Статеве розмноження

Статеве розмноження передбачає утворення нових особин не з клітин тіла або частин батьківського організму, як при безстатевому, а з зиготи, що утворюється при злитті чоловічої та жіночої статевих клітин. Статеве розмноження в природі зустрічається у більшості видів і має переваги перед безстатевим, тому що в ході відбувається об'єднання спадкового матеріалу батьківських організмів і збільшення генетичного розмаїття.

Матеріал підготовлений спільно з учителем вищої категорії, кандидатом біологічних наук Цвєтковим Сергієм Анатолійовичем.

Гамети

Статеві клітини, або гамети відрізняються за будовою від інших клітин тіла.

Гамети мають зменшену вдвічі кількість спадкової інформації (число хромосом). Це досягається при мейозі - особливому вигляді поділу, характерному для гамет, що розвиваються.

Органи, у яких відбувається розвиток статевих клітин (гаметогенез), рослин називаються гаметангиями. Сама рослина, на якій розвиваються гамети, називають гаметофітом.

Жіночі гамети називаються яйцеклітинами, а чоловічі - сперміями або сперматозоїдами (за наявності джгутика).

Мал. 1. Статеві клітини.

У тварин чоловічої статі гамети розвиваються у статевих залозах, званих сім'яниками, а жіночої статі – яєчниками.

які читають разом з цією

Гамети у різних видів розрізняються за розмірами та здатністю рухатися. У ссавців і людей яйцеклітини великі та нерухомі, а сперматозоїди дрібні та рухливі.

Запліднення

Дозрілі гамети можуть з'єднуватися з гаметами іншої статі. Цей процес називається заплідненням і у різних тварин здійснюється у двох формах:

• зовнішнє запліднення, що відбувається поза тіла (земноводні, риби);
• внутрішнєколи гамети зустрічаються всередині тіла самки.

Запліднена яйцеклітина (зигота) має повний набір хромосом, де половина отримана від батьківської, а половина від материнської особини.

Роздільна порожнина та гермафродитизм

У деяких видів рослин і тварин і чоловічі та жіночі гамети розвиваються в тілі однієї особини. Такі види називають гермафродіту. При цьому самозапліднення відбувається лише у деяких видів паразитичних хробаків.

Прикладами гермафродитних видів є:

• риба-клоун;
• великий ставок;
• дощовий черв'як;
• бичачий ціп'як.

Якщо у виду є окремо чоловічі та жіночі організми, що і буває в більшості випадків, то кажуть, що ці тварини роздільностатеві.

Коли чоловічі та жіночі організми одного виду мають помітні відмінності у зовнішній будові чи забарвленні, кажуть, що для цього виду характерний статевий диморфізм.

Мал. 2. Статевий диморфізм.

Види статевого розмноження

Крім власне статевого розмноження зі злиттям статевих клітин зустрічаються інші види:

При партеногенезі (з грец. "Партенос" - діва) потомство розвивається з незапліднених яйцеклітин.

Зустрічається партеногенез у

• мурах;
• попелиць;
• бджіл;
• кавказької скельної ящірки та ін.

При партеногенезі немає обміну спадковим матеріалом, і все потомство схоже на материнський організм.

Кон'югація - це статеве розмноження без утворення статевих клітин. Характерно, наприклад, для водоростей. Клітини різних особин на якийсь час зростаються і обмінюються генетичним матеріалом.

У одноклітинних водоростей зустрічається злиття цілих батьківських клітин із наступним розподілом на 4 клітини.

Мал. 3.Статеве розмноження водоростей.

Інфузорії при кон'югації зближуються і з'єднуються цитоплазматичним містком, потім передають один одному по одному ядру. Цей статевий процес не супроводжується збільшенням чисельності особин.

У рослин статеве розмноження звичайно поєднується з вегетативним.

Вегетативне розмноження здійснюється швидше і важливе для розселення та захоплення території.

Що ми дізналися?

Статеве розмноження здійснюється декількома способами і має свої плюси та мінуси. Значення статевого розмноження організмів полягає у підвищенні їх можливостей до пристосування до умов середовища.

