Формы размножения организмов. Оплодотворение. Эмбриональное и постэмбриональное развитие у животных.

Формы размножения организмов. Оплодотворение. Эмбриональное и постэмбриональное развитие у животных.

Формы размножения

Размножение — свойство организмов воспроизводить себе подобных. Благодаря размножению обеспечивается непрерывность и преемственность жизни: виды и жизнь как таковая сохраняются во времени.

Процессы размножения наблюдаются и на клеточном, и даже молекулярном уровнях. Размножение клеток лежит в основе таких процессов, как рост, развитие, регенерация тканей и органов.

Формы размножения сложны и разнообразны, но все их можно свести к двум основным способам размножения — половому и бесполому.

Почкование(кишечнополостные)

Частями тела

листом

побегом

корнем

ФОРМЫ РАЗМНОЖЕНИЯ ОРГАНИЗМОВ

Половое (половые клетки n )

Бесполое (соматические 2n)

Слияние гамет

партеногенез

Деление (простейшие)

Образование спор

Обмен частями ядра (простейшие, бактерии)

Вегетативное

У животных

У растений

Формы бесполого размножения

Благоприятные условия – гаметы не образуются и не сливаются.

Новый организм наследует признаки только от материнского организма.

Хламидомонада – одноклеточная водоросль

деление

почкование

Дрожжи – одноклеточные грибы

• Спорообразование

гифы

Вегетативное размножение

растений

листом

корневым черенком

Стеблем

корневищем

усами

клубнем

выводковыми почками

луковицей

черенком

прививкой

отводками

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.

• Бинарное деление – деление, при котором образуются две равноценные дочерние клетки

Клонирование - искусственный способ бесполого размножения. В естественных условиях не встречается.

Клон – генетически идентичное потомство, полученное от одной особи в результате того или иного способа бесполого размножения

Формы бесполого размножения

Основной способ размножения бактерий – бесполое размножение: деление клетки надвое, почкование . Так как отсутствует ядро, это деление митозом назвать нельзя.

Почкование: некоторые бактерии размножаются путем почкования. При этом на одном из полюсов материнской клетки формируется почка, в нее переходит один из поделившихся нуклеоидов. Почка разрастается, превращаясь в дочернюю клетку, и отделяется от материнской.

Бинарное деление: перед делением происходит репликация ДНК, мезосома делит клетку на две. Некоторые бактерии при благоприятных условиях способны делиться каждые 20 минут.

Размножение бактерий

Половой процесс,

или генетическая рекомбинация

Можно говорить о том, что у бактерий наблюдается и половой процесс. Гаметы у бактерий не образуются, слияния клеток нет, но происходит главнейшее событие полового процесса — обмен генетической информацией. Этот процесс называют генетической рекомбинацией . Часть ДНК (реже вся) клеткой-донором передает клетке-реципиенту и замещает часть ДНК клетки-реципиента. Образовавшуюся ДНК называют рекомбинантной . Она содержит гены обеих родительских клеток.

Различают три способа передачи генетической информации:

конъюгация;

Рис. 94. Конъюгация у бактерий.

трансдукция.

трансформация;

Конъюгация

Конъюгация — это прямая передача участка ДНК от одной клетки другой во время непосредственного контакта клеток друг с другом (рис. 94). Передача генетической информации возможна благодаря образованию клеткой-донором особых структур, называемых F-пилями, или половыми фимбриями. Их образование контролируется особой плазмидой — F-фактором ( поло-

вым фактором ). Плазмида кодирует специфические белки фимбрий. F -пили образуются очень быстро, в течение 4-5 минут. Конец половой фимбрии клетки-донора прикрепляется к белку наружной мембраны клетки-реципиента и через канал F -пили ДНК клетки-донора переходит в клетку-реципиента. После завершения конъюгации половые пили быстро сбрасываются клеткой.

Во время конъюгации ДНК передается только в одном направлении (от донора к реципиенту), обратной передачи нет.

Трансдукция

Трансдукция — это перенос фрагмента ДНК от одной бактерии к другой с помощью бактериофага.

После заражения бактерии ДНК бактериофага встраивается в ДНК бактерии и реплицируется вместе с ней. При образовании новых вирусных частиц ДНК фага высвобождается. При этом она может захватить с собой часть генетического материала бактерии. Во время заражения новых клеток таким вирусом в ДНК бактерии встраивается не только вирусная ДНК, но и часть генетического материала другой бактериальной клетки.

Трансформация

Трансформация — это передача генетической информации без непосредственного контакта клеток. Клетка-реципиент активно поглощает генетическую информацию погибших бактерий.

Формы бесполого размножения

Бесполое размножение широко распространено в природе. Его можно наблюдать во многих группах организмов. Наиболее распространено оно у одноклеточных, но часто встречается и у многоклеточных.

Для бесполого размножения характерны следующие особенности:

• В размножении принимает участие только одна особь.
• Осуществляется без участия половых клеток.
• В основе размножения обычно лежит митоз, при этом потомки идентичны и являются точными генетическими копиями материнской особи.
• Образование новых организмов может происходить с помощью мейоза – образование спор высших растений.

Формы бесполого размножения

1. Деление.

Наиболее древняя и самая простая форма бесполого размножения. Размножение путем деления клетки характерно для одноклеточных организмов. Различают два основных способа деления – бинарное деление — деление, при котором образуются две равноценные дочерние клетки;

множественное деление , или шизогония — деление, при котором материнская клетка распадается на большое количество более или менее одинаковых дочерних клеток (малярийный плазмодий).

Формы бесполого размножения

2. Споруляция .

Размножение посредством спор — специализированных клеток грибов и растений. Как правило, образование спор происходит в спорангиях — одноклеточных или многоклеточных структурах. Если споры имеют жгутик и подвижны, то их называют зооспорами (хламидомонада). Споры могут образовываться митотически (например, у хламидомонады) и мейотически (например, у всех высших растений).

Формы бесполого размножения

У всех высших растений мейоз происходит при образовании спор, споры генетически неравноценны.

Формы бесполого размножения

3. Почкование.

Способ размножения, при котором на материнской особи происходит образование выроста — почки, из которого развивается новая особь. Причем, дочерняя особь может либо отделиться от материнской и перейти к самостоятельному образу жизни (гидра), либо остается прикрепленной к ней, тогда происходит образование колонии.

Формы бесполого размножения

4. Фрагментация

Фрагментация — разделение особи на две или несколько частей, каждая из которых развивается в новую особь. Этот способ размножения наблюдается и у растений, и у животных (кольчатые черви). В основе фрагментации лежит свойство регенерации — способности некоторых живых существ восстанавливать утраченные органы и ткани.

5. Вегетативное размножение.

Форма бесполого размножения, характерная 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.

6. Полиэмбриония.

Представляет собой размножение во время эмбрионального развития, при котором из одной зиготы развивается несколько зародышей — близнецов (однояйцевые близнецы у человека). Потомство всегда одного пола.

Подведем итоги:

Можно ли утверждать, что при бесполом размножении потомство наследует гены только одного организма.

Да.

Можно ли утверждать, что при бесполом размножении потомство генетически идентично материнскому.

Нет, если образованию нового организма предшествует мейоз, например при образовании спор высших растений.

Для приспособления к новым условиям жизни более важно бесполое размножение.

Нет, при половом происходит образование новых генотипов, перекомбинация генетического материала, что поставляет материал для естественного отбора.

Споры мхов и папоротников образуются путем митоза.

Нет, споры всех высших растений образуются путем мейоза.

Бактерии размножаются с помощью митотических делений.

Нет, у прокариот нет ядра и нет митоза. Они размножаются делением пополам или с помощью почкования.

Почему полиэмбрионию можно считать способом бесполого размножения?

Так как после слияния гамет начинается индивидуальное развитие организма.

Половое размножение

В основе полового размножения лежит половой процесс, который обычно связан с образованием большого количества специализированных клеток — гамет (половых клеток) и их последующего слияния. Копулируя, гаметы образуют зиготы . Из зигот развиваются новые организмы, объединяющие в себе наследственную информацию родительских форм. Половое размножение характерно для большинства живых организмов (кроме прокариот).

Не всегда при половом размножении происходит образование и слияние гамет, но слияние генетического материала происходит обязательно.

Способы оплодотворения

• Оплодотворение – процесс слияния ядер мужской и женской половых клеток, в результате которого образуется зигота.
• Зигота –это оплодотворенная яйцеклетка, имеющая диплоидный набор хромосом. Из нее развивается зародыш, который дает начало новому организму

• Оболочка яйцеклетки становится непроницаемой для остальных сперматозоидов
• В яйцеклетке начинается усиленный синтез белков, которые обеспечивают дальнейшее дробление зиготы
• Происходит репликация ДНК двух ядер
• Гаплоидные ядра увеличиваются в размерах и превращаются в пронуклеусы
• В результате слияния пронуклеусов формируется диплоидное ядро зиготы

Половое размножение

Для полового размножения характерны следующие особенности:

• В размножении принимает участие обычно две особи — мужская и женская;
• Обычно осуществляется с помощью специализированных клеток — гамет;
• В жизненном цикле обязательно присутствует мейоз;
• Потомки генетически отличны друг от друга и от родительских особей.

Как правило, яйцеклетки и сперматозоиды вырабатываются разными организмами. Такие организмы называются раздельнополыми . Если же один и тот же организм способен продуцировать и женские, и мужские гаметы, то его называют гермафродитом (ленточные черви, сосальщики). Но и в этом случае зигота образуется, чаще всего, в результате слияния гамет разных организмов (перекрестное оплодотворение).

Половое размножение

Особая форма полового размножения – партеногенез – развитие из неоплодотворенной яйцеклетки ( parthenos –девственница, genesis - развитие).

У дафний за лето до 180 поколений, все самки, самцы появляются только осенью.

Известна у тлей, пчел, кавказских ящериц, одуванчиков, ястребинок (апомиксис).

• Из неоплодотворенной яйцеклетки с гаплоидным набором хромосом начинают развиваться клетки, у которых в процессе митоза расхождение хромосом не происходит и диплоидный набор восстанавливается
• У пчел из неоплодотворенной яйцеклетки развиваются самцы(трутни), а из оплодотворенной –самки (матки) и рабочие пчелы.

Эмбриогенез

• Начинается с момента оплодотворения и образования зиготы и заканчивается рождением организма или выходом его их яйца

Этапы эмбриогенеза

• Дробление
• Бластула
• Гаструла
• Нейрула
• Органогенез

Дробление

• Яйцо делится на две, затем на четыре части. Образуются четыре клетки, которые называются бластомерами. Идет дробление на 8,16,32 бластомера и т.д.
• Дробление отличается от митоза тем, что клетки не увеличиваются в размерах, не растут

Дробление зависит от количества питательных веществ и их распределения в яйце

Дробление

Неполное

Полное

(равномерное)

Яйцо полностью делится на бластомеры

(ланцетник, земноводные, иглокожиие)

Желтка в яйце много и дробится только верхний диск

(рыбы, рептилии, птицы)

Бластула

• Дробление заканчивается образованием бластулы.
• Бластула - это однослойный зародыш с полостью внутри, которую называют бластоцелью

гаструла

• Гаструляция начинается с выпячивания нижних клеток бластулы внутрь полости.
• Образуется два слоя клеток- эктодерма - наружный , энтодерма – внутренний.
• На этой стадии заканчивается развитие губок и кишечнополостных

нейрула

• Образуется третий слой клеток- мезодерм а, между эктодермой и энтодермой
• В результате образуется трехслойный зародыш, из клеток которого развиваются ткани и органы будущего организма

органогенез

• Из эктодермы развиваются

• - эпителиальная и нервная ткани, а далее кожные покровы –эпидермис кожи и его производные (ногти, волосы, сальные и потовые железы, эмаль зубов)
• -нервная система
• -органы чувств
• -некоторые железы внутренней секреции (щитовидная)

органогенез

• Из мезодермы развиваются

• -мышечная ткань
• -соединительная ткань, в том числе кровь, лимфа и тканевая жидкость, хорда ,костный скелет, кровеносные сосуды, сердце, почки, органы половой системы
• -половые железы (семенники и яичники)
• -надпочечники

онтогенез

• Индивидуальное развитие организма.
• Термин ввел в науку в 1866 г. Немецкий ученый Эрнст Геккель.

Все многоклеточные организмы развиваются из

оплодотворенной яйцеклетки. Развитие зародышей у

животных, относящихся к одному типу, во многом

сходно. Эти факты подтверждают справедливость

сформулированного К.Бэром закона зародышевого

сходства: «Эмбрионы обнаруживают, уже начиная с

самых ранних стадий, известное общее сходство в

пределах типа».

Карл Бэр

Между индивидуальным развитием организмов и их

историческим развитием существует глубокая связь,

которая нашла свое отражение в биогенетическом

законе , сформулированном двумя немецкими

учеными Ф.Мюллером и Э.Геккелем в XIX веке:

онтогенез (индивидуальное развитие) каждой особи

есть краткое и быстрое повторение филогенеза

(исторического развития) вида, к которому эта

особь относится.

Фриц Мюллер

Эрнст Геккель

Периоды онтогенеза:

Эмбриональный период

Постэмбриональный период

Птенец курицы

Яйцо курицы

ПОСТЭМБРИОНАЛЬНОЕ РАЗВИТИЕ ОРГАНИЗМОВ

Постэмбриональное развитие организма

Прямое

(без превращения )

Непрямое

(с превращением)

Есть личиночная стадия

Нет личиночной стадии

насекомые

Млекопитающие, птицы,

пресмыкающиеся

Развитие организма с момента рождения или

выхода из зародышевых оболочек до смерти.

Прямое постэмбриональное развитие:

Из яйцевых оболочек или из тела матери выходит организм

небольших размеров, но с уже заложенными всеми основными

органами, свойственными взрослому животному:

Назовите примеры животных с прямым постэмбриональным развитием.

млекопитающие

птицы

рептилии

Наиболее ярко развитие с метаморфозом

представлено у насекомых.

Развитие с полным превращением:

яйцо

Назовите

какие стадии

в своем

развитии

проходит

бабочка?

личинка

куколка

имаго

Для каких насекомых характерен такой тип развития?

Развитие с неполным превращением:

Глядя на рисунок определите, какие стадии развития проходят

насекомые с неполным превращением? Какая стадия отсутствует?

яйцо

личинка

имаго

Для каких насекомых характерно развитие с неполным превращением?

Непрямое постэмбриональное развитие:

Из яйца выходит личинка, обычно устроенная проще взрослого

животного, со специальными личиночными органами, во

взрослом состоянии отсутствующими. Со временем органы

личинки заменяются органами, свойственными взрослым особям.

личинка превращается во взрослое животное.

Как называется развитие с превращением?

Для каких животных оно характерно?

амфибии

рыбы

насекомые

ракообразные

моллюски

черви

Рост организма

• Увеличение размеров организма и массы
• Начинается у многоклеточных с одной клетки, от которой в процессе индивидуального развития – онтогенеза- образуются ткани и органы

Рост организма

• Неограниченный рост(моллюски, рыбы, земноводные и пресмыкающиеся) , растут в течение всей жизни
• Ограниченный рост(насекомые, птицы, млекопитающие) растут на определенном этапе своего развития
• На рост животных влияет температура, питание, влажность, соленость воды и другие факторы

• Регуляция роста осуществляется с помощью гормонов гипофиза, щитовидной и половых желез
• Гормон роста – соматотропин (гипофиз)-влияет на рост костей в длину
• Недостаток –карликовость
• Избыток- гигантизм

• После интенсивного роста организм вступает в стадию зрелости, для которой характерно изменение физиологических процессов в организме.
• Этот период связан с деторождением.

Старение и смерть

• Старение –это общебиологическая закономерность, свойственная всем живым организмам
• В процессе старения изменяются органы , нарушается их структура и функции

Геронтология

- наука, занимающаяся проблемами старения человека

• Старение – это неизбежный этап развития организма. Далее наступает смерть , которая является необходимым условием существования биологического вида и эволюции жизни на Земле

Подведем итоги:

Почему при половом размножении в жизненном цикле обязательно присутствует мейоз? Ответ поясните.

При слиянии генетического материала происходит удвоение хромосом, необходима редукция генетического материала для сохранения постоянного набора хромосом.

Может ли происходить половое размножение без участия гамет?

Да, путем хологамии – слияния одноклеточных организмов ( у одноклеточных водорослей), или путем соматогамии – слияния содержимого соматических клеток (конъюгация у спирогиры).

Могут ли при половом размножении образоваться генетически одинаковые потомки? Ответ поясните.

Нет, так обязательно происходит слияние генетического материала.

При партеногенезе не происходит слияния генетического материала, можно ли считать организмы, образовавшиеся путем партеногенеза идентичными?

Нет, они образуются из половых клеток, которые образуются мейотически. Но если они образуются из клеток, которые не претерпели мейоз – диплоидный партеногенез, то может быть идентичны?

Выводы:

• Размножение необходимо для поддержания видового постоянства организмов в природе.
• Существует два типа размножения: бесполое и половое
• Основой всех видов бесполого размножения является митоз.
• Исходным моментом полового размножения является формирование гамет (половых клеток) в процессе мейоза.
• Биологическое значение полового размножения: эволюционно более перспективно половое размножение по сравнению с бесполым.

Вопросы к теме:

• Что такое органогенез?
• Приведите примеры постэмбрионального развития с превращением.

3. Каково биологическое значение метаморфоза?

• Приведите примеры различия среды обитания и объектов

питания у взрослых особей и их личинок.

5. Какие факторы среды могут оказывать влияние на

продолжительность постэмбрионального периода развития?

6. Что изучает наука эмбриология?

• Кто является основателем эмбриологии?

• Это слово произошло от греческого слова, которое переводится как «одиночный, одинарный, простой»
• Это слово произошло от двух греческих слов, означающих «семя» и «живое подвижное существо»
• Это слово произошло от двух греческих слов «девственница» и «происхождение, возникновение»
• Это слово произошло от двух греческих слов «зародыш» и «наука»

Контрольная работа

• Соотнести понятия (к термину из первого столбца подобрать определение из второго столбца)

Термин

Определение термина

1.Метаморфоз

2. Партеногенез

3. Конъюгация

4.Гаметогенез

5. Половое размножение

6.Онтогенез

7. Двойное оплодотворение

8.Эктодерма

9.Бластула

10. Оплодотворение

1.Однослойный шарообразный зародыш с полостью внутри

2.Процесс слияния женских и мужских гамет

3.Способ размножения, в котором участвуют гаметы.

4.Непрямое постэмбриональное развитие организмов.

5.Форма размножения, присущая покрытосеменным растениям

6.Наружный зародышевый листок.

7.Форма размножения, при которой происходит обмен генетическим материалом.

8.Развитие организма из неоплодотворенной яйцеклетки.

9.Индивидуальное развитие организма.

10.Процесс образования половых клеток.

• Распределите признаки, относящиеся к разным формам размножения в две колонки:
• Дочерние особи идентичны родительской
• 2 родительские особи
• Без участия половых клеток
• Скорость размножения невелика
• Более древний способ размножения
• Эффективен в постоянно меняющихся условиях
• Дочерние особи не идентичны родительской
• Генетический материал не обновляется
• Эффективен в стабильных, неменяющихся условиях

Задание: закончить предложение

• При половом размножении потомство получается в результате -При оплодотворении образуется -……
• Оплодотворение – это процесс
• Биологическое значение мейоза состоит в том, что
• Гаметы имеют половинный набор хромосом, они - ……
• Партеногенез – это процесс, при котором …………….
• Почкование – это форма бесполого размножения, при которой…
• Фрагментация – это……………………
• Из споры образуется новая особь (низшие растения). Спора – это………………..
• Бинарное деление клетки - это………..
• Шизогония – это ………
• Вегетативное размножение-это
• В результате бесполого размножения образуются генетически………….

• Ответы: 1. (конъюгация). 2. (эмбриогенез). 3. (оогенез или овогенез). 4. (кроссинговер). 5. (сперматогенез). 6. (гамета). 7. (гаплоидный набор).
• 8. (сперматозоид). 9. (партеногенез). 10. (эмбриология).

ответы

• Ответы: 1-4, 2 – 8, 3 – 7, 4 - 10, 5 – 3, 6 – 9, 7 – 5, 8 – 6, 9 – 1, 10 – 2

Бесполое

Половое

2, 4, 6, 9, 10

1, 3, 5, 7, 8,