БІОЛОГІЯ ЗНО 2018 - КОМПЛЕКСНЕ ВИДАННЯ

РОЗМНОЖЕННЯ ОРГАНІЗМІВ

Форми розмноження організмів

Здатність до розмноження (самовідтворення, відтворення собі подібних) є фундаментальною властивістю життя і забезпечує наступність між генераціями біологічних систем.

Усе живе здатне до розмноження. Спадкоємність поколінь існує тільки за рахунок розмноження.

У живих організмів виявлено різні форми та способи розмноження. Багато організмів у ході свого життєвого циклу поєднують кілька способів розмноження.

Відомі дві основні форми розмноження — нестатеве і статеве, які принципово відрізняються одна від одної.

Під час нестатевого розмноження нові організми утворюються з однієї клітини або групи клітин материнського організму. Спадкова інформація від батьківського покоління до дочірнього передається майже точно, тобто воно є генетичною копією материнського організму. Джерелом спадкового матеріалу для розвитку нової особини слугують соматичні клітини.

Нестатеве розмноження відбувається без утворення гамет: особини діляться, брунькуються або утворюють спори. Окремою формою нестатевого розмноження є вегетативне розмноження — розвиток нової особини з групи клітин материнської особини.

Під час статевого розмноження особини нового покоління з’являються за участі двох організмів — материнського і батьківського, які продукують спеціалізовані статеві клітини — гамети. Від злиття гамет утворюється зигота, з якої і розвивається нова особина. Нащадки, що утворюються внаслідок статевого розмноження, генетично відмінні від кожного з батьків, оскільки в них проявляються ознаки як батьківського, так і материнського організму, що зумовлює комбінативну мінливість.

Способи нестатевого розмноження організмів

Нестатеве розмноження має дві форми: власне нестатеве та вегетативне розмноження.

Нестатеве розмноження в одноклітинних організмів відбувається шляхом поділу їх надвоє (бінарний поділ), множинного поділу (шизогонія), брунькування і спороутворення.

Шляхом бінарного поділу розмножуються прокаріоти, одноклітинні гриби й водорості, найпростіші. Діленню клітин передує реплікація ДНК, а в еукаріотів також поділ ядра.

Кожна особина ділиться на дві ідентичні, удвічі менші за материнську, дочірні клітини. Материнська клітина може ділитись у будь-якій площині (в амеби-протея) або лише в певній (в евглени зеленої — поздовжнім поділом, інфузорії-туфельки — поперечним).

За сприятливих умов дочірні клітини живляться, ростуть і, досягнувши розмірів материнської, починають розмножуватись. Це призводить до швидкого росту популяції.

Множинний поділ, або шизогонія, притаманний, зокрема, малярійному плазмодію. Настає безпосередньо після зараження хазяїна, коли паразит проникає в печінку. Спочатку багаторазово ділиться клітинне ядро і материнська клітина стає багатоядерною, а вже потім ділиться цитоплазма й утворює багато одноядерних дочірніх клітин (майже 1 тис.), кожна з яких здатна заразити новий еритроцит і утворити шляхом шизогонії ще 24 дочірні клітини.

Брунькування — материнська клітина ділиться на велику й малу дочірні клітини (у дріжджів).

Спороутворення характеризується тим, що в ньому бере участь одна батьківська особина, яка утворює багато спор або зооспор (із джгутиками). Спори — це мікроскопічні одноклітинні утвори, що складаються з незначної кількості цитоплазми і ядра (рідше дво- або багатоклітинні).

Утворення спор спостерігається у бактерій, найпростіших, усіх груп грибів і деяких груп рослин. Спори бактерій і деяких найпростіших слугують не для розмноження, а для виживання в несприятливих умовах та зараження хазяїна. Гриби і рослини за допомогою спор розмножуються і поширюються в природі.

Спори утворюються шляхом мітозу (у грибів, деяких водоростей — хлорели, хламідомонади) або мейозу (у вищих спорових рослин). Шляхом мітозу спори утворюються у звичайних вегетативних клітинах або спеціальних органах — спорангіях та зооспорангіях. Спороутворенню в грибів і рослин часто передує статевий процес: із заплідненої яйцеклітини (зиготи), яка ділиться за допомогою мейозу, формується спорангій, що і продукує спори.

