Размножение и индивидуальное развитие организмов

Типы размножения организмов. Бесполое размножение, его формы

Размножение — способность живых организмов воспроизводить себе подобных, обеспечивая непрерывность и преемственность жизни в ряду поколений. Существование организмов поддерживается делением его составляющих — клеток, а существование вида — размножением составляющих его особей. Размножение обеспечивает длительное сохранение видов и непрерывность самой жизни. Различают два основных вида размножения: бесполое и половое.

При бесполом размножении в воспроизведении себе подобного участвует только одна родительская особь, поэтому генотипы дочерних организмов идентичны родительскому. Оно позволяет быстро увеличивать число особей. Бесполое размножение может осуществляться вегетативными органами и спорообразованием.

Вегетативное размножение осуществляется частями тела. У одноклеточных (бактерии и протесты) — это деление клеток на две или множество (шизогония) частей. У многоклеточных возможно развитие нового организма при делении нити (водоросли), мицелия (грибы), слоевища (лишайники). Одним из способов вегетативного размножения является почкование (дрожжи, гидра).

У цветковых растений новые особи могут образовываться из частей вегетативных органов: стебля (ива, смородина) и его видоизменений — клубней (картофель), луковиц (лук, тюльпан), корневищ (пырей, ландыш), усов (земляника), листьев (фиалка, бегония), корней (вишня) и др.

Вегетативное размножение у животных вследствие высокой специализации клеток наблюдается реже и происходит путем почкования — новая особь образуется в виде выроста на теле родительской особи, а затем отделяется от нее (гидра) или фрагментации — деления исходной особи на несколько частей (молочная планария, кольчатые черви).

Спорообразование — это вид бесполого размножения, характерный преимущественно для растений (мхи, хвощи, папоротники), при котором на материнском организме образуются специализированные клетки — споры, прорастающие в новые особи. У протистов спорогония с образованием спорозоитов происходит у представителей класса споровиков (малярийный плазмодий).

Половое размножение. Половые клетки: яйцеклетки и сперматозоиды, их образование и развитие

При половом размножении происходит объединение генетической информации двух родительских организмов в одной особи, что обусловливает значительную комбинативную изменчивость. В основе полового размножения лежит половой процесс, т.е. обмен генетической информацией между особями одного вида (конъюгация) или объединение ее (копуляция). Исторически сначала появился половой процесс, который в процессе эволюции объединился с размножением.

Типичный половой процесс (конъюгация) протекает у инфузорий и бактерий. Две особи инфузорий сближаются, между ними образуется цитоплазматический мостик, и после сложного преобразования микронуклеусов происходит обмен мигрирующими ядрами, содержащими генетическую информацию. В дальнейшем инфузории расходятся и начинают размножаться бесполым путем (поперечным делением). Таким образом, при конъюгации две особи обмениваются генетической информацией, но увеличения их числа не происходит.

При копуляции (у протистов) наблюдается объединение генетической информации двух особей (слияние половых клеток, в которые преобразуются на определенном этапе развития особи). В дальнейшем происходит увеличение количества особей за счет бесполого размножения.

При половом размножении (у многоклеточных) происходит образование специализированных половых клеток (гамет) и последующее их слияние, т.е. половой процесс и половое размножение совмещаются. В некоторых случаях возможно развитие организма из яйцеклетки без оплодотворения — партеногенез (у пчел, скальных ящериц).

При слиянии половых клеток образуется зигота, из которой развивается новый дочерний организм. По достижении половой зрелости новый организм в свою очередь продуцирует гаметы, которые дают начало следующим потомкам. Так осуществляется преемственность поколений.

Процесс образования половых клеток называется гаметогенезом. Формирование сперматозоидов (сперматогенез) происходит в мужских половых железах — семенниках, яйцеклеток (овогенез) — в женских половых железах — яичниках.

