Размножение организмов

В чем заключается сущность процесса размножения организмов?

Размножение – основное свойство живых организмов. Способность производить новое поколение особей того же вида является основным свойством живых организмов. В процессе размножения происходит передача генетического материала от родительского поколения следующему, дочернему поколению, что обеспечивает воспроизведение признаков не только организмов данного вида, но и конкретных родительских особей. Следовательно, размножение – необходимое условие непрерывности существования вида и преемственности последовательных поколений внутри вида. При определенных условиях размножение может существенно увеличить общую численность вида.

Таким образом, размножение – это присущее всем организмам свойство воспроизводить себе подобных, что обеспечивает непрерывность и преемственность жизни. Различают две формы размножения – бесполое и половое.

Бесполое размножение. О формах бесполого размножения вы узнали при изучении разделов «Растения» и «Животные». Напомним, что в бесполом размножении участвует обычно одна особь. При бесполом размножении, как правило, образуются генетически идентичные потомки, а единственным источником генетической изменчивости служат случайные изменения (мутации).

Высшие животные не способны к бесполому размножению. Эта форма размножения широко распространена у растений, грибов, бактерий и некоторых примитивных животных.

Способы бесполого размножения. Существует несколько способов бесполого размножения: деление клеток, спорообразование, почкование, размножение фрагментами тела (фрагментация), вегетативное размножение (рис. 23).

Рис. 23. Способы бесполого размножения

Деление клеток. Основной механизм клеточного деления – митоз. Такой способ бесполого размножения характерен для одноклеточных животных, некоторых одноклеточных водорослей. При атом каждая особь делится на две и большее количество дочерних клеток, идентичных родительской клетке. В большинстве случаев происходит деление, при котором образуются две идентичные дочерние клетки. При благоприятных условиях это приводит к быстрому росту численности особей.

У некоторых организмов, например малярийного плазмодия, являющегося паразитом и возбудителем малярии, происходит множественное деление, при котором вслед за повторными делениями клеточного ядра идет деление самой клетки на множество дочерних клеток. Такое деление называется шизогонией.

Размножение спорообразованием. Такой способ бесполого размножения характерен для водорослей, мхов, папоротникообразных растений, грибов. Споры – специальные клетки, покрытые оболочкой, которая надежно защищает их от неблагоприятных воздействий внешней среды. Обычно споры имеют микроскопические размеры и состоят из небольшого количества цитоплазмы и ядра (см. рис. 23).

Чаще всего споры образуются в больших количествах. Они имеют очень незначительный вес. Это облегчает их распространение ветром, а также животными, главным образом насекомыми. Из-за того, что споры имеют ничтожно малые размеры, запас питательных веществ в них минимальный. Вследствие того, что споры часто попадают в неподходящие для прорастания условия, их потери очень велики.

Следует отметить, что споры бактерий служат не для размножения, а являются формой перенесения ими неблагоприятных условий внешней среды. Одна бактерия превращается в одну спору, а не образует множество спор, как споровые растения или грибы.

Почкование. Это способ бесполого размножения, при котором новая особь образуется в виде одноклеточного или многоклеточного выроста (почки) на теле родительского организма. Затем новая особь отделяется от родительской особи и превращается в самостоятельный организм, совершенно идентичный родительской особи. Почкование встречается в разных группах организмов, например у кишечнополостных (гидры), у дрожжей (см. рис. 23).

Размножение фрагментами. Фрагментация заключается в разделении особи на две или несколько многоклеточных частей, каждая из которых растет и образует новую особь. Фрагментация характерна для нитчатых водорослей, например спирогиры. Размножение фрагментами встречается у некоторых примитивных червей, главным образом морских.

Вегетативное размножение. При данной форме бесполого размножения от растения отделяется часть и развивается в самостоятельное растение. По существу вегетативное размножение сходно с почкованием. У многих растений имеются видоизмененные побеги: луковицы, клубни, корневища, являющиеся специализированными органами вегетативного размножения. Например, корневищами могут размножаться папоротникообразные и покрытосеменные растения. Луковицами размножаются растения, принадлежащие к семействам лилейных, луковых, амариллисовых. Клубнями размножаются такие растения, как орхидеи, топинамбур, картофель.

На способности растений к вегетативному размножению основано искусственное размножение делением корневищ, луковицами, отводками, черенками, а также путем прививки растений.

Прививку осуществляют пересадкой отрезка побега (черенка) или почки (глазка) одного растения на другое, укорененное растение. Таким образом, прививка – это пример вегетативного размножения, в котором участвуют две особи. Прививку применяют не только в целях вегетативного размножения, но и для закрепления сортовых особенностей культурных растений, ускорения плодоношения, создания декоративных форм. Прививки делают у яблони, груши, пасленовых и тыквенных растений.