У мохоподібних спори утворюються в спорангіях, розміщених у спорогонах; у хвощів і плаунів спорангії розміщені на споролистках, у папоротеподібних — у сорусах.

Рослини можуть бути рівноспоровими та різноспоровими. У різноспорових папоротеподібних, голонасінних і покритонасінних розрізняють мікроспорогенез (утворення дрібних спор, з яких розвивається чоловічий гаметофіт) і мегаспорогенез (утворення великих спор, що дають початок жіночому гаметофіту).

У голонасінних мікроспори утворюються на мікроспорангіях чоловічих шишок, а мегаспори — у мегаспорангіях жіночих шишок. У покритонасінних мікроспори формуються в гніздах пиляків тичинок, а мегаспори — у насінному зачатку зав’язі.

У вищих рослин спори утворюються на нестатевому поколінні (спорофіті), а із спор виростає статеве покоління (гаметофіт). Спори утворюються у великій кількості, мають незначну масу, що полегшує їх поширення вітром, водою та комахами. Переваги розмноження спорами: можливість швидкого розмноження і розселення видів, особливо грибів.

Недоліки: спори дуже дрібні, містять мінімальний запас поживних речовин, більшість із них, потрапляючи в несприятливі для проростання умови, гинуть.

Вегетативне розмноження — це нестатеве розмноження, за якого новий організм утворюється із частини материнського. В основі вегетативного розмноження лежить здатність організмів відновлювати органи під час мітотичного поділу клітини.

До вегетативного розмноження належать: брунькування, фрагментація тіла, розмноження рослин вегетативними органами або їхніми частинами, поліембріонія.

Брунькування — нова особина утворюється у вигляді виросту (бруньки) на тілі материнської особини, а потім відокремлюється від неї, перетворюючись у самостійний організм, повністю ідентичний материнському (у гідри).

У разі неповного відокремлення дочірніх організмів від материнських виникають колонії (морські гідроїдні та коралові поліпи).

Фрагментація — розділення особини на дві або кілька частин, кожна з яких росте й утворює нову особину. Фрагментацію виявлено в нитчастих водоростей (спірогіри, улотриксу), цвілевих грибів (пеніцилу), а з тварин — у кишковопорожнинних, медуз, поліпів, деяких кільчастих багатощетинкових морських червів, морських зірок: їх тіло може легко розриватись на частини, кожна з яких може дати в результаті регенерації нову особину. Нижчі тварини, на відміну від більш високоорганізованих форм, зберігають високу здатність до регенерації з відносно слабко диференційованих клітин.

Під час вегетативного розмноження рослин особини, що утворюються від одного материнського організму, мають однаковий генотип, а їх сукупність називають клоном.

Вегетативне розмноження рослин поділяють на природне і штучне. Природне розмноження у водоростей здійснюється частинами талому, мохоподібних — виводковими бруньками, папоротеподібних — кореневищами. У голонасінних вегетативне розмноження відсутнє, а покритонасінним притаманні найрізноманітніші способи вегетативного розмноження за допомогою їх надземних і підземних органів.

Способи природного вегетативного розмноження покритонасінних рослин: кореневими паростками (вишня, малина); відсадками (агрус, смородина); кореневищами (м’ята, пирій, конвалія); бульбами (топінамбур); цибулинами (цибуля, тюльпан); живцями (верба); вусами (суниця, жовтець); виводковими бруньками на листках (бріофілюм).

Штучне вегетативне розмноження проводять різними методами: шляхом поділу кущів (смородина, агрус); бульб (картопля); кореневих бульб (жоржина); кореневищ (м’ята, ірис); живцюванням — кореневими живцями (вишня, малина); стебловими живцями (смородина, троянда); листковими живцями (фіалка); щепленням — копулірування (плодові культури); окулірування (плодові, троянда); аблактування (виноград); культури ізольованих тканин (картопля, суниця, декоративні рослини).

Поліембріонія (багатозародковість) — процес розвитку кількох зародків з однієї заплідненої яйцеклітини (у тварин і людини) або розвиток кількох зародків в одній насінині (у рослин).

