приводит к увеличению численности особей вида и способствует его расселению. У растений, подавляющее большинство которых ведет прикрепленный образ жизни, расселение в процессе размножения - единственный способ занять большую территорию обитания. У большинства многоклеточных организмов часть клеток специализировалась на выполнении функции размножения, возникли репродуктивные органы. В них образуются клетки, способные дать начало новому организму. Если новый организм возникает из половых клеток, то говорят о половом размножении. Если же образование нового организма связано с соматическими клетками, то такой способ размножения называют бесполым.

Бесполое размножение характеризуется тем, что в нем участвует одна особь. Бесполого размножения нет у первичнополостных червей, моллюсков и редко отмечается в типах членистоногих и редко отмечается в типах членистоногих и хордовых. В некоторых случаях для воспроизводства потомства образуются специализированные клетки - споры, каждая из которых прорастает и дает начало новому организму. Спорообразование встречается у простейших (малярийный плазмодий), грибов, водорослей и лишайников.

Формы бесполого размножения.

Бесполое размножение широко распространено в природе. Наиболее распространено оно у одноклеточных, но часто встречается и у многоклеточных. Характерны следующие особенности: в размножении принимает участие только одна особь; осуществляется без участия половых клеток; в основе размножения лежит митоз; потомки идентичны и являются точными генетическими копиями материнской особи. Преимущество бесполого размножения - быстрое увеличение численности. Наиболее распространенными видами бесполого размножения являются следующие:

1.Бинарное деление – митотическое деление, при котором образуются две равноценные дочерние клетки (например, у амебы);

2.Множественное деление, или шизогония. Материнская клетка распадается на большое количество более или менее одинаковых дочерних клеток (малярийный плазмодий);

3.Споруляция. Размножение посредством спор - специализированных клеток грибов и растений. Если споры имеют жгутик и подвижны, то их называют зооспорами (хламидомонада). Интересно, что если споры образуются с помощью митоза, то они имеют одинаковый генетический материал, если же они образуются с помощью мейоза, то они имеют генетический материал только одного организма, но генетически такие споры неравноценны;

4.Почкование. На материнской особи происходит образование выроста - почки, из которого развивается новая особь (дрожжи, гидра);

5.Фрагментация - разделение особи на две или несколько частей, каждая из которых развивается в новую особь. У растений (спирогира), и у животных (кольчатые черви). В основе фрагментации лежит свойство регенерации;

6.Вегетативное размножение. Характерно для многих групп растений. При вегетативном размножении новая особь развивается либо из части материнской, либо из особых структур (луковица, клубень и т.д.), специально предназначенных для вегетативного размножения;

7.Клонирование. Искусственный способ бесполого размножения. В естественных условиях встречается редко. Клон - генетически идентичное потомство, полученное от одной особи в результате того или иного способа беспологоразмножения.

Митоз.

Деление клеток лежит в основе развития и роста организмов, их размножения, а также обеспечивает самообновление тканей на протяжении жизни организма и восстановление их целостности после повреждения.
Наиболее широко распространенная форма воспроизведения клеток у живых организмов - непрямое деление, или митоз (рис. 1.). Для митоза характерны сложные преобразования ядра клетки, сопровождающиеся формированием специфических структур - хромосом. Хромосомы постоянно присутствуют в клетке, но в период между двумя делениями - интерфазе - находятся в деспирализованном состоянии и потому не видны в световой микроскоп. В интерфазе осуществляется подготовка к митозу, заключающаяся главным образом в удвоении (редупликации) ДНК. Совокупность процессов, происходящих в период подготовки клетки к делению, а также на протяжении самого митоза, называется митотическим циклом. После завершения деления клетка может вступить в период подготовки к синтезу ДНК, обозначаемый символом G1. В это время в клетке усиленно синтезируются РНК и белки, повышается активность ферментов, участвующих в синтезе ДНК. Затем клетка приступает к синтезу ДНК. Две спирали старой молекулы ДНК расходятся, и каждая становится матрицей для синтеза новых цепей ДНК. В результате каждая из двух дочерних молекул обязательно включает одну старую спираль и одну новую. Новая молекула абсолютно идентична старой. В этом заключается глубокий биологический смысл: таким путем в бесчисленных клеточных поколениях сохраняется преемственность генетической информации.
Продолжительность синтеза ДНК в разных клетках неодинакова и колеблется от нескольких минут у бактерий до 6-12 ч в клетках млекопитающих. После завершения синтеза ДНК - фазы S митотического цикла - клетка не сразу начинает делиться. Период от окончания синтеза ДНК и до начала митоза называется фазой G2. В этот период клетка завершает подготовку к митозу: накапливается АТФ, синтезируются белки ахроматинового веретена, удваиваются центриоли.

