Довідник з біології

ЗАГАЛЬНА БІОЛОГІЯ

ОСНОВИ ЦИТОЛОГІЇ

РОЗМНОЖЕННЯ І ІНДИВІДУАЛЬНИЙ РОЗВИТОК ОРГАНІЗМІВ

РОЗМНОЖЕННЯ

Тривалість життя особини менше тривалості існування виду, до якого вона належить. Тому історія видів — це історія поколінь організмів, що змінюються. Чергове (дочірнє) покоління утворюється в результаті розмноження особин попереднього (батьківського, материнського) покоління. Здібність до розмноження є невід'ємною властивістю живих форм. З його допомогою зберігаються в часі біологічні види і життя як таке. Відмінності, закономірно спостережувані у фенотипах особин різних поколінь, роблять можливими природний добір і видоутворення. Розмноження виникло під час історичного розвитку органічного світу разом з клітиною. У процесі біологічного розмноження рішення задачі збільшення числа осіб поєднується із забезпеченням розвитку в кожному поколінні організмів певного виду, тобто відтворенням собі подібних. Останнє залежить від того, що в процесі розмноження відбувається передача у ряді поколінь спадкового матеріалу (ДНК), тобто визначеній за об'ємом і змістом біологічної інформації.

Розмноження — властива всім організмам здатність відтворення собі подібних, яка забезпечує безперервність і спадкоємність життя у низці поколінь.

Способи розмноження украй різноманітні. За широко прийнятою класифікацією виділяють безстатеве і статеве розмноження.

Розрізняють два види безстатевого розмноження: вегетативне і спороутворення.

Вегетативне розмноження здійснюється вегетативними частинами тіла організмів. У одноклітинних (бактерії, найпростіші, водорості) розмноження здійснюється шляхом поділу клітин на дві або безліч (шизогонія) частин. У багатоклітинних рослин можливий розвиток нового організму з обривків нитки (водорості), міцелію (гриби), шматочків слані (лишайники). Одним із способів вегетативного розмноження є брунькування: на материнському організмі спочатку з'являється невеликий горбик, який, поступово збільшуючись, досягає розмірів материнського організму і відділяється від нього (дріжджі, гідра).

Загальна характеристика безстатевого і статевого розмноження

Показники

Спосіб розмноження

безстатеве

статеве

Батьки

Клітинні джерела спадкового матеріалу для розвитку нащадка

Одна особа Багатоклітинні: одна або декілька соматичних (тілесних) клітин одного із батьків; найпростіші: клітина — організм як ціле

Звичайно дві особи Батьки продукують статеві клітини (гамети), спеціалізовані до виконання функції розмноження. Кожний 3 батьків представлений у нащадку початково однією клітиною

Потомство

Генетично точні копії батьків, тобто складають клон організмів (за відсутності соматичних мутацій)

Генетично відмінні від кожного з батьків

Основний клітинний механізм розвитку

Еволюційне значення

Мітоз

Посилює роль стабілізуючої функції природного добору, сприяє збереженню найбільшої пристосованості в незмінних умовах життя

Мейоз

Сприяє генетичній різноманітності осіб виду, створює передумови до освоєння різноманітних умов життя, дає еволюційні перспективи

У квіткових рослин нові особини можуть утворюватися з вегетативних органів: стебла (верба, смородина), листя (фіалка, бегонія), коріння (вишня, осот), бульб (картопля), цибулин (цибуля, тюльпан), кореневищ (пирій, конвалія), вусів (суниця) тощо.

Вегетативне розмноження у тваринних унаслідок високої спеціалізації клітин спостерігається рідше і відбувається шляхом брунькування (описано вище) і фрагментації. При фрагментації початкова особина ділиться на декілька частин, і кожна з них поступово розвивається в самостійний організм. Цей спосіб розмноження спостерігається у молочної планарії і кільчастих черв'яків.

Спороутворення — це вид безстатевого розмноження, при якому на материнському організмі утворюються спеціалізовані клітини — спори, які проростають в нові особи. При цьому забезпечується швидке збільшення чисельності організмів. У водоростей і грибів спори можуть утворюватися з будь-якої клітини організму шляхом мітозу, а у вищих спорових — з диплоїдних клітин в спеціалізованих органах (спорангіях) шляхом мейозу. В тваринному світі спорогонія з утворенням спорозоїтів відбувається у представників класу споровиків (малярійний плазмодій).