Поліембріонія характерна для кишковопорожнинних, війчастих та кільчастих червів, деяких комах (їздців), ссавців (броненосців). Іноді поліембріонія як випадкове явище трапляється і в інших видів ссавців, зокрема у людини. Завдяки поліембріонії народжуються однояйцеві близнюки (особини однієї статі).

У квіткових рослин явище поліембріонії буває в тюльпана, лілії, суниці тощо.

Біологічне значення нестатевого і вегетативного розмноження

Сприяє пристосуванню організмів до незмінних умов існування. У деяких груп організмів нестатеве і вегетативне розмноження є єдиними способами розмноження.

Вегетативне розмноження за браком умов для статевого розмноження забезпечує одержання значної кількості нащадків.

Види, здатні до перехресного запилення, у разі просторової ізоляції особин розмножуються завдяки нестатевому або вегетативному способу розмноження.

Клон. Клонування організмів

Клон (від грецьк. klon — нащадок, гілка) — це група клітин або організмів, що утворились від загального предка шляхом безстатевого розмноження і є генетично ідентичними. Прикладом клону можна назвати групу бактеріальних клітин, що утворились у результаті поділу вихідної клітини; нащадків морської зірки, одержаних із частин розділеного материнського організму; клоном також є всі кущі або дерева, отримані шляхом вегетативного розмноження.

Клонування — система методів, які застосовують для отримання клонів. З точки зору молекулярної біології— це система методів, що застосовуються для отримання клонованої ДНК, або отримання генетично ідентичного матеріалу у великому обсязі. Розрізняють клонування генів, молекулярне клонування та клонування організмів. Під час клонування генів виділяють та багато разів копіюють окремі гени клітини. Цю технологію можна використовувати для отримання значної кількості білка, що кодується цим геном. Такий захід є цінним для фармації, бо дозволяє штучно створити необхідний для організму білок, якщо його природний синтез пошкоджений. Під час молекулярного клонування здійснюється розмноження молекул ДНК у складі вектора, який є плазмідою або фагом. Цю технологію використовують з подальшим уведенням клонованої ДНК у певну клітину-хазяїна, наприклад у клітину кишкової палички Е. соlі, яка починає продукувати невластивий їй білок. Перше практичне використання рекомбінантної ДНК пов’язано з отриманням у промислових масштабах деяких важливих білків.

У 1982 р. виданий патент на виробництво першого такого білка — інсуліну, який необхідний для мільйонів хворих на діабет. До того весь інсулін отримували з підшлункових залоз корів та свиней, що було дорого і складно. Розроблені також методи отримання інтерферонів — білків, що пригнічують розмноження вірусів. Клоновану рекомбінантну ДНК використовують також для тримання вакцин та інших фармацевтичних препаратів.

Клонування багатоклітинних організмів базується на пересадці донорського ядра у клітину-реципієнт, активація цього цибриду до поділу, його розвиток поза організмом та трансплантація в матку тварини для подальшого розвитку. Клонування буває ембріональне та соматичне. Як клітини-реципієнти в обох випадках використовують енуклійовані ооцити (з видаленим ядерним матеріалом). При ембріональному клонуванні донорами ядер є клітини морул або бластоцист, а при соматичному — соматичні клітини. Соматичне клонування більш молодий напрямок порівняно з ембріональним.

Перше успішне соматичне клонування пов’язане з отриманням вівці Доллі. Була також клонована трансгенна вівця Поллі, у якої був активним ген фактора згортання крові людини, при цьому продукт цього гена виділявся з молоком. Під час клонування кіз були створені генетично модифіковані тварини, у яких активно працював трансген синтезу людського тромбіну. Таким чином, клоновані трансгенні організми можуть служити живим «фармацевтичним заводом», який природним шляхом виробляє ті чи інші речовини, що використовують у фармації для лікування генетично обумовлених або набутих хвороб людини.

Партеногенез

Партеногенез (дівоче розмноження) — одна з модифікацій статевого розмноження тварин і рослин, коли яйцеклітина розвивається в нову особину без запліднення чоловічою гаметою. Перевага такого розмноження в тому, що інколи воно пришвидшує розмноження.

