Размножение организмов

РАЗМНОЖЕНИЕ ОРГАНИЗМОВ

Размножение или репродукция - одно из основных свойств живого. Размножение - способность производить себе подобных особей. Целостный организм состоит из дискретных единиц - клеток. Существование вида поддерживается размножением.

Известны две формы размножения: бесполое и половое. При бесполом размножении организм возникает из соматических клеток, и источником изменчивости могут быть случайные мутации. При половом размножении необходимо, как правило, наличие двух особей, и новый организм возникает из специализированных половых клеток или особей, выполняющих эти функции.

В основе полового размножения лежит половой процесс - объединение в наследственном материале генетической информации из разных источников - родителей - для развития потомка. Организмам свойственна двойственная наследственность.

Преимущество полового размножения состоит в перекомбинации лучших наследственных признаков обоих родителей, что является источником изменчивости. Потомство более жизнеспособно и приспособлено к условиям существования. Быстрее происходит эволюция.

БЕСПОЛОЕ РАЗМНОЖЕНИЕ

В бесполом размножении принимает участие одна родительская особь. В результате бесполого размножения можно получить большое количество особей, подобных материнской.

Бесполое размножение широко распространено среди растений, простейших и некоторых многоклеточных.

Основные формы бесполого размножения - деление на два, множественное деление - шизогония, почкование, фрагментация, спорообразование, вегетативное размножение у растений.

Деление на две сопровождается митозом (например, амеба, эвглена), в результате образуются две идентичные особи (рис. 76).

Рис. 76. Размножение зеленой эвглены: 1 - деление, 2, 3 - деление в цисте.

При множественном делении - шизогонии - ядро исходной клетки несколько раз делится митозом, а затем имеет место деление цитоплазмы. Шизогония встречается у малярийного плазмодия.

При почковании новая особь образуется в виде выроста (почки) на родительской особи, а затем отделяется от нее, превращаясь в самостоятельный организм, идентичный родительскому. Почкование характерно для дрожжей (рис. 77), кишечнополостных.

Рис. 77. Почкование дрожжевых грибов.

Размножение фрагментами (фрагментация) происходит при разделении особи на две или большее число частей, каждая из которых растет и образует новую особь.

С фрагментацией связана регенерация, т.е. способность восстанавливать целостный организм. Фрагментация описана для плоских червей, немертин и морских звезд (см. рис. 134).

Спорообразование характерно для водорослей, грибов, папоротников, мхов. Спора - одна из стадий жизненного цикла, служащая для размножения, - состоит из клетки с ядром и цитоплазмой, покрытой оболочкой. Споры гаплоидны, образуются в результате мейоза в больших количествах. Они способны разноситься на далекие расстояния, имеют приспособления для полета и для защиты от неблагоприятных условий. У одноклеточных и нитчатых водорослей клетки, образующие споры, делятся на 2 и образуют зооспоры - споры, имеющие жгутики. Они способны плавать в воде.

У мхов и папоротников спорообразование чередуется с половым размножением. Споры образуются в спорангиях.

При вегетативном размножении от растения отделяется дифференцированная часть, способная развиться в самостоятельное растение. Вегетативное размножение может быть естественным и искусственным (рис. 78).

Рис. 78. Вегетативное размножение растений: 1 - вегетативное размножение земляники надземными ползучими побегами, 2 - подземные клубни картофеля (темный клубень - старый, из которого выросло все растение), 3 - молодило размножается откидышами, 4 - луковички в соцветии дикого лука, 5 - луковицы-" детки" в луковице, 6 - клубнелуковица шафрана, 7 - то же в продольном разрезе, 8 - корневище осоки, 9 - корневище ириса, 10 - корневище купены, 11 - элодея, размножающаяся частями побегов.

Для естественного вегетативного размножения могут служить специальные образования, имеющие запас питательных веществ: клубни (картофель), луковицы (лук, тюльпан), клубнелуковицы (шафран), корневища (осот, ландыш), усы (земляника).

Для искусственного вегетативного размножения используют части самого растения: черенки (часть стебля), листья (бегония), отводки (ветви пригибают к земле и на них образуются придаточные корни (например, у малины), корневые

отпрыски, производят деление кустов, прививки. Прививка состоит в пересадке одного растения (побега или почки) на нижнюю часть другого побега. Пересаженную часть растения - донора называют привоем, а реципиента - подвоем. Получившееся растение имеет корневую систему подвоя, а побег - привоя.

Вегетативное размножение применяют для получения большого числа однородных особей, для закрепления признаков хорошего сорта.

Бесполое размножение может происходить у млекопитающих и человека. Это полиэмбриония - бесполое размножение зародыша на ранних стадиях эмбриогенеза животных, размножающихся половым путем.

Это характерно для броненосцев, у которых на стадии бластулы происходит разделение на 4-8 зародышей.

В результате полиэмбрионии у человека рождаются идентичные близнецы.

ПОЛОВОЕ РАЗМНОЖЕНИЕ

Половое размножение характеризуется наличием полового процесса, при котором происходит слияние гаплоидных половых клеток (гамет), образовавшихся в результате мейоза.

Следствием этого является неповторимость каждой особи в любой популяции, размножающейся половым путем.

Некоторые одноклеточные и многоклеточные организмы могут размножаться бесполым путем. Другие организмы, чтобы не погибнуть, периодически осуществляют половой процесс.

ПОЛОВОЙ ПРОЦЕСС У ОДНОКЛЕТОЧНЫХ

Разнообразны формы полового процесса у одноклеточных. Он может осуществляться по типу конъюгации, при которой не образуются специальные половые клетки, и по типу копуляции, когда особи приобретают половые различия, т.е. превращаются в гаметы и полностью сливаются, образуя зиготу.

Конъюгация происходит у инфузорий при неблагоприятных условиях. Инфузории имеют два ядра: макронуклеус и микронуклеус (рис. 79). Макронуклеус отвечает за обменные процессы, микронуклеус принимает участие в половом процессе. При конъюгации две инфузории сближаются, между ними образуется цитоплазматический мостик. Макронуклеус растворяется, микронуклеус делится мейозом. В результате образуются четыре гаплоидных ядра, три из которых растворяются. Оставшееся ядро делится митозом. Образуются гаплоидные стационарное и мигрирующее ядра. Происходит обмен мигрирующими ядрами. После обмена в каждой из инфузорий мигрирующее и стационарное ядра сливаются, образуя синкарион (греч. syn - вместе, karyon - ядро), содержащий диплоидный набор хромосом. После конъюгации инфузории расходятся. Из синкариона формируются макро- и микронуклеусы. В результате конъюгации произошел обмен наследственной информацией, вследствие чего возникли новые

комбинации генов, повышающие жизнеспособность особей.

Рис. 79. Конъюгация инфузорий, схема (по Греллю с изменениями). А - начало конъюгации, в левой особи ядерный аппарат без изменений, в правой микронуклеус вздут. Б - первое мейотическое деление микронуклеуса, в левой особи метафаза, в правой - анафаза, начало распада макронуклеуса. В - в левом конъюганте окончание первого деления микронуклеуса, в правом - начало второго деления микронуклеуса, распад макронуклеуса. Г - второе деление микронуклеуса. Д - один микронуклеус в каждой особи приступает к третьему делению, по 3 микронуклеуса в каждом конъюганте дегенерируют. Е - обмен мигрирующими микронуклеусами. Ж - слияние пронуклеусов, образование синкариона. З - эксконъюгант, деление синкариона. И - эксконъюгант, начало превращения одного из продуктов деления синкариона в макронуклеус. К - эксконъюгант, развитие ядерного аппарата закончено, фрагменты старого макронуклеуса резорбировались в цитоплазме.

Копуляция - половой процесс у одноклеточных организмов, при котором полностью сливаются копулирующие особи, выполняющие функции половых клеток (гамет).

Копуляция может быть изогамной (греч. isos - равный, gsmos - брак), если особи, участвующие в копуляции, имеют одинаковые малые размеры, обе подвижны. Так размножается представитель колониальных жгутиковых - политома (рис. 80).

Рис. 80. Жгутиконосец Polytoma, половой процесс (по Догелю): 1 - вегетативные особи, 2 -

гаметы, 3-8 - последовательные стадии копуляции гамет, 9, 10 - зигота.

В анизогамной копуляции (греч. anisos - неравный, gamos -брак) участвуют

две особи, одна из которых крупная и подвижная, а вторая мелкая и подвижная. Например, анизогамная копуляция характерна для колониальных жгутиковых - пандорины. У пандорины могут сливаться при анизогамной копуляции большая и малая гаметы, или малая с малой, как при изогамной копуляции (рис. 81).

Рис. 81. Pandoria morum, бесполое размножение и половой процесс (по Прингсгейму). А - плавающая колония. Б - бесполое размножение, каждая клетка колонии путем ряда палинтомических делений дает начало новой колонии. В - образование гамет, покидающих колонию. Г - Д - копуляция гамет. Е - молодая зигота. Ж - зигота. 3 - выход зиготы из клеточной оболочки. И - плавающая зооспора - результат развития зиготы. К - развившаяся из зиготы молодая колония.

У колонии вольвокс из класса Жгутиковых происходит оогамная копуляция, при которой большая гамета неподвижна, а малая подвижна (рис. 82).

Рис. 82. Вольвокс. А – Voluox globator - участок колонии с половыми клетками (по Кону). Б – Voluox aureus - колония в процессе бесполого размножения, внутри материнской колонии дочерние колонии (по Клейну). 1 - макрогамета, 2 - микрогаметы, 3 - дочерние колонии.

У многих животных при половом размножении имеет место оогамная копуляция.