Розмноження організмів: види розмноження

Здатність організмів відтворювати собі подібних одна із фундаментальних властивостей живого. Незважаючи на те, що життя в цілому безперервне, тривалість життя окремо взятої особини кінцева, тому передача спадкової інформації від одного покоління наступному при відтворенні забезпечує виживання даного виду організмів протягом тривалих періодів часу. Таким чином, розмноження забезпечує безперервність та наступність життя.

Обов'язковою умовою відтворення є отримання більшої кількості нащадків, ніж батьківських особин, оскільки далеко не всі нащадки зможуть дожити до тієї стадії розвитку, на якій самі зможуть давати потомство, оскільки вони можуть бути знищені хижаками, загинути від хвороб та стихійних лих, наприклад пожеж, повеней тощо.

Способи розмноження, подібність та відмінність статевого та безстатевого розмноження

У природі розрізняють два основні способи розмноження - безстатеве і статеве.

Безстатеве розмноження - це спосіб розмноження, при якому не відбувається ні утворення, ні злиття спеціалізованих статевих клітин - гамет, в ньому бере участь лише один батьківський організм. В основі безстатевого розмноження лежить мітотичний поділ клітини.

Залежно від того, скільки клітин материнського організму дає початок нової особини, безстатеве розмноження поділяють на власне безстатеве і вегетативне. При власне безстатевому розмноженні дочірня особина розвивається з єдиної клітини материнського організму, а при вегетативному - З групи клітин або цілого органу.

У природі зустрічається чотири основних види власне безстатевого розмноження: бінарний поділ, множинний поділ, спороутворення та просте брунькування.

Бінарний поділ по суті є простим мітотичним розподілом одноклітинного материнського організму, при якому спочатку ділиться ядро, а потім і цитоплазма. Воно характерне для різних представників рослинного та тваринного царства, наприклад амеби протей та інфузорії-туфельки.

Множинному поділу, або шизогонії, Передує неодноразове розподіл ядра, після чого цитоплазма ділиться на відповідне число фрагментів. Такий вид безстатевого розмноження зустрічається у одноклітинних тварин - суперечників, наприклад, у малярійного плазмодія.

У багатьох рослин та грибів у життєвому циклі відбувається освіта суперечка - одноклітинних спеціалізованих утворень, що містять запас поживних речовин та покритих щільною захисною оболонкою. Суперечки розносяться вітром і водою, і за наявності сприятливих умов проростають, даючи початок новому багатоклітинному організму.

Характерним прикладом брунькування як різновиду власне безстатевого розмноження є брунькування дріжджів, при якому на поверхні материнської клітини після поділу ядра з'являється невелике випинання, в яке переміщається одне з ядер, після чого нова маленька клітина відшнуровується. Таким чином, зберігається здатність материнської клітини до подальшого поділу, а чисельність особин швидко збільшується.

Вегетативне розмноження може здійснюватися у формі брунькування, фрагментації, поліембріонії та ін. бруньтуванні у гідри утворюється випинання стінки тіла, яке поступово збільшується в розмірах, на передньому кінці проривається ротовий отвір, оточений щупальцями.Завершується воно утворенням маленької гідри, яка відокремлюється від материнського організму. Британія характерна також для ряду коралових поліпів і кільчастих хробаків.

Фрагментація супроводжується поділом тіла на дві і більше частини, причому з кожної розвиваються повноцінні особини (медузи, актинії, плоскі та кільчасті черв'яки, голкошкірі).

При поліембріонії відбувається поділ зародка, сформованого зокрема й у результаті запліднення, кілька зародків. Таке явище регулярно відбувається у броненосців, але може відбуватися і у людини у разі однояйцевих близнюків.

Найбільш високо розвинена здатність до вегетативного розмноження у рослин, у яких початок новому організму можуть давати бульби, цибулини, кореневища, кореневі нащадки, вуса і навіть виводкові нирки.

Для безстатевого розмноження потрібна лише одна батьківська особина, що заощаджує час та енергію, необхідні на пошуки статевого партнера. Крім того, з кожного фрагмента материнського організму можуть виникнути нові особини, що також є економією речовини та енергії, що витрачаються на розмноження. Швидкість безстатевого розмноження досить велика, наприклад, бактерії здатні ділитися кожні 20-30 хвилин, надзвичайно швидко збільшуючи свою чисельність. У цьому способі розмноження утворюються генетично ідентичні нащадки — клони, що можна розглядати як перевагу за умови збереження сталості умов довкілля.

Однак у зв'язку з тим, що єдиним джерелом генетичної мінливості є випадкові мутації, практично повна відсутність мінливості серед нащадків знижує їх пристосованість до нових умов довкілля при розселенні і, як наслідок, вони гинуть у значно більших кількостях, ніж при статевому розмноженні.