Природний партеногенез можна спостерігати в рослин (кульбаби, ожини) і тварин (ос, бджіл, мурашок, попелиць, деяких видів ящірок, індиків). У деяких тварин (шовковичного шовкопряда) і рослин можна спровокувати штучний партеногенез.

Партеногенез є єдиним способом розмноження в деяких комах (паличників), можуть існувати партеногенетичні та статеві популяції (в ящірок) або закономірно змінюватись статеві й партеногенетичні покоління (попелиці, дафнії).

У медоносної бджоли матка відкладає запліднені яйця, які, розвиваючись, дають самок — маток або робочих особин, і незапліднені яйця, з яких розвиваються самці —трутні. Трутні утворюють спермії шляхом мітозу, а не мейозу.

Партеногенез у рослин — апоміксис. Крім утворення зародка з незаплідненої яйцеклітини (партеногенез), у покритонасінних рослин зародок може також утворюватись із клітин жіночого гаметофіта або насіннєвого зачатка.

Поліембріонія

Поліембріонія — процес розвитку кількох зародків з однієї заплідненої яйцеклітини.

Поліембріонія доволі поширена серед різних груп тварин (війчасті та кільчасті черви, іноді у членистоногих, риб, птахів, ссавців). Як постійне явище вона притаманна деяким комахам (наприклад, їздцям) і ссавцям (наприклад, броненосцям).

У людини у разі поліембріонії народжуються однояйцеві близнята, які мають ідентичний набір спадкової інформації. Однояйцеві близнюки завжди однієї статі. Розрізняють специфічну поліембріонію (нормально властиву даному виду) і спорадичну (випадкову).

Специфічна поліембріонія трапляється в деяких мшанок, паразитичних перетинчастокрилих і віялокрилих комах, із ссавців — у броненосців. Разючий приклад специфічної поліембріонії— розвиток з 1 зиготи до 3 тис. личинок у їздця з роду Litomastix. У куцохвостого броненосця з 1 яйця розвивається 7-9 зародків, кожен з яких лежить у власному амніоні, але мають загальний хоріон.

Спорадична поліембріонія трапляється в усіх тварин, але особливо часто в деяких гідроїдних поліпів і дощових черв’яків. У хребетних вона виникає шляхом розділення зародка на кілька частин зазвичай до або на початку гаструляції. У людини в разі спорадичної поліембріонії народжується кілька (2-5) близнюків однієї статі.

Експериментально поліембріонія отримана в багатьох тварин впливом різних факторів.

Поліембріонія трапляється також у рослин: з однієї насінини розвивається кілька зародків (тюльпани, лілія, латаття, суниці). Додаткові зародки в насінині можуть розвиватись не тільки із заплідненої яйцеклітини, а й інших клітин насіння. Вони можуть виникнути в одному зародковому мішку (справжня поліембріонія) або в різних зародкових мішках (несправжня поліембріонія).

За справжньої поліембріонії кілька зародків розвиваються з однієї зиготи в результаті неправильного її розподілу (наприклад, у деяких тюльпанів) або внаслідок розщеплення передзародка чи його верхівкової клітини (латаття), а також із клітин підвіска (у лобелії). Нерідко при справжній поліембріонії зародки виникають з 1 або 2 синергід (наприклад, в ірису, лілії, мімози) або антипод (запашна цибуля). Додаткові зародки можуть виникати без запліднення — із клітин нуцелусу й інтегументу.

При несправжній поліембріонії зародки утворюються або в результаті розвитку в сім’ябруньці кількох зародкових мішків (суниця, піретрум), або завдяки розвитку не однієї з 4 мегаспор, як зазвичай, а декількох (наприклад, у лілії, перстачу), або завдяки розвитку додаткових апоспоричних (з вегетативних клітин) зародкових мішків поряд з нормальним (нечуйвітер, полин).

Кон’югація та копуляція

Статеве розмноження відзначається наявністю статевого процесу, який забезпечує обмін спадковою інформацією і створює умови для виникнення спадкової мінливості. У ньому, як правило, беруть участь дві особини — жіноча і чоловіча, які утворюють гаплоїдні жіночі та чоловічі статеві клітини — гамети. У результаті запліднення, тобто злиття жіночої та чоловічої гамет, утворюється диплоїдна зигота з новою комбінацією спадкових ознак, яка і стає родоначальницею нового організму.

