Підручник Біологія 9 клас - Л.І. Остапченко - Генеза 2017

ТЕМА 4. ЗБЕРЕЖЕННЯ ТА РЕАЛІЗАЦІЯ СПАДКОВОЇ І НФОРМАЦІЇ

§25. ТИПИ РОЗМНОЖЕННЯ ОРГАНІЗМІВ. СТАТЕВІ КЛІТИН

Пригадайте біологічне значення процесу розмноження. Які існують форми розмноження організмів? Як відбувається мітотичний поділ клітин? Що таке зигота, гаплоїдний, диплоїдний та поліплоїдний набір хромосом?

Розмноження - притаманна всім організмам властивість відтворення собі подібних. Завдяки цьому забезпечуються неперервність і спадковість життя. Основні форми розмноження живих істот - нестатеве та статеве. За нестатевого розмноження наступне покоління організмів розвивається з нестатевих клітин (їх ще називають соматичними; від грец. сома - тіло).

Активізуйте свої знання

Нестатеве розмноження спостерігають як в одноклітинних організмів (прокаріотів, одноклітинних тварин, водоростей і грибів), так і в багатоклітинних (багатоклітинні водорості, вищі рослини, багатоклітинні гриби, губки, жалкі, плоскі та кільчасті черви, зрідка - членистоногі та хордові). Воно може відбуватися поділом клітини навпіл, множинним поділом, брунькуванням, утворенням спор (мал. 118).

У разі поділу клітини навпіл (мал. 118, 1) утворюються дві дочірні, удвічі дрібніші за материнську. Дочірні клітини живляться, ростуть, відновлюють нормальний набір органел і починають розмножуватись, коли сягнуть розмірів материнської клітини. Під час множинного поділу спочатку багаторазово ділиться ядро материнської клітини, і вона стає багатоядерною. Потім ділиться цитоплазма та утворюються одноядерні дочірні клітини (мал. 118, 2). У разі брунькування від материнської клітини відокремлюється менша - дочірня (мал. 118, 3).

Розмноження спорами відоме в різних одно- та багатоклітинних еукаріотів: грибів, водоростей, мохів, хвощів, плаунів, папоротей. Пригадайте: спори - спеціалізовані клітини, які слугують не тільки для розмноження, а й у деяких випадках - для переживання несприятливого періоду та поширення (мал. 118, 4).

Спосіб нестатевого розмноження, за якого в багатоклітинних організмів відокремлюються групи клітин, називають вегетативним (від лат. вегетативус - рослинний або вегето - оживлюю).

У багатьох рослин особина може розвиватись із живців (кореневих, стеблових чи листкових) або видозмінених пагонів (мал. 119. І). Вегетативне розмноження у тварин зазвичай може відбуватись за допомогою брунькування та фрагментації (мал. 119. ІІ).

Особливим способом нестатевого розмноження організмів є поліембріонія (від грец. поліс - численний та ембріон - зародок) - розвиток кількох зародків з однієї заплідненої яйцеклітини (зиготи). У певний момент зародок розпадається на окремі клітини. Згодом із кожної такої клітини розвивається самостійний організм (мал. 119. ІІІ).

Яке біологічне значення нестатевого розмноження? У деяких груп організмів - це єдина можливість залишити нащадків. У видів, здатних до статевого розмноження, цим способом можуть давати нащадків особини, які з певних причин виявилися ізольованими від інших. Завдяки нестатевому розмноженню особини за незначний проміжок часу можуть значно збільшувати чисельність.

Запам'ятаємо: до вегетативного розмноження здатні лише ті організми, яким притаманне явище регенерації (від лат. регенераціо - відновлення) - процес відновлення організмом втрачених або ушкоджених частин, а також відтворення цілісної особини з її частини.