Процесс собственно митотического деления клетки состоит из четырех фаз: профазы, метафазы, анафазы и телофазы.

В профазе увеличивается объем ядра и клетки в целом, клетка округляется, снижается или прекращается ее функциональная активность (например, амебоидное движение у простейших и у лейкоцитов высших животных). Часто исчезают специфические структуры клетки (реснички и др.). Центриоли попарно расходятся к полюсам, хромосомы спирализуются и вследствие этого утолщаются, становятся видимыми. Считывание генетической информации с молекулДНК становится невозможным: синтез РНК прекращается, ядрышко исчезает. Между полюсами клетки протягиваются нити веретена деления - формируется аппарат, обеспечивающий расхождение хромосом к полюсам клетки. На протяжении всей профазы продолжается спирализация хромосом, которые становятся толстыми и короткими. В конце профазы ядерная оболочка распадается, и хромосомы оказываются беспорядочно рассеянными в цитоплазме.
В метафазе спирализация хромосом достигает максимума, и укороченные хромосомы устремляются к экватору клетки, располагаясь на равном расстоянии от полюсов. Образуется экваториальная, или метафазная, пластинка. На этой стадии митоза отчетливо видна структура хромосом, их легко сосчитать и изучить их индивидуальные особенности.

В каждой хромосоме имеется область первичной перетяжки - центромера, к которой во время митоза присоединяются нить веретена деления и плечи. На стадии метафазы хромосома состоит из двух хроматид, соединенных между собой только в области центромеры.
Во всех соматических клетках любого организма содержится строго определенное число хромосом. У всех организмов, относящихся к одному виду, число хромосом в клетках одинаково: у домашней мухи - 12, у дрозофилы - 8, у кукурузы - 20, у земляники садовой - 56, у рака речного - 116, у человека - 46, у шимпанзе, таракана и перца - 48. Как видно, число хромосом не зависит от высоты организации и не всегда указывает на филогенетическое родство. Число хромосом, таким образом, не служит видоспецифическим признаком.Носовокупность признаков хромосомного набора (кариотип) - форма, размеры и число хромосом - свойственна только одному какому-то виду растений или животных.
Число хромосом в соматических клетках всегда парное. Это объясняется тем, что в этих клетках находятся две одинаковые по форме и размерам хромосомы: одна происходит от отцовского, другая - от материнского организма. Хромосомы, одинаковые по форме и размерам и несущие одинаковые гены, называются гомологичными. Хромосомный набор соматической клетки, в котором каждая хромосома имеет себе пару, носит название двойного, или диплоидногонабора, и обозначается 2n. Количество ДНК, соответствующее диплоидному набору хромосом, обозначают как 2с. В половые клетки из каждой пары гомологичных хромосом попадает только одна, поэтому хромосомный набор гамет называется одинарным или гаплоидным.