Статеве розмноження порівняно з безстатевим забезпечує появу спадково більш різноманітного потомства. Формами статевого процесу є кон’югація і копуляція.

Кон'югація — своєрідна форма статевого процесу, при якій запліднення відбувається шляхом взаємного обміну мігруючими ядрами, що переміщаються з однієї клітини в іншу за цитоплазматичними містками, утвореними двома особинами. Під час цього процесу зазвичай не відбувається збільшення кількості особин, але відбувається обмін генетичним матеріалом між клітинами, що забезпечує перекомбінацію спадкових властивостей. Кон’югація типова для війкових найпростіших (наприклад, інфузорій), деяких водоростей (спірогіри).

Копуляція (гаметогамія) — форма статевого процесу, при якій дві різностатеві клітини (гамети) зливаються й утворюють зиготу. При цьому ядра гамет утворюють одне ядро зиготи.

Розрізняють такі основні форми гаметогамії: ізогамія, анізогамія та оогамія.

При ізогамії утворюються рухливі, морфологічно однакові гамети, однак фізіологічно вони різняться на «чоловічу» та «жіночу». Ізогамія трапляється в багатьох водоростей.

При анізогамії (гетерогамія) формуються рухливі гамети, що розрізняються морфологічно і фізіологічно. Такий тип статевого процесу характерний для багатьох водоростей.

У випадку оогамії гамети дуже відрізняються одна від одної. Жіноча гамета — велика нерухома яйцеклітина, що містить значний запас поживних речовин. Чоловічі гамети (сперматозоїди) — дрібні, найчастіше рухливі клітини, які переміщуються за допомогою одного або кількох джгутиків. У насінних рослин чоловічі гамети (спермії-) не мають джгутиків і доставляються до яйцеклітини за допомогою пилкової трубки. Оогамія характерна для тварин, вищих рослин і багатьох грибів.

Статеве розмноження

Статеве розмноження відзначається наявністю статевого процесу — поєднання в одній клітині генетичного матеріалу двох різних особин. Одним з найважливіших етапів статевого процесу є злиття статевих клітин, або гамет, — спеціалізованих гаплоїдних клітин.

Спочатку проходить процес запліднення — злиття гамет, у результаті якого утворюється зигота; потім із зиготи утворюється зародок нового організму.

Статеве розмноження — вища форма відтворення, що забезпечує обмін спадковою інформацією між особинами всередині виду, завдяки чому підвищується життєздатність потомства.

Генотип нащадків формується в результаті перекомбінації генів обох батьків; виникає генетична різноманітність особин виду.

У результаті вид швидко пристосовується до мінливих умов існування та освоює нові екологічні ніші.

Статеве розмноження властиве деяким грибам, представникам усіх відділів рослинного і типів тваринного світу. В основі статевого розмноження лежить статевий процес, який здійснюється у формі кон’югації та копуляції.

Процеси формування статевих клітин

Статеві клітини (гамети) — клітини рослинних і тваринних організмів, які виконують функцію передачі спадкової інформації від батьків нащадкам.

Гамети порівняно із соматичними клітинами мають половинний (гаплоїдний) набір хромосом. Дві гамети особин різної статі, зливаючись, утворюють зиготу, і в заплідненій яйцеклітині відновлюється типовий для організму набір хромосом.

Гамети більшості організмів відрізняються за будовою та фізіологічними властивостями; їх поділяють на жіночі (яйцеклітини) та чоловічі (рухливі — сперматозоїди, нерухливі — спермії).

На відміну від спор, одна гамета не може дати початок навій особині.

Яйцеклітини рослин, тварин і людини мають округлу або овальну форму; після запліднення або внаслідок партеногенезу дають початок новому організму.

Яйцеклітини від сперматозоїдів відрізняються більшими розмірами, переважно містять запас поживних речовин (у цитоплазмі яйцеклітини є жовток) і можуть бути вкриті різними оболонками. Оболонки пташиного яйця виконують захисну функцію, а білкова є також джерелом води для зародка.