Половое размножение. Половое размножение связано с образованием и слиянием половых клеток – гамет. При оплодотворении гаметы сливаются, образуя зиготу, из которой развивается зрелый организм. Гаметы содержат одинарный (гаплоидный) набор хромосом (n), полученный ими в результате мейоза. В зиготе благодаря оплодотворению восстанавливается диплоидный набор хромосом (2n) с новой комбинацией наследственных признаков.

Гаметы обычно бывают двух типов – мужские и женские, но некоторые примитивные организмы (например, многие одноклеточные водоросли) производят гаметы одного типа. Гаметы двух типов могут производить соответственно мужские и женские родительские особи. Но может быть и так, что у одной и той же особи имеются и женские, и мужские половые органы.

Виды, у которых существуют отдельно мужские и женские особи, называют раздельнополыми, таковы большинство животных. Среди покрытосеменных растений тоже встречаются раздельнополые виды. Например, у однодомных видов растений мужские и женские цветки образуются на одном и том же растении (огурец, кукуруза), а у двудомных – одни растения несут только женские цветки, а другие – только мужские (остролист, облепиха).

Особые случаи полового размножения – партеногенез и гермафродитизм.

Партеногенез (от греч. parthenos – девственница, genesis – происхождение) – девственное размножение. Это довольно редкая разновидность полового размножения, при котором развитие организма происходит из женских половых клеток (яйцеклеток) без оплодотворения. При партеногенезе образуются особи только одного типа – мужского или женского. В результате партеногенетического развития соматические клетки (клетки тела) потомства могут иметь либо гаплоидный набор хромосом (пчелы, осы), либо диплоидный (тли, ракообразные). Такой способ размножения характерен для пчел, тлей, дафний, некоторых видов жуков, бабочек, ящериц и др.

Партеногенез повышает скорость размножения и дает возможность быстро увеличивать численность популяции. Например, у медоносной пчелы самец осеменяет самку (матку) лишь один раз в течение всей ее жизни. Полученная сперма сохраняется у матки в небольшом мешочке, соединенном с половыми путями. При откладке яиц самка может либо открыть этот клапан, позволяя сперматозоидам выходить и оплодотворять яйца, либо оставить клапан закрытым, так что яйца развиваются партеногенетически. Из оплодотворенных яиц развиваются самки-матки и рабочие пчелы, а из неоплодотворенных – самцы (трутни).

Гермафродитизм (в древнегреч. мифологии – Hermaphroditos – сын Гермеса и Афродиты) характеризуется признаками мужского и женского пола у одного и того же организма.

Гермафродитизм распространен в основном среди беспозвоночных животных: кишечнополостных, плоских червей, некоторых кольчатых червей и моллюсков. Среди позвоночных гермафродитизм встречается у некоторых видов рыб. У этих животных в организме образуются и женские, и мужские гаметы.

Гермафродитизм рассматривают как примитивную разновидность полового размножения. Одно из преимуществ гермафродитизма состоит в том, что он делает возможным самооплодотворение. Последнее важно для некоторых паразитов, одиночно обитающих внутри организма хозяина, таких, как свиной и бычий цепни. Однако у большинства гермафродитов в оплодотворении участвуют гаметы, образованные разными особями (как у дождевого червя). У таких видов имеются различные приспособления, препятствующие самооплодотворению (которое в большинстве случаев может привести к развитию наследственных аномалий, вырождению). Например, у многих животных-гермафродитов яйцеклетки и сперматозоиды созревают у одной и той же особи в разное время.

Половое размножение, характерное для большинства видов растений и животных, в эволюции возникло позднее бесполого. Преимущество полового размножения заключается в том, что оно обеспечивает генетическое разнообразие потомков, возникающее при слиянии гамет разных особей.

Однако половое размножение требует от организма больших затрат энергии. Это связано и с образованием гамет, и с необходимостью поиска полового партнера. Сохранение в процессе эволюции бесполого размножения у многих организмов связано, вероятно, со страховочной функцией, так как в природе существуют преграды для контакта гамет.

Вопросы и задания

1. Что такое размножение? В чем заключается биологическое значение размножения?
2. Каковы формы размножения организмов?
3. Каковы особенности бесполого размножения? Перечислите способы бесполого размножения.
4. Чем характеризуется половое размножение?
5. Сравните особенности полового и бесполого размножения.
6. В чем заключаются преимущества полового размножения по сравнению с бесполым?