Образование сперматозоидов начинается в период полового созревания организма с интенсивного митотического деления первичных половых клеток — сперматогоний, содержащих диплоидный набор хромосом. Далее сперматогонии вступают в стадию роста (незначительно увеличиваются их размеры) и превращаются в сперматоциты I порядка (2n2xp). Затем наступает стадия созревания — мейотическое деление. В результате первого деления образуются два сперматоцита II порядка (1n2xp), а в результате второго — 4 сперматиды. Сперматиды — это гаплоидные клетки, каждая хромосома которых содержит одну хроматиду (1n1хр). Сперматиды в стадии формирования преобразуются в зрелые половые клетки — сперматозоиды.

Сперматозоиды меньше яйцеклеток и подвижны. В типичном случае сперматозоид состоит из головки, шейки и хвоста. В головке находится ядро с гаплоидным набором хромосом (1n1хр) и небольшое количество цитоплазмы с комплексом Гольджи. В цитоплазме шейки сосредоточены центросома и митохондрии, вырабатывающие энергию для движения сперматозоида.

Овогенез протекает сходно со сперматогенезом, однако имеет и определенные особенности. При овогенезе менее интенсивно и менее продолжительно идет размножение первичных половых клеток, так как яйцеклеток образуется значительно меньше, чем сперматозоидов. При овогенезе лучше выражена стадия роста (накопление желтка), вследствие чего величина яйцеклеток значительно превышает размеры сперматозоидов. В стадии созревания (мейоз) при овогенезе в отличие от сперматогенеза из одной исходной клетки (овоцита I порядка) образуется одна яйцеклетка и три направительных (редукционных) тельца. Последние содержат ядро и небольшое количество цитоплазмы. Они «забирают» на себя излишки генетической информации и в дальнейшем погибают. Стадия формирования при овогенезе не выражена.

Яйцеклетка обычно крупная, округлая и неподвижная, имеет большое количество цитоплазмы с органоидами и ядро. В цитоплазме содержатся питательные вещества в виде желтка, необходимые для развития зародыша. У млекопитающих и человека яйцеклетки содержат мало желтка, так как развитие зародыша идет в матке за счет питательных веществ материнского организма. У рыб, земноводных, пресмыкающихся и птиц развитие зародыша происходит во внешней среде, и их яйцеклетки содержат относительно большое количество желтка.

Оплодотворение, онтогенез, эмбриональное развитие зародыша у животных

Процесс, обеспечивающий встречу сперматозоидов и яйцеклеток, называется осеменением. У большинства первичноводных животных (рыб и земноводных) осеменение наружное. Для наземных животных (пресмыкающихся, птиц и млекопитающих) характерно внутреннее осеменение, при котором самцы с помощью копулятивных органов вводят сперматозоиды в половые пути самки.

После осеменения происходит оплодотворение, т.е. слияние мужской и женской гамет с образованием диплоидной зиготы: 1n1хр + 1n1хр → 2n1хр.

Индивидуальное развитие (онтогенез) — это совокупность процессов развития организма с момента образования зиготы и до смерти. Онтогенез подразделяют на периоды: эмбриональный (с момента оплодотворения яйцеклетки и до рождения или выхода из яйцевых оболочек) и постэмбриональный (от рождения или выхода из яйцевых оболочек и до смерти).

Эмбриональное развитие начинается с дробления зиготы, которое происходит путем митоза. Деление бластомеров называется дроблением, так как размеры бластомеров прогрессивно уменьшаются. Яйцеклетки у всех животных в большей или меньшей степени обладают полярностью. На одном полюсе (анимальном) желтка мало, а на другом (вегетативном) — много. Тип дробления яйца зависит от количества желтка и характера его распределения. Различают полное дробление, когда дробится вся яйцеклетка, и неполное, когда дробится только ее часть. Полному дроблению подвергаются зиготы ланцетника и млекопитающих, так как они содержат мало желтка и он распределен относительно равномерно. Полное, но неравномерное дробление идет у яиц с умеренным содержанием желтка (лягушка). В яйцах пресмыкающихся и птиц на вегетативном полюсе содержится очень много желтка, который препятствует дроблению, поэтому идет неполное дробление — дробится только диск цитоплазмы с ядром.

Образующиеся в результате дробления клетки называются бластомерами. При полном дроблении у ланцетника на стадии 32 бластомеров зародыш имеет вид ягоды малины и называется морулой. Примерно на стадии 64 бластомеров в нем образуется полость, а бластомеры располагаются вокруг нее в один слой. Эта стадия называется бластулой (однослойный зародыш), стенка ее — бластодермой, а находящаяся внутри полость — бластоцелем (первичная полость тела).

Далее происходит гаструляция — образование двухслойного зародыша. Гаструла имеет два слоя клеток: наружный — эктодерму и внутренний — энтодерму. Ее полость называется гастроцелем (первичная кишка), а вход в гастроцель получил название бластопора, или первичного рта. У взрослых червей, моллюсков и членистоногих бластопор выполняет функции рта. Их называют первичноротыми. В процессе развития иглокожих и хордовых бластопор превращается в анальное отверстие, а рот образуется на противоположном конце тела. Их называют вторичноротыми.

У всех типов животных (кроме кишечнополостных) между экто- и энтодермой образуется третий зародышевый листок — мезодерма. Зародышевые листки — это отдельные пласты клеток, из которых в дальнейшем развиваются все ткани (гистогенез) и системы органов (органогенез).

Далее у зародышей хордовых формируется комплекс осевых органов. Эктодерма на спинной стороне зародыша прогибается, образуя продольный желобок, края которого смыкаются, формируя нервную трубку, которая погружается под эктодерму. Из клеток эктодермы образуются также кожный эпителий и органы чувств. Спинная часть энтодермы, расположенная под нервной трубкой, постепенно обособляется и формирует эластичный тяж — хорду. Из остальной части энтодермы образуются эпителий кишечной трубки, пищеварительные железы, органы дыхания. Из мезодермы развиваются все виды соединительной ткани (кости, хрящи, сухожилия, подкожная клетчатка и др.), мышцы, кровеносная, выделительная и половая системы.

Постэбриональное развитие (прямое и непрямое)

Постэмбрнональное развитие может быть прямым и непрямым (с метаморфозом).

При прямом развитии (неличиночном, внутриутробном) появившийся на свет организм похож на взрослую особь, но отличается от нее малыми размерами и недоразвитием некоторых систем органов (например, половой). Постэмбриональное развитие в этом случае сводится в основном к росту и половому созреванию. Такой тип развития наблюдается у животных, яйцеклетки которых содержат большое количество желтка (пресмыкающиеся, птицы), или при внутриутробном развитии (млекопитающие).

Непрямое развитие характерно для организмов, яйцеклетки которых содержат относительно малое количество желтка (плоские и кольчатые черви, моллюски, членистоногие). Оно подразделяется на развитие с неполным и полным метаморфозом. При неполном метаморфозе из яйцевых оболочек выходит личинка, морфологически и физиологически отличающаяся от взрослого животного. Личинка питается, растет, органы ее разрушаются и формируются органы взрослого животного. При полном метаморфозе из яйца выходит личинка, которая превращается в куколку. Куколка неподвижна, самостоятельно не питается, а под ее покровом происходит перестройка всех органов и тканей, заканчивающаяся выходом взрослой особи.

В процессе постэмбрионального развития постепенно наступают половое созревание и размножение особей, а затем старение и смерть. Старение характеризуется многими морфологическими и физиологическими изменениями, приводящими к снижению уровня обменных процессов и устойчивости организма к воздействиям факторов внешней среды. Смерть завершает индивидуальное развитие.

Примеры закрытых тестов

1.1. Характерные черты бесполого размножения:

  1. для размножения обязательно образование специальных клеток;
  2. участвуют две родительские особи;
  3. имеет место комбинативная изменчивость;
  4. генотипы дочерних организмов идентичны родительскому;
  5. медленное увеличение числа потомков.