В основі статевого розмноження лежить статевий процес, суть якого зводиться до об'єднання в спадковому матеріалі для розвитку нащадка генетичної інформації з двох різних джерел — батьків. Уявлення про статевий процес дає процес кон'югації інфузорій. Він полягає в тимчасовому з'єднанні двох осіб з метою обміну (рекомбінації) спадковим матеріалом, внаслідок чого з'являються особи, генетично відмінні від батьківських організмів. Надалі вони здійснюють безстатеве розмноження. Оскільки кількість інфузорій у результаті кон'югації залишається незмінною, говорити про розмноження у прямому розумінні немає підстави. У Protozoa статевий процес здійснюється також у вигляді копуляції, яка полягає в злитті двох осіб в одну, об'єднанні та рекомбінації спадкового матеріалу. На певному етапі еволюції у багатоклітинних організмів статевий процес як спосіб обміну генетичною інформацією між особами в межах виду виявився пов'язаним із розмноженням.

Для здійснення статевого розмноження батьки особини виробляють гамети — клітини, спеціалізовані до забезпечення генеративної функції. Злиття материнської і батьківської гамет приводить до виникнення зиготи — клітини, що є дочірньою особиною на найранішій стадії розвитку.

У деяких організмів зигота утворюється в результаті об'єднання гамет, морфологічно невідмітних. У таких випадках говорять про ізогамію.

Процес утворення статевих клітин називається гаметогенезом. Сперматогенез (від грец. sperma — сім'я і genesis — походження, виникнення) — формування сперматозоїдів відбувається в чоловічих статевих залозах — сіменниках , а оогенез (від грец. oon — яйце і генез) — формування яйцеклітин проходить у жіночих статевих залозах — яєчниках. Утворення сперматозоїдів починається в період статевого дозрівання організму з інтенсивного мітотичного поділу первинних статевих клітин — сперматогоній, що містить диплоїдний набір хромосом. Далі сперматогонії вступають у період зростання (збільшуються їх розміри) і перетворюються на сперматоцити І порядку. Потім наступає період дозрівання — мейотичний розподіл. У результаті його першого поділу утворюються два сперматоцити II порядку, а в результаті другого — 4 сперматиди. Сперматиди — це гаплоїдні клітини, кожна хромосома яких складається з однієї хроматиди (1n1хр). Сперматиди у стадії формування перетворюються на зрілі статеві клітини — сперматозоїди.


Рис. 142. Схема процесів сперматогенезу і сперміогенезу в людини.


Сперматогенез і оогенез протікають схоже, проте кожний з них має і певні особливості. При сперматогенезі більш інтенсивно та більш тривало йде розмноження первинних статевих клітин, оскільки сперматозоїдів завжди утворюється набагато більше, ніж яйцеклітин. Стадія зростання краще виражена при оогенезі, у зв'язку з тим що величина яйцеклітин значно перевищує розміри сперматозоїдів. У стадії дозрівання (мейоз) при сперматогенезі з однієї початкової клітини утворюються чотири, які у стадії формування перетворюються на 4 сперматозоїди. При оогенезі з однієї початкової клітини (оогонії) утворюється одна яйцеклітина і три направляючих (редукційних) тільця. Останні містять ядро і невелику кількість цитоплазми. Вони «забирають» на себе надлишки генетичної інформації і надалі гинуть. Стадія формування виражена тільки при сперматогенезі: незрілі статеві клітини набувають форми, характерної для сперматозоїдів даного виду.


Рис. 143. Схема процесу оогенезу в людини.


Сперматозоїди, або спермії, живчики (від сперма і грец. гооп — жива істота), — дуже дрібні жваві чоловічі гамети, утворювані чоловічими гонадами — сіменниками; їх кількість обчислюється мільйонами. Форма сперміїв у різних тварин різна, проте будова їх однотипна. Кожний сперматозоїда можна підрозділити на п'ять частин. У голівці сперматозоїда знаходиться ядро, що містить гаплоїдне число хромосом, і прикрите акросомою. Акросома (від грец. akron — вершина, кінець і сома) — особлива структура, обмежена мембраною, яка містить гідролітичні ферменти, що сприяють проникненню спермія в ооцит безпосередньо перед запліднення; таким чином, функціонально її можна розглядати як збільшену лізосому. У короткій шийці спермія розташована пара центріолей, які лежать під прямим кутом один до одного. Мікротрубочки однієї з центріолей подовжуються, утворюючи осьову нитку джгутика, яка проходить уздовж всієї решти частини сперматозоїда. Середня частина розширена за рахунок численних мітохондрій, що містяться в ній, зібраних у спіраль навколо джгутика. Ці мітохондрії доставляють енергію для скоротливих механізмів, які забезпечують рухи джгутика. Головна та хвостова частини сперматозоїда мають будову, характерну для джгутиків: на поперечному зрізі видно типову структуру «9 + 2» — 9 пар периферичних мікротрубочок, які оточують пару центральних мікротрубочок.