Мал. 118. Нестатеве розмноження: 1 - поділ клітини навпіл (а - амеби, б - інфузорії-туфельки);

2 - множинний поділ клітини малярійного плазмодія; 3 - брунькування клітин дріжджів; 4 - спороутворення у водорості улотрикса

Мал. 119. І. Способи вегетативного розмноження рослин: 1 - бульбами в картоплі; 2 - вусами в суниць; 3 - ділянками кореневища у пирію; 4 - дочірніми цибулинами; 5 - виводковими бруньками в бріофілюма. ІІ. Вегетативне розмноження тварин: 1 - фрагментацією з наступним брунькуванням окремих сегментів тіла у додекацерії; 2 - брунькуванням у гідри. ІІІ. Поліембріонія трапляється у ссавців-панцирників

Статевий процес - це поєднання в одній клітині спадкового матеріалу двох клітин. Він забезпечує урізноманітнення спадкового матеріалу нащадків і генофонду популяції в цілому. Адже що різноманітніший генофонд популяції, то більше в неї шансів пристосуватись до змін умов навколишнього середовища (поміркуйте чому). Статевий процес притаманний більшості видів еукаріотів (він невластивий лише деяким одноклітинним організмам, як-от: амебі протею, евглені зеленій, хлорелі). Статевий процес еукаріотів зазвичай здійснюється у формах кон’югації та копуляції.

Під час кон’югації (від лат. кон’югаціо - сполучення) клітини одноклітинних (частина видів бактерій, водоростей, тварин) чи багатоклітинних (деякі гриби, нитчасті зелені водорості) організмів обмінюються спадковим матеріалом (мал. 120).

У деяких водоростей і грибів вміст однієї клітини через тимчасові цитоплазматичні містки переходить в іншу. Так утворюється зигота, яка після певного періоду спокою ділиться шляхом мейозу (мал. 120. І). В інфузорій під час кон’югації відбуваються складні перетворення ядерного апарату (мал. 120. ІІ). Перед кон’югацією велике (вегетативне) ядро руйнується, а мале (генеративне) кілька разів ділиться. Частина утворених ядер зникає; залишаються лише два - мігруюче (чоловіче) та нерухоме (жіноче). Далі дві клітини зближуються і через цитоплазматичні містки обмінюються мігруючими ядрами, які зливаються з нерухомими. Потім клітини розходяться і після кількох поділів у кожної з них відновлюється нормальний набір ядер: у клітині присутні велике та мале ядра.

Копуляція (від лат. копуляціо - сполучення) - процес злиття двох спеціалізованих статевих клітин (гамет).

Мал. 120. Кон’югація: у спірогіри (І) та інфузорії-туфельки (ІІ)

Яка будова статевих клітин? Функція статевих клітин (гамет) - передача спадкової інформації від особин батьківського покоління нащадкам. Порівняно з нестатевими вони мають гаплоїдний набір хромосом. У заплідненій яйцеклітині (зиготі) відновлюється набір хромосом, характерний для соматичних клітин. Розглянемо особливості будови статевих клітин на прикладі хребетних тварин.

Жіночі статеві клітини - яйцеклітини - часто мають значний запас поживних речовин та оточені кількома оболонками. Пригадайте: у птахів яйцеклітина послідовно вкрита товстою білковою оболонкою, двома тонкими підшкаралупними, твердою шкаралупою з карбонату кальцію та зовнішньою плівкою, або надшкаралупною оболонкою (мал. 121. І). Поверхневі оболонки виконують захисну функцію, а білкова, окрім того, слугує джерелом води для розвитку зародка. Згодом її споживає пташеня перед виходом з яйця.

Яйцеклітини ссавців також оточені кількома оболонками, які виконують захисну та живильну функцію (мал. 121. ІІ). У них оболонок менше, ніж у плазунів чи птахів, чий зародок тривалий час розвивається поза організмом матері.

Чоловічі гамети, які мають джгутики і здатні до активного руху (зелені водорості, вищі спорові рослини, більшість тварин тощо), зазвичай називають сперматозоїдами. У червоних водоростей, хвойних і покритонасінних рослин, грибів, частини тварин (нематоди, річкові раки, краби) чоловічі гамети позбавлені джгутиків, їх зазвичай називають сперміями.

Сперматозоїд ссавців (мал. 122) має коротку головку, в якій містяться ядро, клітинний центр та невелика кількість цитоплазми. Спадкова інформація упакована дуже щільно. У передній частині головки є особлива органела - акросома (мал. 122, 4). Вона містить ферменти, які розчиняють оболонку яйцеклітини, забезпечуючи проникнення до неї сперматозоїда. За головкою розташована звужена шийка. У ній містяться мітохондрії, які постачають енергію для роботи джгутика. За середньою частиною розташований хвіст: джгутик, завдяки роботі якого сперматозоїд пересувається у вологому середовищі.

Як формуються статеві клітини? Процес формування статевих клітин має назву гаметогенез (від грец. гамете та генезис - походження). Розглянемо його на прикладі ссавців. Яйцеклітини та сперматозоїди утворюються в статевих залозах з первинних диплоїдних статевих клітин. Процес утворення статевих клітин має кілька послідовних стадій: розмноження, росту, дозрівання і формування (мал. 123).

На стадії розмноження диплоїдні попередники чоловічих і жіночих статевих клітин розмножуються послідовними мітотичними поділами. Тому їхній хромосомний набір залишається диплоїдним. На стадії росту ці клітини збільшуються до певних розмірів. На стадії дозрівання диплоїдні попередники сперматозоїдів та яйцеклітин діляться за допомогою мейозу і перетворюються на незрілі гаплоїдні гамети.

Процеси утворення чоловічих і жіночих гамет мають певні відмінності. Під час дозрівання чоловічих статевих клітин утворюються чотири однакові гаплоїдні клітини. На стадії формування ядро і цитоплазма цих клітин ущільнюються, а їхні розміри зменшуються. Так утворюються сперматозоїди. Лише після цього вони набувають здатності до пересування і запліднення яйцеклітини.

Цікаво знати

Жіночі гамети здебільшого більші за розмірами, оскільки в них запасаються поживні речовини, потрібні для розвитку зародка. Натомість чоловічі гамети дрібніші, оскільки переносять лише частину спадкового матеріалу. У багатьох організмів чоловічі гамети мають джутики й здатні до активного руху. Великі розміри сперматозоїдів ускладнили б їхнє пересування.

Мал. 121. Будова яйцеклітин.

І. Будова яйця птахів: 1 - шкаралупа; 2 - зародковий диск; 3 - канатик; 4 - надшкаралупна оболонка; 5 - повітряна камера; 6 - білкова оболонка; 7 - жовток; 8 - жовткова оболонка; 9 - підшкаралупні оболонки. ІІ. Будова яйцеклітини ссавців: 1 - цитоплазма; 2 - ядро; 3 - вторинні оболонки

Мал. 122. Будова сперматозоїда ссавців: 1 - головка; 2 - шийка; 3 - хвіст; 4 - акросома; 5 - ядро; 6 - центріоля; 7 - мітохондрії

Мал. 123. Схема гаметогенезу ссавців: І - сперматогенез: 1 - диплоїдна клітина-попередник розмножується шляхом послідовних мітозів; 2 - у результаті першого мейотичного поділу утворилися дві гаплоїдні клітини; 3 - у результаті другого мейотичного поділу утворилися чотири гаплоїдні клітини - сперматиди; 4 - на стадії формування цитоплазма та ядро сперматид ущільнюються, їхні розміри зменшуються, так виникають сперматозоїди; ІІ - овогенез: 1 - диплоїдна клітина- попередник розмножується шляхом послідовних мітозів; у результаті першого мейотичного поділу утворилися дві гаплоїдні клітини: більша, із запасом поживних речовин (2), та дрібніша (3 - полярне тільце); у результаті другого мейотичного поділу утворилися чотири гаплоїдні клітини: велика яйцеклітина (4) та три полярні тільця (3); 5 - дозріла гаплоїдна яйцеклітина

На стадії росту жіночих статевих клітин після першого поділу мейозу утворюються дві різні за розмірами гаплоїдні клітини: велика із запасом поживних речовин і дрібна (так зване полярне тільце). Після другого мейотичного поділу - на стадії дозрівання - утворюються чотири гаплоїдні клітини: одна велика яйцеклітина і три дрібних полярних тільця, які через деякий час зникають.

Розбіжності у формуванні сперматозоїдів і яйцеклітин зумовлені тим, що сперматозоїд під час запліднення вносить у яйцеклітину лише свою частку спадкового матеріалу; його маса не має значення для розвитку майбутнього зародка. Яйцеклітина, крім свого спадкового матеріалу, містить також усі органели і запас поживних речовин, які зародок використовує в процесі розвитку. Надходження основної маси цитоплазми до яйцеклітини досягається двома послідовними нерівномірними мейотичними поділами з утворенням полярних тілець, які призначені для видалення зайвого спадкового матеріалу.

Дещо інакше утворюються чоловічі та жіночі статеві клітини у квіткових рослин. У пиляках тичинок формуються пилкові зерна, оточені двома оболонками. Усередині пилкового зерна є дві гаплоїдні клітини: більша - вегетативна та менша - генеративна. Під час дозрівання з генеративної клітини утворюються два гаплоїдні спермії (мал. 124. І).

Яйцеклітина квіткових рослин розташована поблизу одного з полюсів зародкового мішка, що міститься всередині насінного зачатка. Там також розташовані ще шість клітин: біля гаплоїдної яйцеклітини є дві гаплоїдні супутні клітини. На іншому полюсі також формуються три гаплоїдні клітини, які не беруть участі у процесах запліднення та формування насінини. У центрі зародкового мішка міститься центральна клітина: її диплоїдне ядро утворилося за рахунок злиття двох гаплоїдних (мал. 124. ІІ).

Цікаво знати

Розміри яйцеклітини залежать від кількості запасних поживних речовин у цитоплазмі. Наприклад, у більшості ссавців, зародки яких отримують поживні речовини від організму матері через плаценту, розміри яйцеклітин (без урахування зовнішніх оболонок) варіюють від 50 мкм (мишоподібні гризуни - полівки) до 180 мкм (вівця). У людини діаметр яйцеклітини - близько 90 мкм. Якщо в яйцеклітині міститься значний запас поживних речовин (жовток), її діаметр може сягати до 5-7 см (акули), 8 см (страуси) тощо. З урахуванням зовнішніх оболонок розміри таких яйцеклітин ще більші. Наприклад, яйце африканського страуса понад 15 см завдовжки і масою 1,52 кг.

Мал. 124. Статеві клітини квіткової рослини. І. Пилкове зерно: 1 - оболонки; 2 - вегетативна клітина; 3 - генеративна клітина. ІІ. Зародковий мішок у складі насінного зачатка: 1 - пилко- вхід; 2 - яйцеклітина; 3 - супутні клітини; 4 - центральна клітина з двома гаплоїдними ядрами, які згодом зливаються; 5 - три клітини, що не беруть участі у заплідненні

Коротко про головне

Здатність до розмноження - універсальна властивість живих організмів, завдяки якій підтримується безперервність і наступність життя на нашій планеті. Відомі різні форми розмноження організмів: нестатеве та статеве.

Нестатеве розмноження може здійснюватися за допомогою окремих нестатевих (соматичних) клітин, шляхом їхнього поділу навпіл, множинного поділу, брунькування тощо. У разі відокремлення від материнського організму багатоклітинних частин спостерігають вегетативне розмноження. У разі поліембріонії з однієї заплідненої яйцеклітини розвивається декілька зародків.

Статевий процес може відбуватись у формі кон'югації або копуляції. За кон'югації клітини організмів обмінюються спадковим матеріалом. Копуляція - процес злиття двох спеціалізованих статевих клітин (гамет). Формування статевих клітин має назву «гаметогенез»: чоловічих гамет - «сперматогенез», а жіночих - «овогенез».

Ключові терміни та поняття:

нестатеве та вегетативне розмноження, спори, поліембріонія, статевий процес, кон'югація, копуляція.

Перевірте здобуті знання

1. Яке біологічне значення процесу розмноження? 2. Які форми нестатевого розмноження ви знаєте? 3. Чим характеризується вегетативне розмноження? 4. У чому полягає суть поліембріонії? 5. Яке біологічне значення нестатевого розмноження? 6. У чому полягає особливість статевого процесу? У яких формах він може відбуватися? 7. Чим характеризується будова жіночих статевих клітин птахів? 8. Яка будова чоловічих статевих клітин у ссавців? 9. Які виділяють стадії гаметогенезу? 10. Чим відрізняються процеси формування жіночих і чоловічих статевих клітин у ссавців?

Поміркуйте

1. Чому з підвищенням рівня організації організму його здатність до регенерації зменшується? Чи зможуть у майбутньому люди відновлювати втрачені органи? 2. Яке значення того, що в процесі еволюції розміри чоловічих гамет зменшувались, а жіночих - збільшувались?




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