2.1. Характерные черты полового размножения:

  1. всегда участвуют одна родительская особь;
  2. участвуют две родительские особи и имеет место комбинативная изменчивость;
  3. размножение возможно без образования специализированных клеток;
  4. генотипы дочерних организмов идентичны родительскому;
  5. быстрое увеличение числа потомков.

2.2. Половой процесс — это:

  1. слияние сперматозоида и яйцеклетки;
  2. образование половых клеток;
  3. внедрение вируса в клетку;
  4. обмен генетической информацией между особями одного вида;
  5. разновидность полового размножения.

2.3. Последовательность периодов овогенеза:

  1. развитие, размножение, созревание;
  2. размножение, рост, созревание;
  3. рост, формирование, созревание;
  4. созревание, рост, размножение;
  5. формирование, размножение, рост.

2.4. В период размножения при гаметогенезе клетки делятся:

  1. митозом;
  2. мейозом;
  3. амитозом;
  4. шизогонией;
  5. почкованием.

3.1. Онтогенез — это:

  1. историческое развитие вида;
  2. процесс возникновения жизни на Земле;
  3. постэмбриональное развитие;
  4. эмбриональное развитие;
  5. индивидуальное развитие организма.

3.2. Осевые органы хордовых животных:

  1. хорда, нервная и пищеварительная трубки;
  2. сердце и кровеносные сосуды;
  3. органы дыхания;
  4. органы выделения и половые железы;
  5. спинная аорта.

3.3. Производные эктодермы:

  1. хорда, нервная и пищеварительная трубки;
  2. скелет и скелетные мышцы;
  3. выделительная и половая системы;
  4. кровеносная и дыхательная системы;
  5. нервная система и органы чувств.

3.4. Производные мезодермы:

  1. эпидермис и дерма кожи;
  2. нервная система и органы чувств;
  3. скелет и скелетные мышцы;
  4. кровеносная и дыхательная системы;
  5. дыхательная и пищеварительная системы.

4.1. Прямое постэмбриональное развитие характерно для:

  1. ракообразных, насекомых и паукообразных;
  2. земноводных;
  3. большинства рыб и пресмыкающихся;
  4. большинства круглых червей и моллюсков;
  5. птиц и млекопитающих.

Примеры открытых тестов

  • 1.1. Перечислите формы бесполого размножения организмов.
  • 1.2. Перечислите способы бесполого размножения животных.
  • 1.3. Процесс образования половых клеток называется …
  • 2.1. Какие периоды выделяют в процессе образования сперматозоидов?
  • 2.2. Что происходит при гаметогенезе в период созревания?
  • 2.3. Перечислите основные структурные компоненты сперматозоида.
  • 3.1. Совокупность процессов развития организма с момента образования зиготы и до смерти называется …
  • 3.2. Перечислите стадии развития зародыша животных.
  • 4.1. Назовите типы постэмбрионального развития.

Ответы на закрытые тесты

1.1 — 4 2.1 — 2 2.2 — 4 2.3 — 2 2.4 — 1
3.1 — 5 3.2 — 1 3.3 — 5 3.4 — 3 4.1 — 5

Ответы на открытые тесты

  • 1.1:
    • прямое деление (амитоз);
    • непрямое деление (митоз);
    • шизогония;
    • почкование;
    • спорообразование;
    • вегетативное.
  • 1.2:
    • почкование;
    • фрагментация.
  • 1.3. Гаметогенез.
  • 2.1:
    • размножения;
    • роста;
    • созревания;
    • формирования.
  • 2.2. I и II мейотическое деление.
  • 2.3:
    • головка;
    • шейка;
    • хвост.
  • 3.1. Онтогенез.
  • 3.2:
    • бластула;
    • гаструла;
    • стадия 3 зародышевых листков;
    • гисто- и органогенез.
  • 4.1:
    • прямое;
    • непрямое с неполным превращением;
    • непрямое с полным превращением.