Изучение деталей строения хромосом метафазной пластинки имеет очень большое значение для диагностики заболеваний человека, обусловленных нарушениями строения хромосом.
В анафазе вязкость цитоплазмы уменьшается, центромеры разъединяются, и с этого момента хроматиды становятся самостоятельными хромосомами. Нити веретена деления, прикрепленные к центромерам, тянут хромосомы к полюсам клетки, а плечи хромосом при этом пассивно следуют за центромерой. Таким образом, в анафазе хроматиды удвоенных еще в интерфазе хромосом точно расходятся к полюсам клетки. В этот момент в клетке находятся два диплоидных набора хромосом (4n4с).
В заключительной стадии - телофазе - хромосомы раскручиваются, деспирализуются. Из мембранных структур цитоплазмы образуется ядерная оболочка. У животных клетка делится на две меньших размеров путем образования перетяжки. У растений цитоплазматическая мембрана возникает в середине клетки и распространяется к периферии, разделяя клетку пополам. После образования поперечной цитоплазматической мембраны у растительных клеток появляется целлюлозная стенка. Так из одной клетки формируются две дочерние, в которых наследственная информация точно копирует информацию, содержавшуюся в материнской клетке. Начиная с первого митотического деления оплодотворенной яйцеклетки (зиготы) все дочерние клетки, образовавшиеся в результате митоза, содержат одинаковый набор хромосом и одни и те же гены. Следовательно, митоз - это способ деления клеток, заключающийся в точном распределении генетического материала между дочерними клетками. В результате митоза обе дочерние клетки получают диплоидный набор хромосом.

Митоз тормозитсявысокой температурой, высокими дозами ионизирующей радиации, действием растительных ядов. Один из таких ядов - колхицин - применяют в цитогенетике: с его помощью можно остановить митоз на стадии метафазной пластинки, что позволяет подсчитать число хромосом и дать каждой из них индивидуальную характеристику, т. е. провести кариотипирование.

В приведенной ниже таблице показаны особенности митоза у растений и у животных:

Шизогония.

Споруляция.

Спора - это одноклеточная репродуктивная единица обычно микроскопических размеров, состоящая из небольшого количества цитоплазмы и ядра. Образование спор наблюдается у бактерий, простейших, у представителей всех групп зеленых растений и всех групп грибов. Споры могут быть различными по своему типу и функции и часто образуются в специальных структурах. Нередко споры образуются в больших количествах и имеют ничтожный вес, что облегчает их распространение ветром, а также животными, главным образом насекомыми. Вследствие малых размеров спора обычно содержит лишь минимальные запасы питательных веществ; из-за того, что многие споры не попадают в подходящее место для прорастания, потери спор очень велики. Главное достоинство таких спор-возможность быстрого размножения и расселения видов, в особенности грибов. Споры бактерий служат, строго говоря, не для размножения, а для того, чтобы выжить при неблагоприятных условиях, поскольку каждая бактерия образует только одну спору. Бактериальные споры относятся к числу наиболее устойчивых: так, например, они нередко выдерживают обработку сильными дезинфицирующими веществами и кипячение в воде.

Почкование.

Почкованием называют одну из форм бесполого размножения, при которой новая особь образуется в виде выроста (почки) на теле родительской особи, а затем отделяется от нее, превращаясь в самостоятельный организм, совершенно идентичный родительскому. Почкование встречается в разных группах организмов, особенно у кишечнополостных, например, у гидры, и у одноклеточных грибов, таких как дрожжи. При почковании одноклеточных на материнской клетке формируются вырост. В дальнейшем ядро делится митозом и одно из образовавшихся ядер перемещается в почку. Почка растет и, достигнув размеров, близких к материнской клетке, отшнуровывается.

У многоклеточных организмов почка формируется как многоклеточная структура в особой зоне – зоне почкования. Причем у кишечнополостных формирующийся организм может отделяться от материнского или оставаться связанным с ним всю жизнь (в результате образуется колония).

Необычная форма почкования описана у суккулентного растения бриофиллум - ксерофита, часто выращиваемого в качестве декоративного комнатного растения: по краям его листьев развиваются миниатюрные растеньица, снабженные маленькими корешками (см. рис.); эти "почки" в конце концов, отпадают и начинают существовать как самостоятельные растения.

Размножение фрагментами (фрагментация).

Фрагментацией называют разделение особи на две или несколько частей, каждая из которых растет и образует новую особь. Фрагментация происходит, например, у нитчатых водорослей, таких как спирогира.

Нить спирогиры может разорваться на две части в любом месте. Фрагментация наблюдается также у некоторых низших животных, которые в отличие от более высокоорганизованных форм сохраняют значительную способность к регенерации из относительно слабо дифференцированных клеток. Например, тело немертин (группа примитивных червей, главным образом морских) особенно легко разрывается на много частей, каждая из которых может дать в результате регенерации новую особь. В этом случае регенерация - процесс нормальный и регулируемый; однако, у некоторых животных (например, у морских звезд) восстановление из отдельных частей происходит только после случайной фрагментации.