Рис. 144. Схема будови зрілого спермія людини.


Якщо дивитися на головку людського спермія зверху, то вона здається округлою, а при погляді збоку — сплощеною. Одного тільки джгутикового руху недостатньо, щоб сперматозоїд міг пройти відстань від піхви до місця, де відбувається запліднення. Головна локомоторна задача сперміїв полягає в тому, щоб зібратися навкруг ооциту й орієнтуватися певним чином, перш ніж проникнути крізь мембрани ооциту.

Яйцеклітина, або яйце, (ovum.) звичайно крупна, кругла і нерухома, має оболонку, велику кількість цитоплазми і ядро. У цитоплазмі міститься певна кількість поживних речовин у вигляді жовтка, необхідного для розвитку зародка. У ссавців і людини яйцеклітини містять мало жовтка, оскільки розвиток зародка йде в матці за рахунок поживних речовин материнського організму. У риб, земноводних, плазуючих і птахів розвиток зародка відбувається в зовнішньому середовищі, і їх яйцеклітини містять велику кількість жовтка.

Статеві клітини нерівноцінні з погляду «внеску» в забезпечення розвитку майбутнього організму. Сперматозоїд вносить в яйцеклітину генетичну інформацію і центросому й активує її розвиток. Яйцеклітина крім генетичної інформації містить усі основні чинники, які дозволяють організму розвиватися, у тому числі всі органоїди (окрім центросоми) і запас поживних речовин.

Процес, який забезпечує зустріч сперматозоїдів і яйцеклітин, називається заплідненням. У більшості первинно водних тварин (риб і земноводних) сперматозоїди і яйцеклітини викидаються у воду, де і відбувається їх зустріч. Таке запліднення називається зовнішнім. Для наземних тварин (плазунів, птахів і ссавців) характерне внутрішнє запліднення, при якому самці за допомогою колулятивних органів вводять сперматозоїди в статеві шляхи самки.

Після запліднення відбувається оплодотворення, тобто злиття чоловічої і жіночою гамет з утворенням диплоїдної зиготи (1n1xp+1n1xp — 2n1хр), в якій кожна пара гомологічних хромосом представлена однією материнською і однією батьківською, що складається з однієї хроматиди.

У деяких тварин (черв'яки, низькі ракоподібні, комахи) яйцеклітини можуть розвиватися без запліднення. Такий розвиток називається партеногенезом (від грец. parthenos — незайманість і ...генез). При партеногенезі розвиваються особи тільки однієї статі (у бджіл з незапліднених яєць розвиваються трутні), причому їх соматичні клітини можуть бути як гаплоїдними (оси, бджоли), так і диплоїдними (тлі, ракоподібні). Відновлення диплоїдності може відбуватися за рахунок редукційних тілець.


Рис. 145. Будова яєць: А — гідри; б — кільчастого черв'яка з роду Urechis; В — морського їжака; Г — дрозофіли (яйце незабаром після запліднення); Д — окуня; Е — курки; Ж — людини (яйце безпосередньо перед овуляцією); бс — черевна сторона майбутнього зародка; бж — білий жовток; бл — бастодиск; вк — повітряна камера; гб — густий білок; ж — жовток; жб — рідкий білок; жг — жовткові гранули; жж — жовтий жовток; жк — жирова крапля; жо — жовткова оболонка; зк — задній кінець майбутнього зародка; зп — зародковий пухирець (ядро яйця); но — кортикальні альвеоли; м — мікропіле; мфі — мітотична фігура першого поділу дозрівання; п — пронуклеус; пк — передній кінець майбутнього зародка; по — підшкаралупові оболонки; пт — полярні тільця; с — шкаралупа; со — драглиста оболонка; сс — спинна сторона майбутнього зародка; я — ядерце; япт — ядра полярних тілець; х — хоріон; хал — халаза; cr — corona radiata; zp — zona pellucida; zr — zona radiata.






Personalised Essay Writing Service for You

Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити