Понятие размножения

БИОЛОГИЯ             

ТЕМА: РАЗМНОЖЕНИЕ  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  Размножение, присущее всем организмам свойство воспроизведения себе подобных, обеспечивающее непрерывность и преемственность жизни. В основе всех форм размножения у организмов, обладающих клеточным строением, лежит деление клетки. Предлагались различные классификации форм размножения . Основных способов размножения три: бесполое, вегетативно и половое. При бесполом размножении организм развивается из одной клетки, не дифференцированной в половом отношении. При вегетативном размножении начало новому организму дают многоклеточные зачатки, иногда сложно дифференцируемые.  Подовому размножению предшествует образование ГАМЕТ  (половых клеток); само размножение сводится  к их слиянию в ЗИГОТУ – оплодотворению, сопровождающемуся объединением не только цитоплазмы гамет, но и их ядер.  НАЧАЛО ПЕРИОДА РАЗМНОЖЕНИЯ  в одних случаях совпадает с прекращением роста, в других – не влечет за собой остановки роста индивидуума и прекращается только с наступлением старости или продолжается до смерти организма, в третьих – начинается через несколько лет после прекращения роста.

Размножение бывает однократным или многократным. Для  одноклеточных организмов, размножающихся делением , а так же для однолетних  и двулетних цветковых растений Размножение одновременно является завершением их жизненного цикла. Некоторые многолетние растения (или монокарпические), а так же немногие виды рыб размножаются 1 раз в жизни.

  Значительно  чаще в растительном и животном мире  наблюдается многократное размножение. Каждому виду свойственна  определенная интенсивность размножения,  меняющаяся иногда в довольно широких пределах в зависимости от условий существования.

  РАЗМНОЖЕНИЕ ЖИВОТНЫХ 

БЕСПОЛОЕ      размножение простейших происходит путем деления надвое  (поперечно или продольно). У некоторых из них продукты деления не разъединяются и  в результате возникают КОЛОНИИ. Кроме деления надвое, существуют и другие формы бесполого размножения простейших: шизогония, размножение спорами. 

Деление(шизогония) свойственно, прежде всего, одноклеточным организмам. Как правило, оно осуществляется путём простого деления клетки надвое. У некоторых простейших (например, фораминифер) происходит деление на большее число клеток. Во всех случаях образующиеся клетки полностью идентичны исходной. Крайняя простота этого способа размножения, связанная с относительной простотой организации одноклеточных организмов, позволяет размножаться очень быстро. Так, в благоприятных условиях количество бактерий может удваиваться каждые 30–60 минут. Размножающийся бесполым путём организм способен бесконечно воспроизводить себя, пока не произойдёт спонтанное изменение генетического материала – мутация. Если эта мутация благоприятна, она сохранится в потомстве мутировавшей клетки, которое будет представлять собой новый клеточный клон.

Размножение спорами

Нередко бесполому  размножению бактерий предшествует образование спор. Бактериальные споры – это покоящиеся клетки со сниженным метаболизмом, окружённые многослойной оболочкой, устойчивые к высыханию и другим неблагоприятным условиям, вызывающим гибель обычных клеток. Спорообразование служит как для переживания таких условий, так и для расселения бактерий: попав в подходящую среду, спора прорастает, превращаясь в вегетативную (делящуюся) клетку.

Бесполое размножение  с помощью одноклеточных спор свойственно и различным грибам и водорослям. Споры в этом случае образуются путём митоза (митоспоры), причём иногда (особенно у грибов) в огромных количествах; при прорастании они воспроизводят материнский организм. Некоторые грибы, например злостный вредитель растений фитофтора, образуют подвижные, снабжённые жгутиками споры, называемые зооспорами или бродяжками. Проплавав в капельках влаги некоторое время, такая бродяжка «успокаивается», теряет жгутики, покрывается плотной оболочкой и затем, в благоприятных условиях, прорастает. Помимо митоспор, у многих из указанных организмов, а также у всех высших растений формируются споры и иного рода, а именно мейоспоры, образующиеся путём мейоза. Они содержат гаплоидный набор хромосом и дают начало поколению, обычно не похожему на материнское и размножающемуся половым путём. Таким образом, образование мейоспор связано с чередованием поколений – бесполого (дающего споры) и полового. 

ВЕГЕТАТИВНОЕ  размножение многоклеточных возникло вторично и независимо  в разных группах организмов и осуществляется в самых различных формах. Его  часто объединяют с размножением при помощи одноклеточных зачатков под названием бесполого размножения в (широком смысле этого слова)  по признаку отсутствия полового процесса, хотя по происхождению это две различные формы размножения. Среди многоклеточных животных способностью к вегетативному размножению обладают преимущественно низшие – губки, кишечнополостные, плоские черви, мшанки и некоторые кольчецы. Среди хордовых вегетативное размножение распространено у вторично упрощенных форм – оболочников. Оно осуществляется чаще почкованием, реже – фрагментацией. У кишечнополостных и мшанок незавершенное вегетативное размножение приводит к образованию колоний.

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.

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.

Клонирование.

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.  
 