Животные, способные к регенерации, служат объектами для экспериментального изучения этого процесса; часто при этом используют свободноживущего червя планарию. Такие эксперименты помогают понять процесс дифференцировки.

Вегетативное размножение.

Вегетативное размножение представляет собой одну из форм бесполого размножения, при которой от растения отделяется относительно большая, обычно дифференцированная, часть и развивается в самостоятельное растение. По существу вегетативное размножение сходно с почкованием. Нередко растения образуют структуры, специально предназначенные для этой цели: луковицы, клубнелуковицы, корневища, столоны и клубни. Некоторые из этих структур служат также для запасания питательных веществ, что позволяет растению пережить периоды неблагоприятных условий, таких как холода или засуха. Запасающие органы позволяют растению переживать зиму и давать в следующем году цветки и плоды (двулетние растения) или выживать в течение ряда лет (многолетние растения). К таким органам, называемым зимующими, относятся луковицы, клубнелуковицы, корневища и клубни. Зимующими органами могут быть также стебли, корни или целые побеги (почки), однако во всех случаях содержащиеся в них питательные вещества создаются главным образом в процессе фотосинтеза, происходящего в листьях текущего года. Образовавшиеся питательные вещества переносятся в запасающий орган, а затем обычно превращаются в какой-либо нерастворимый резервный материал, например крахмал. При наступлении неблагоприятных условий надземные части растения отмирают, а подземный зимующий орган переходит в состояние покоя. В начале следующего вегетационного периода запасы питательных веществ мобилизуются с помощью ферментов: почки пробуждаются, и в них начинаются процессы активного роста и развития за счет запасенных питательных веществ. Если прорастает более одной почки, то можно считать, что осуществилось размножение. В ряде случаев образуются специальные органы, служащие для вегетативного размножения. Таковы видоизмененные части стебля - клубни картофеля, луковицы лука, чеснока, луковички в лиственных пазухах мятлика, откидыши молодила и др. Земляника размножается "усами" (см. рис.). В узлах побегов формируются придаточные корни, а из пазушных почек - побеги с листьями. В дальнейшем междоузлия отмирают, а новое растение утрачивает связь с материнским. В практике сельского хозяйства вегетативное размножение растений используется довольно широко.

Клонирование.

Как уже говорилось, получение идентичных потомков при помощи бесполого размножения называют клонированием. В естественных условиях клоны появляются редко. Общеизвестный пример естественного клонирования, существующего в природе и имеющего место у человека – однояйцевые близнецы, развившиеся из одной яйцеклетки (Это обязательно дети одного пола). До шестидесятых годов двадцатого века клоны получали искусственным путем исключительно при вегетативном размножении растительных организмов, чаще всего для сохранения сортовых признаков и при получении культур микроорганизмов, используемых в медицине. В начале шестидесятых годов были разработаны методы, позволяющие успешно клонировать некоторые высшие растения и животных путем выращивания из отдельных клеток. Эти методы возникли в результате попыток доказать, что ядра зрелых клеток, закончивших свое развитие, содержат всю информацию, необходимую для кодирования всех признаков организма, и что специализация клеток обусловлена включением и выключением определенных генов, а не утратой некоторых из них. Первый успех был достигнут профессором Стюардом из Корнельского университета, который показал, что, выращивая отдельные клетки корня моркови (ее съедобной части) в среде, содержащей нужные питательные вещества и гормоны, можно индуцировать процессы клеточного деления, приводящие к образованию новых растений моркови.

Вскоре после этого Гёрдон, работавший в Оксфордском университете, впервые сумел добиться клонирования позвоночного животного. Позвоночные в естественных условиях клонов не образуют; однако, пересаживая ядро, взятое из клетки кишечника лягушки, в яйцеклетку, собственное ядро которой предварительно было разрушено путем облучения ультрафиолетом, Гёрдону удалось вырастить головастика, а затем и лягушку, идентичную той особи, от которой было взято ядро.