Дрібні яйцеклітини — у рослин, більшості безхребетних, ссавців і людини, великі — у риб, земноводних, плазунів і птахів. Найбільших розмірів яйцеклітини досягають: в акули — до 5-7 см; у курки — до 3,5 см; у страуса — до 10 см і містять багато жовтка.

У птахів яйцеклітина — це зародковий диск зі значною кількістю жовтка. Вона додатково вкрита товстою білковою оболонкою, двома тоненькими підшкаралупними, твердою вапняковою шкаралупною з тоненьким зовнішнім шаром кутикули. Розміри яєць птахів значно більші за розміри самої яйцеклітини.

Сперматозоїди відрізняються від яйцеклітин рухливістю і меншими розмірами.

Утворюються сперматозоїди в багатьох водоростей, мохів, вищих спорових рослин, у більшості тварин. У деяких водоростей (червоних), грибів, голонасінних і покритонасінних рослин, в окремих груп тварин (аскариди, річкового рака) утворюються спермії (сперматозоїди без джгутиків).

Сперматозоїд ссавців має форму довгої нитки, у якій розрізняють головку, шийку і хвостик. У головці є ядро, у якому міститься ДНК. На передньому кінці головки розташована особлива органела — акросома, що забезпечує проникнення сперматозоїда в яйцеклітину та її активацію. За шийкою розташовується перехідний відділ, у якому містяться центріоля та мітохондрії.

Статевому розмноженню у тварин передує утворення статевих клітин — гамет. Процес утворення й дозрівання статевих клітин — гаметогенез. Розрізняють овогенез — формування яйцеклітин — та сперматогенез — утворення сперматозоїдів.

У хребетних тварин, у т. ч. й людини, гамети розвиваються з первинних диплоїдних статевих клітин у статевих залозах: яйцеклітини — в яєчниках, сперматозоїди — в сім’яниках.

Гаметогенез яйцеклітин і сперматозоїдів відбувається певними послідовними стадіями: розмноження, ріст, дозрівання та формування.

На стадії розмноження первинні статеві клітини — попередники яйцеклітин (овогонїї) і сперматозоїдів (сперматогонії) — розмножуються мітотичним поділом і кількість їх значно збільшується.

На стадії росту первинні статеві клітини вже не діляться, а ростуть, запасають поживні речовини і досягають розмірів статевих клітин певного виду тварин. У процесі росту відбувається синтез ДНК і добудова другої хроматиди кожної хромосоми. На цій стадії утворюються первинні овоцити і сперматоцити.

На стадії дозрівання диплоїдні овоцити і сперматоцити в результаті мейозу перетворюються на незрілі гамети. Саме на цій стадії проявляються суттєві відмінності між овогенезом і сперматогенезом. Під час овогенезу після першого мейотичного поділу овоцита утворюються дві різні за розмірами гаплоїдні клітини: велика — із запасом поживних речовин (для розвитку зародка) — і дрібна — напрямне тільце.

Після другого поділу формуються чотири гаплоїдні клітини — одна велика (незріла яйцеклітина) і три дрібні напрямні тільця, які згодом зникають. Напрямні тільця призначені для вилучення надлишкового спадкового матеріалу.

Під час сперматогенезу внаслідок двох мейотичних поділів диплоїдного сперматоцита утворюються чотири однакові гаплоїдні клітини — незрілі сперматозоїди.

На стадії формування утворюється і дозріває частина зовнішніх оболонок яйцеклітини, а сперматозоїди втрачають масу і розміри їх зменшуються.

Розвиток статевих клітин у рослин

У рослин процеси дозрівання статевих клітин і запліднення відбуваються інакше, ніж у тварин.

Гаметогенез у рослин проходить у два етапи:

спорогенез у результаті мейозу завершується утворенням гаплоїдних клітин — спор, із яких у спорових рослин розвивається гаметофіт; у голонасінних і покритонасінних гаплоїдна фаза редукована до кількох клітин;

мітотичний поділ гаплоїдних клітин й утворення гамет відбувається в спорових рослин на гаметофіті в антеридіях і архегоніях; у голонасінних та покритонасінних поділ ядра пилкової (чоловічої) клітини відбувається в пилковій трубці, а жіночих статевих клітин усередині зародкового мішка.