Статеве розмноження зробило еволюцію стійким процесом

Вважається, що головна перевага статевого розмноження полягає в тому, що потомство виходить більш різноманітним, це створює матеріал для природного відбору та сприяє прискоренню еволюції.

Про роль статевого розмноження в еволюції розповідає завідувач лабораторії молекулярної генетики Інституту проблем хімічної фізики РАН, доктор біологічних наук Віктор Щербаков.

– Як ви вважаєте, у чому сенс статевого розмноження і навіщо воно потрібне?

– Для організмів із складним геномом та складним розвитком існує велика проблема виникнення мутаційних перешкод. Точність реплікацій досягає межі.Точніше копіювати ДНК неможливо просто з енергетичних міркувань, організм не впорається енергетично з більш точним копіюванням. Звичайно, еволюція завжди йде наосліп, вона пробує різні варіанти, і один з її винаходів - це статеве розмноження.

Статеве розмноження виглядає цілком надмірним, адже воно все ускладнює. Коли особина розмножується розподілом або брунькуванням, вона виробляє собі подібну особину і їй передає всю свою спадковість, весь свій геном. Їй не потрібно шукати партнера для того, щоб зробити потомство. Більше того, коли в еволюції такого безстатевого організму випадково утворюється ген, він так і передасться цілком, незміненим всім нащадкам. Це переваги безстатевого розмноження. А при статевому розмноженні всяка особина передає своїм нащадкам лише половину своєї генетичної інформації. Тобто, вона не може відтворити свою точну копію. Найголовніше, що відбувається при статевому розмноженні – це відмова індивідів від точного відтворення себе.

– Можна сказати, що клонування – це якраз спроба створити точну копію індивіда.

- У цих дослідах хочуть повернути еволюцію назад. Адже еволюція йшла шляхом переходу від розподілу до статевого розмноження. Поділом розмножуються найпростіші організми і з еукаріотів тільки найнижчі, для вищих організмів, зокрема, для ссавців безстатеве розмноження неможливе. Статеве розмноження ускладнює процес відтворення виду. Досить сказати, що особливо при деградації виду зустріч статевих партнерів стає дуже скрутною і ризикованою. Проте вони розмножуються саме статевим шляхом. Отже, це життєво необхідне.Одна перевага статевого розмноження є очевидною. Власне, що відбувається при статевому розмноженні? Кожна клітина диплоїдного організму має і батьківський набір хромосом та материнський. Ось ці батьківські хромосоми зустрічаються між собою та починають обмінюватися між собою своїми фрагментами. І що дуже суттєво вони перемішуються випадково, тому кожен нащадок отримує унікальний набір генів. Кожен нащадок має свою генетичну комбінацію. Завжди береться 50% одного батька, 50% іншого батька, але ці 50% беруться випадковим чином. Тому кожен індивід, він справді індивідуальний і неповторний. Це відразу показує, що особини, які розмножуються статевим шляхом, дають велику різноманітність потомства.

– Тобто статеве розмноження призводить до зростання різноманітності популяції?

- Перетасовування генів, звичайно, важливе, але головне все-таки не в цьому. Ми вже говорили, що при великих геномах мутації виникають із небезпечною швидкістю. І якщо мутація виникла, позбутися її вже не можна. Імовірність зворотної мутації набагато порядків нижче, ніж поява нової мутації. Але ця сама рекомбінація, обмін фрагментами хромосом дає можливість відновлення після мутації. Зустрілися два мутанти, але мутації знаходяться в різних місцях хромосоми і тому теоретично можливий такий обмін, що замість двох мутантів ми отримуємо або особину з двома мутаціями або особину, позбавлену мутацій. Мутації у безстатевих організмів незворотні, а у статевих оборотні. Завжди можна зробити крок назад. І це збільшує стійкість, стабільність виду.

Ця оборотність є антиеволюційним процесом. Роблячи крок назад, ми повертаємось до колишнього стану.Безстатеві організми постійно накопичують мутації, і мутації можуть накопичуватися дуже інтенсивно, особливо коли йде спрямований відбір. Захоплена спрямованим відбором безстатева населення може набрати багато мутацій. Це може призвести до успіху, але у разі невдачі повернутися вони не можуть. Статеві організми мають як би нитку Аріадни. У них теж йдуть мутації, і вони також можуть накопичуватися, коли населення адаптується до певних умов. Але організми зберігають можливість повернутися назад, якщо ситуація змінилася. Можливість відновлення вихідного генотипу – це одна із серйозних переваг статевих організмів. Але на мій погляд, набагато більший внесок у стабільність видів робить інша можливість статевих організмів. Річ у тім, що з видів, розмножуються статевим шляхом, одиницею відбору стає населення.

– Чи можна сказати, що у безстатевих організмів популяцій як таких немає?

– Вони є, звісно. Організми живуть якимись групами, але це група особин, близьких генетично, і добір діє лише на рівні особини. І, власне, результатом цього відбору є клони. По суті, у безстатевих організмів біологічного виду немає. А у статевих особин індивід не залишає своєї точної копії, потомство виявляється генетично змішаним. Можна сміливо сказати, що з статевих особин кожен індивід вкладає свій генотип у загальний генофонд. Виявляється, що для розмноження статевих особин популяція необхідна, збереження популяції є умовою виживання індивіда. Індивід у принципі неспроможна вижити поза статевої популяції. Тому й створюється загальний генофонд.А коли створюється загальний генофонд, то таки виникають умови для того, щоб йшов відбір не індивідів, а популяцій. Це означає, що в особин, що розмножуються статевим шляхом, панує груповий добір.

Просто іншого не дано. Індивіди змішують свої гени, і виживання популяції стає необхідною умовою виживання індивіда, тому відбір має відбуватися лише на рівні групи. Але виникає запитання: як може відбір йти лише на рівні індивіда, якщо він залишає свою генокопію, якщо його геном розсипається у наступному поколінні. Я розумію, як важко взагалі говорити про груповий відбір. Справа в тому, що наявність групового відбору дуже важко довести. Якимось простим ясним способом довести, що тут відбирався гурт.

Противники групового відбору не могли пояснити виникнення альтруїзму в популяції. Тоді Гамільтон запропонував механізм спорідненого відбору, у якому людина чи тварина жертвує собою, але рятує своїх родичів, оскільки вони генетично близькі, то гине врятує і гени. Адже можна зовсім по-іншому поглянути на справу і побачити, що груповий завжди був єдиним суттєвим моментом в еволюції. Що таке багатоклітинний організм? Це – група клітин. І багатоклітинний організм ніяк не міг виникнути без того, щоб не йшов вибір групи. Тобто перехід від індивідуального добору до групового був необхідною умовою виникнення багатоклітинного організму. А де ж тоді конкуренція та боротьба за існування? Куди не подивишся неупереджено, ніякої конкуренції, виявляється, немає, а є кооперація. Клітина – це кооперація генів, багатоклітинний організм – це кооперація клітин. Статева населення - це кооперація індивідів.Адже завжди казали, що життя – боротьба, сутичка, зіткнення.

– То ви вважаєте, що боротьби за існування немає?

– Є, але функція боротьби є допоміжною, регуляторною. Візьмемо, наприклад, ієрархічно організовану зграю птахів: вони між собою періодично б'ються, з'ясовуючи свій ранг. Це – механізм налагодження ієрархів. Метою всіх цих зіткнень є правильна організація зграї. Тому що ця організація є вигідною для всіх. Або люта кривава сутичка за місце ватажка у вовчій зграї. Але це не ватажок бореться за те, щоб залишити якнайбільше своїх генів у потомстві, це не головне, я думаю: найголовнішим тут є інтереси зграї, якій потрібен найкращий ватажок, а бій - спосіб це з'ясувати. Статеве розмноження призвело до того, що одиницею відбору стає населення. Тобто система дуже складна, але саме вона виявляється стійкою. Це головне, на мою думку, що дає статеве розмноження - створення надіндивідуального вигляду.