С семидесятых годов ученые предпринимали попытки клонирования млекопитающих. Крохотная овечка Долли – символ очередного этапа успешного развития биотехнологии.

Такого рода эксперименты не только доказывают, что дифференцированные (специализированные) клетки содержат всю информацию, необходимую для развития целого организма, но и позволяют рассчитывать, что подобные методы можно будет использовать для клонирования позвоночных, стоящих на более высоких ступенях развития, в том числе и человека. Техника клонирования сулит, в первую очередь, большие перспективы для животноводства, так как дает возможность получать от любого животного, обладающего ценными качествами, многочисленные генетически идентичные копии с теми же признаками. Клонирование нужных животных, например племенных быков, скаковых лошадей и т.п., может оказаться столь же выгодным, как и клонирование растений, которое, как было сказано, уже производится. Также одна из возможных областей применения данной технологии клонирование редких и исчезающих видов диких животных. Фактически появились реальные технические возможности для клонирования человека. Вот всего лишь несколько проблем, которые решаются таким образом:

1) Устранение генетических дефектов еще во внутриутробном периоде путем замены мутантного гена полноценным;

2) Лечение некоторых форм бесплодия, так как при использовании описанной методики выносить ребенка может не только биологическая, но и суррогатная мать;

3) Получение эмбрионов для запасных частей, используемых во время операций по пересадке органов (мгновенно устраняется проблема тканевой несовместимости – ведь эмбрион будет выращен из клетки самого больного).

Однако применение методов клонирования к человеку сопряжено с серьезными проблемами нравственного порядка. На первый взгляд может показаться, что таким образом можно было бы воспроизводить талантливых ученых или деятелей искусства. Однако надо помнить, что степень влияния, оказываемого на развитие средой, еще не вполне ясна, а между тем любая клонируемая клетка должна снова пройти через все стадии развития, т.е. в случае человека-стадии зародыша, плода, младенца и т.д. Поэтому достижения генной инженерии последних лет вызывают чрезвычайно сильную реакцию общественности и в особенности тех кругов, которые формируют общественное мнение (теологи, философы, журналисты). Генетики и врачи нередко подвергаются яростным нападкам, хотя они первыми забили тревогу, когда обнаружилась опасность экспериментов (в 1973 году у П. Берга из Стэнфорда созрела идея переноса ракового гена в кишечную палочку, что действительно могло создать непредсказуемую опасность). Ряд видных ученых продолжает беспокоиться по поводу возможных осложнений, связанных с межвидовым переносом ДНК. Также совершенно не разработано юридическое обеспечение большинства вопросов.

Заключение.

Размножение – одна из важнейших функций живых организмов. При бесполом размножении потомки происходят от одного организма, без слияния гамет. Мейоз в процессе бесполого размножения не участвует (если не говорить о растительных организмах с чередованием поколений), и потомки идентичны родительской особи. Идентичное потомство, происходящее от одной родительской особи, называется клоном. Образовавшиеся бесполым путем организмы могут быть генетически различными только в случае возникновения мутаций.

Литература:

1. Ясакова Н. Т., Валова Т. А. Биотехнология. – М.: Новосибирская государственная медицинская академия. – 2000. – с. 13-15.

2. http://shpora-da.narod.ru/biology-russian-025-036.htm#027

3. http :// lyceum 1. ssu . runnet . ru /~ dist / biology / textbook _1/05-06_03. html

4.http://www.examen.ru/Examine.nsf/Display?OpenAgent&Pagename=defacto.html&catdoc_id=4F74CB9E5FCD2338C3256A02003DEB74&rootid=BCD8A4FC42508700C3256A39005E8AE6

5. http://schools.keldysh.ru/school1413/bio/mazol/razmn/index.htm

Размножение - это способность всех живых существ оставлять потомство со сходным строением и процессами жизнедеятельности. Выделяют 2 главных способа размножения - бесполое и половое.

Бесполое размножение

При бесполом делении, где задействована только одна особь, процесс размножения происходит без формирования гамет. Потомство формируется за счет отпочковывания от материнского организма или откладывания в спецорганах.

Существуют следующие виды бесполого размножения:

Деление - преимущественно встречается у простейших организмов, при этом исходная материнская клетка разделяется на две части, образуя идентичное дочернее поколение.

Выделяют следующие подвиды:

• Деление надвое — свойственно доядерным видам;
• митотическое деление — встречается у простейших;
• множественное деление — типичное явление для малярийного плазмодия.

Почкование - характеризуется формированием дочерних организмов в виде выпячиваний на материнском теле. После созревания они отделяются от тела родителя и развиваются дальше самостоятельно. Если дочерние формы не отпочковываются и сохраняют связь с материнским организмом, формируются колонии (представители типа стрекающие).

Фрагментация - процесс, при котором зрелые особи развиваются из отдельных частей тела взрослой особи (первичноротые, хирофитовые водоросли, водяная чума). Фрагментация возможна благодаря регенеративным способностям организма.

Полиэмбриония - новые особи формируются при разделении зародыша на несколько частей (однояйцевые близнецы).

Вегетативное размножение - зарождение новых особей идет из отдельных органов материнского организма. Формирование молодого растения возможно из корневой системы, ветвей или листьев (редко).

Корень служит основой для образования придаточных почек, из которых развиваются надземные побеги. Новообразованные побеги крепятся к почве с помощью добавочных корней. После гибели материнского корня, проросшие растения начинают самостоятельную жизнь.

Вегетативное размножение способствует быстрому распространению калины, осота, кипрея узколистого. Растения из семейства бобовые или рода Вербейник размножаются при помощи поверхностных побегов, которые стелются по земле и в местах соприкосновения почвы и узлов побегов прорастают добавочные корни. Так растение начинает самостоятельное развитие.

Спорообразование - характерно для некоторых простейших и растений, которые могут образовывать споры. Споровые клетки, попадая во влажную среду, развиваются, достигая зрелости. Формирование споровых клеток идет в спорангиях – специальных органах покрытосеменных растений. У грибов и водорослей споры образуются из всех клеток тела.

Клонирование - один из видов бесполого размножения, применяемый учеными для копирования исходного генетического материала. Так получают идентичные копии с материнских особей.

Роль бесполого размножения

Организмы, которые размножаются бесполым путем, хорошо адаптируются к плавно изменяющимся условиям окружающей среды. Их потомство всегда множественное, быстро созревает и начинает тоже делиться, что способствует росту численности популяции. Хорошо известные виды с бесполым размножением: гидра, амеба, дрожжевые грибы.

Все клетки нашего организма постоянно обновляются, это возможно благодаря бесполому размножению. Соматические клетки делятся в процессе митоза.

Учитывая быстрые темпы созревания и деления, растения и животные, которые делятся бесполым путем, часто используются селекционерами.

Половое размножение

Половое размножение осуществляется при взаимодействии пары разнополых особей. Они имеют репродуктивную систему, где формируются половые клетки - гаметы. Для женских особей характерно образование яйцеклеток, а для мужских - сперматозоидов.

Формирование половых клеток называют гаметогенезом, главным моментом их образования является мейоз. Во время слияния гамет происходит оплодотворение и зарождения новой жизни. Сформированная зигота не будет точной версией родителей, потому что в процессе мейоза идет перестройка генетической информации.

Гаметы у разных представителей отличаются между собой, поэтому выделяют следующие формы полового размножения: гомогамию, анизогамию и оогамию.

Гомогамия - разделение гамет на мужские и женские является условностью, потому что половые клетки организмов разных полов имеют идентичное строение и форму.

Анизогамия - половые клетки обеих полов могут передвигаться. Яйцеклетки превосходят по размеру сперматозоиды, но они почти неподвижны.

Оогамия - женские гаметы не могут самостоятельно перемещаться и намного больше мужских.

Оогамия встречается наиболее часто, свойственна многим представителям животного и растительного мира. Гомогамия и анизогамия присуща для простейших видов (фотоавтотрофные одноклеточные).

Отдельные виды водорослей и грибов могут размножаться, не образуя гамет, такие формы деления называются: гологамия и конъюгация.

В процессе гологамии одноклеточные особи с одинарным набором хроматид сливаются между собой, тем самым берут на себя роль половых клеток. Новообразованная зигота следом делится мейотическим путем, образуя 4 гаплоидные особи.