Серед вищих спорових рослин (мохоподібні та папоротеподібні) є рівноспорові та різноспорові. Гаметофіт (заросток) у рівноспорових двостатевий, різноспорових— одностатевий. Він являє собою окремий організм, який міститься на поверхні ґрунту (у плауна булавоподібного — у ґрунті).

Жіночі статеві органи (архегонії) формують нерухомі яйцеклітини, чоловічі статеві органи (антеридії) — сперматозоїди.

У голонасінних жіночий гаметофіт — це ендосперм із двома архегоніями, які утворюють яйцеклітини, а чоловічий — пилкове зерно, що складається з вегетативної та генеративної клітин (остання продукує спермії).

У покритонасінних жіночий гаметофіт — це восьмиядерний семиклітинний зародковий мішок, який міститься в насіннєвому зачатку і проростає на спорофіті (рослині). Чоловічий гаметофіт, як і в голонасінних, представлений пилковим зерном, що складається з вегетативної та генеративної клітин (в останній утворюються 2 спермії).

Порівняння нестатевого і статевого розмноження

Нестатеве розмноження:

• бере участь одна батьківська особина (одна клітина або сукупність соматичних клітин);

• гамети не утворюються;

• мейоз відсутній;

• нащадки ідентичні батьківським особинам;

• характерне для мікроорганізмів, рослин і деяких нижчих тварин;

• часто утворюється значна кількість нащадків за короткий час.

Статеве розмноження (крім бактерій):

• беруть участь дві батьківські особини, які попередньо продукують статеві клітини (гамети);

• утворюються гаплоїдні гамети, ядра яких зливаються (запліднення), утворюючи диплоїдну зиготу;

• на певній стадії життєвого циклу проходить мейоз, що перешкоджає подвоєнню кількості хромосом у кожному поколінні;

• нащадки не ідентичні батьківським особинам — у них спостерігається генетична мінливість, яка виникає в результаті генетичної рекомбінації;

• характерне для більшості рослин і тварин.

Запліднення та його форми

Запліднення (сингамія) — процес злиття чоловічої та жіночої статевих клітин (гамет) рослинних і тваринних організмів, що лежить в основі статевого розмноження. Унаслідок запліднення утворюється зигота, яка дає початок новому організмові.

Біологічне значення запліднення полягає в тому, що внаслідок злиття клітин з різною спадковістю при статевому розмноженні утворюється більш життєздатне потомство, ніж при безстатевому розмноженні. Подвійне запліднення забезпечує утворення зародка та запасу поживних речовин у покритонасінних. Розрізняють зовнішнє запліднення, при якому злиття гамет відбувається поза тілом самки, і внутрішнє запліднення, при якому гамети зливаються в тілі самки. Зовнішнє запліднення спостерігається в багатьох безхребетних, риб, безхвостих земноводних, які відкладають статеві продукти в навколишнє середовище. Запліднення в цих тварин, а також розвиток зиготи залежить від умов середовища. У тварин із внутрішнім заплідненням (переважно наземних) є спеціальні придаткові статеві органи для переносу сперми з тіла самців у тіло самок. Цей процес потребує узгодження дій самця і самки, і тому у тварин виробились складні форми поведінки (статеві інстинкти), які забезпечують цю узгодженість.

При злитті чоловічої та жіночої статевих клітин, що мають одинарний набір хромосом, відновлюється диплоїдний набір хромосом, характерний для соматичних клітин організму. У бактерій, синьо-зелених водоростей та деяких грибів типового статевого процесу немає. У нижчих рослин спостерігаються різні види статевого процесу: ізогамія (злиття однакових за розміром гамет), гетерогамія (злиття різних за розміром гамет), оогамія (заплідення рухливою дрібною чоловічою клітиною нерухливої і більшої за розміром жіночої), кон’югація та ін. У мохоподібних і папоротеподібних сперматозоїди, які розвиваються в антеридіях, рухаються у водному середовищі до архегонія, у якому і відбувається запліднення яйцеклітини. Вищим рослинам властива оогамія. У квіткових рослин заплідненню передує запилення. У покритонасінних відбувається т. зв. подвійне запліднення.