  При ПОЛОВОМ  размножении основной процесс  – слияние гамет. При этом  в зиготе несущий наследственную  информацию хромосомный комплекс, происходящий от обоих родителей. Гаметы всегда гаплоидны – несут одинарный набор хромосом. Зигота диплоидна – обладает парным набором хромосом. Преобразование диплоидного хромосомного комплекса в гаплоидный осуществляется в результате МЕЙОЗА.

Мейоз

Это деление  ядра эукариотической клетки с уменьшением  числа хромосом в два раза. Происходит в два этапа (редукционный и эквационный  этапы мейоза). Мейоз не следует  смешивать с гаметогенезом —  образованием специализированных половых  клеток, или гамет, из недифференцированных стволовых.С уменьшением числа хромосом в результате мейоза в жизненном цикле происходит переход от диплоидной фазы к гаплоидной. Восстановление плоидности (переход от гаплоидной фазы к диплоидной) происходит в результате полового процесса.В связи с тем, что в профазе первого, редукционного, этапа происходит попарное слияние (конъюгация) гомологичных хромосом, правильное протекание мейоза возможно только в диплоидных клетках или в чётных полиплоидах (тетра-, гексаплоидных и т. п. клетках). Мейоз может происходить и в нечётных полиплоидах (три-, пентаплоидных и т. п. клетках), но в них, из-за невозможности обеспечить попарное слияние хромосом в профазе I, расхождение хромосом происходит с нарушениями, которые ставят под угрозу жизнеспособность клетки или развивающегося из неё многоклеточного гаплоидного организма.Этот же механизм лежит в основе стерильности межвидовых гибридов. Поскольку у межвидовых гибридов в ядре клеток сочетаются хромосомы родителей, относящихся к различным видам, хромосомы обычно не могут вступить в конъюгацию. Это приводит к нарушениям в расхождении хромосом при мейозе и, в конечном счете, к нежизнеспособности половых клеток, или гамет. Определенные ограничения на конъюгацию хромосом накладывают и хромосомные мутации (масштабные делеции, дупликации, инверсии или транслокации).

  Фазы мейоза

Мейоз состоит  из двух последовательных делений с  короткой интерфазой между ними.

• Профаза I — профаза первого деления очень сложная и состоит из 5 стадий:

• Фаза лептотены или лептонемы — конденсация ДНК с образованием хромосом в виде тонких нитей.
• Зиготена или зигонема — коньюгация (соединение) гомологичных хромосом с образованием структур, состоящих из двух соединённых хромосом, называемых тетрадами или бивалентами.
• Пахитена или пахинема — кроссинговер (перекрест) обмен участками между гомологичными хромосомами; гомологичные хромосомы остаются соединенными между собой.
• Диплотена или диплонема — происходит частичная деконденсация хромомсом, при этом часть генома может работать, происходят процессы транскрипции (образование РНК), трансляции (синтез белка); гомологичные хромосомы остаются соединёнными между собой.
• Диакинез — ДНК снова максимально конденсируется, синтетические процессы прекращаются, растворяется ядерная оболочка; гомологичные хромосомы остаются соединёнными между собой.

• Метафаза I — бивалентные хромосомы выстраиваются вдоль экватора клетки.

• Анафаза I — микротрубочки сокращаются, биваленты делятся и хромосомы расходятся к полюсам. Важно отметить, что, из-за конъюгации хромосом в зиготене, к полюсам расходятся целые хромосомы, состоящие из двух хроматид каждая, а не отдельные хроматиды, как в митозе.
• Телофаза I — хромосомы деспирализуются и появляется ядерная оболочка.

Второе деление  мейоза следует непосредственно за первым, без выраженной интерфазы: S-период отсутствует, поскольку перед вторым делением не происходит репликации ДНК.

• Профаза II — происходит конденсация хромосом, клеточный центр делится и продукты его деления расходятся к полюсам ядра, разрушается ядерная оболочка, образуется веретено деления.
• Метафаза II — унивалентные хромосомы (состоящие из двух хроматид каждая) располагаются на «экваторе» (на равном расстоянии от «полюсов» ядра) в одной плоскости, образуя так называемую метафазную пластинку.
• Анафаза II — униваленты делятся и хроматиды расходятся к полюсам.
• Телофаза II — хромосомы деспирализуются и появляется ядерная оболочка.

В результате из одной диплоидной клетки образуется четыре гаплоидных клетки. В тех  случаях, когда мейоз сопряжён с  гаметогенезом (например, у многоклеточных животных), при развитии яйцеклеток первое и второе деления мейоза резко неравномерны. В результате формируется одна гаплоидная яйцеклетка и два так называемых редукционных тельца (абортивные дериваты первого и второго делений).

Мужские и женские  половые клетки у животных образуются в половых железах. Половые железы могут развиваться у особей вида – самцов и самок (раздельнополость) или у одной и той же особи (гермафродитизм),  например у некоторых губок и всех плоских червей. У многих морских и ряда пресноводных животных  зрелые половые клетки выбрасываются в воду, где происходит оплодотворение (иглокожие, рыбы, кольчатые черви).                               
 
 

На наступление  периода размножения и его  интенсивность  большое влияние оказывают условия среды – температура, длина светового дня, интенсивность освещения и питание. У высших  животных деятельность  органов размножения с функциями эндокринных желез. , что позволяет стимулировать или задержать половое созревание.