Деление путем конъюгации характерно для грибов, при этом идет слияние между гаплоидными клетками нитей таллома. После обмена информацией формируются диплоидные зародышевые клетки.

Роль полового размножения

Половое размножение важное природное явление, обеспечивающее высокий уровень изменчивости и дает возможность выживать в резко меняющихся условиях. Именно поэтому половое размножение превосходит бесполое, при котором все оставленное потомство унаследует точную копию генома родителей.

При половом делении идет перестройка генетического кода, что проявляется разнообразием признаков у потомков. Возникновение новых характеристик, адаптационных механизмов является основой для эволюционных процессов. Поэтому половое размножение занимает главное положение в природе.

Важное свойство всех организмов - размножение, обеспечивающее поддержание жизни.

Размножение, осуществляемое без участия половых клеток, называется бесполым размножением.

Бесполое размножение

Бесполое размножение характеризуется тем, что дочерние клетки по содержанию наследственной информации, морфологическим, анатомическим и физиологическим особенностям полностью идентичны родительским. Бесполое размножение осуществляется с помощью отдельных (бесполых) клеток (различные способы деления, спорообразование), из которых образуются дочерние клетки или развиваются многоклеточные организмы.

Вегетативное размножение обеспечивается отделением от материнского многоклеточного организма многоклеточных участков (корня, листа, побега, черенка, отводка, а также видоизмененного подземного побега - клубня, луковицы, корневища у растений и участков тела, «почек» — У животных).

Биологическое значение бесполого и вегетативного размножения в том, что за короткий период можно значительно увеличить численность вида.

Половое размножение

Половое размножение характеризуется обменом генетической информации между женскими и мужскими особями через особые гаплоидные половые клетки — гаметы.

Гаметогенез - процесс образования гамет.

Половое размножение существует почти у всех растений и животных. Созревшие высокоспециализированные половые клетки — гаметы: женские - яйцеклетки, мужские - сперматозоиды - при слиянии образуют зиготу, из которой развивается новый дочерний организм. По достижении половой зрелости новый организм в свою очередь производит гаметы, дающие начало следующим потомкам. Так осуществляется преемственность поколений.

Гаметы формируются, из диплоидных клеток путем специального типа клеточного деления - мейоза.

Процесс мейоза состоит из двух последовательных делений - мейоза и мейоза.

Главная особенность мейоза заключается в уменьшении числа хромосом в 2 раза.

Сравнивая митоз и мейоз» можно отметить следующее их сходство и отличие:

В процессе формирования половых клеток у животных уменьшение числа хромосом происходит на последнем этапе овогенеза и сперматогенеза (образования женских и мужских половых клеток).

Сливаясь, гаметы образуют зиготу (оплодотворенную яйцеклетку), которая несет задатки обоих родителей, благодаря чему резко увеличивается наследственная изменчивость потомков. В этом заключается преимущество полового размножения над бесполым.

Разновидности размножения

Разновидностью полового размножения являются партеногенез (от лат. «партенос» - девственница + гр. «генезис» - рождение), при котором развитие нового организма происходит из неоплодотворенной яйцеклетки (у пчел). Конъюгация - две особи сближаются и обмениваются наследственным материалом (инфузория).

Копуляция - слияние в одну двух равных по размерам клеток (колониальные жгутиковые и др.)

У высших растений мейоз осуществляется не при формировании гамет, а на более раннем этапе развития - при образовании спор (у покрытосеменных - при образовании пыльцы и зародышевого мешка).

Для покрытосеменных растений характер процесс двойного оплодотворения, открытый С. Г. Навашиным в 1898 г.

Особенность оплодотворения у цветковых растений в отличие от животных состоит в том, что в нем участвует не один, а два спермин, в связи с чем оно получило название двойного оплодотворения. Сущность его заключается в том, что один сперматозоид сливается с яйцеклеткой, а второй - с центральной диплоидной клеткой, из которой дальше развивается эндосперм.

В природе широко распространено размножение с чередованием полового и бесполого поколений у растений и некоторых животных (кишечнополостные). Этот тип размножения подробно описан в первой части пособия.