У рослин запліднення відбувається після запилення. Пилкова трубка за короткий час проходить крізь пухку тканину стовпчика і через мікропіле проникає до зародкового мішка. Ріст пилкової трубки активізує вегетативна клітина, розміщена в прикінцевій частині. За вегетативною клітиною в пилкову трубку переходить генеративна клітина, з якої в результаті мітотичного поділу утворюються два спермії. В окремих випадках спермії можуть утворюватись ще в пиляку.

У місці контакту трубки із зародковим мішком стінки останнього ослизнюються і пилкова трубка проходить усередину. Досягши яйцеклітини, пилкова трубка розривається, з неї виходять два спермії, а вегетативна клітина трубки руйнується. Спермії виходять, і один з них зливається з ядром яйцеклітини, утворюючи зиготу, а другий — із вторинним (диплоїдним) ядром центральної клітини, яка дає початок ендосперму. Таким чином у зародковому мішку відбувається подвійне запліднення. Значення подвійного запліднення полягає в тому, що і зигота, і первинна клітина ендосперму, маючи подвійну спадковість, набувають більшої життєздатності та пристосованості до умов існування. Звідси стає зрозумілою роль численних пристосувань у морфології та фізіології квітки, спрямованих на забезпечення перехресного запилення.

У зародковий мішок може проникати декілька пилкових трубок. Однак спермії цих трубок не беруть участі в заплідненні і дегенерують. Коли у зав’язі є декілька насінних зачатків, то в кожному з них відбувається описаний вище процес.

Роздільностатеві організми та гермафродити

Статеві клітини (чоловічі й жіночі гамети) можуть утворюватись різними особинами або в одному організмі.

Види, у яких є окремі чоловічі й жіночі особини, називають роздільностатевими. До таких організмів належить більшість тварин і деякі види рослин. Роздільностатеві тварини мають тільки один вид статевих залоз (сім’яники або яєчники) й утворюють лише один вид статевих клітин — сперматозоїди або яйцеклітини.

У роздільностатевих тварин особини різних статей можуть бути подібними між собою (медузи, багатощетинкові черви, двостулкові молюски), однак у більшості видів вони відрізняються одна від одної. Пояснюється це статевим диморфізмом — різною будовою статевих органів і вторинними статевими ознаками, розвиток яких зумовлений впливом статевих гормонів (різні розміри й будова тіла, забарвлення в самців і самок). Вторинні статеві ознаки стимулюють шлюбну поведінку тварин, допомагають особинам різних статей впізнавати одне одного.

Серед рослин теж є роздільностатеві види. В однодомних видів чоловічі й жіночі генеративні органи утворюються на одній і тій же рослині (тичинкові й маточкові квітки — у квіткових рослин, архегонії й антеридії — у спорових, оогонії й антеридії — у водоростей). Прикладом однодомних квіткових рослин є кукурудза, більшість видів гарбузових — огірок, диня, кавун, гарбуз; із дерев’янистих рослин — ліщина, береза, дуб.

У дводомних рослин одні несуть тільки чоловічі генеративні органи, інші — тільки жіночі (коноплі, тополя, верба, маршанція, обліпиха).

Організми, здатні утворювати одночасно чоловічі й жіночі статеві клітини, називають гермафродитними, або двостатевими. Це, зокрема, деякі кишковопорожнинні, більшість червів, п’явки, багато молюсків, деякі ракоподібні, риби, ящірки і більшість квіткових рослин. Гермафродитизм як аномальне явище спостерігається і в окремих особин роздільностатевих видів.

Гермафродитизм — це пристосування до сидячого, малорухливого або паразитичного способу життя. Однією з його переваг є можливість самозапліднення, що доволі важливо для деяких ендопаразитів (ціп’яків). Але в більшості гермафродитних організмів існують механізми, які запобігають самозаплідненню: особливості будови статевої системи, неодночасне дозрівання чоловічих і жіночих статевих клітин, генетична несумісність.




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