Статеве розмноження - спосіб розмноження, при якому відбувається утворення та злиття статевих клітин, або гамет, в одну клітину - зиготу, з якої розвивається новий організм.

Якби при статевому розмноженні зливались соматичні клітини з диплоїдним набором хромосом (у людини 2n = 46), то вже в другому поколінні в клітинах нового організму містився б тетраплоїдний набір (у людини 4n = 92), у третьому — октаплоїдний і т.д.

Однак розміри еукаріотичної клітини не безмежні, вони повинні коливатися в межах 10-100 мкм, оскільки при менших розмірах клітини вона не міститиме повного набору необхідних для її життєдіяльності речовин і структур, а при великих розмірах порушуватиметься рівномірне забезпечення клітини киснем, вуглекислим газом, водою та іншими необхідними речовинами. Відповідно, і розміри ядра, в якому знаходяться хромосоми, не можуть перевищувати 1/5–1/10 об'єму клітини, а за порушення цих умов клітина вже не зможе існувати. Таким чином, для статевого розмноження необхідно попереднє зменшення кількості хромосом, яке відновлюватиметься при заплідненні, що забезпечується процесом мейотичного поділу клітини.

Зменшення числа хромосом має бути ще й суворо впорядкованим і рівноцінним, оскільки, якщо новий організм нічого очікувати мати повних пар хромосом за її загальному нормальному кількості, він або буде життєздатним, або це супроводжуватиметься розвитком важких захворювань.

Таким чином, мейоз забезпечує зменшення числа хромосом, яке відновлюється при заплідненні, підтримуючи загалом сталість каріотипу.

Особливими формами статевого розмноження є партеногенез і кон'югація. При партеногенезі, або незайманому розвитку, новий організм розвивається з незаплідненої яйцеклітини, як, наприклад, у дафній, медоносних бджіл та деяких скельних ящірок. Іноді цей процес стимулюється використанням сперматозоїдів організмів іншого виду.

У процесі кон'югації, яка характерна, наприклад, для інфузорій, особини обмінюються фрагментами спадкової інформації, а потім розмножуються безстатевим шляхом. Строго кажучи, кон'югація є статевим процесом, а чи не прикладом статевого розмноження.

Існування статевого розмноження вимагає вироблення щонайменше двох видів статевих клітин: чоловічих та жіночих. Тварини організми, у яких чоловічі та жіночі статеві клітини виробляються різними особинами, називаються роздільностатевими, тоді як здатні виробляти обидва види гамет гермафродитами. Гермафродитизм характерний для багатьох плоских та кільчастих черв'яків, черевоногих молюсків.

Рослини, у яких чоловічі та жіночі квітки або інші різноіменні статеві органи розташовуються на різних особинах, називаються дводомними, а що мають одночасно обидва види квіток - однодомними.

Статеве розмноження забезпечує виникнення генетичного розмаїття нащадків, основу якого становлять мейоз та рекомбінація батьківських генів при заплідненні. Найбільш вдалі комбінації генів забезпечують краще пристосування нащадків до довкілля, їх виживання і більшу ймовірність передачі своєї спадкової інформації наступним поколінням. Цей процес призводить до зміни ознак та властивостей організмів і, зрештою, до утворення нових видів у процесі еволюційного природного відбору.

Водночас речовина та енергія при статевому розмноженні використовуються неефективно, оскільки організми змушені часто продукувати мільйони гамет, проте лише окремі використовуються при заплідненні. Крім того, доводиться витрачати енергію та на забезпечення інших умов. Наприклад, рослини утворюють квіти та виробляють нектар, щоб залучити тварин, які переносять пилок на жіночі частини інших квітів, і тварини витрачають багато часу та енергії на пошук партнера та залицяння. Потім доводиться витрачати багато енергії на турботу про потомство, оскільки при статевому розмноженні нащадки спочатку часто бувають такими дрібними, що багато з них гинуть від хижаків, голоду або просто через несприятливі умови. Отже, при безстатевому розмноженні витрати енергії набагато менші. Проте статеве розмноження має щонайменше одну неоціненну гідність генетичну мінливість потомства.

Безстатеве та статеве розмноження широко використовуються людиною в сільському господарстві, декоративному тваринництві, рослинництві та інших галузях для виведення нових сортів рослин та порід тварин, збереження господарсько цінних ознак, а також швидкого збільшення числа особин.

При безстатевому розмноженні рослин, поряд із традиційними способами — живцюванням, щепленням та розмноженням відведеннями, поступово займають провідне становище сучасні методи, пов'язані з використанням культури тканин. При цьому нові рослини отримують з невеликих фрагментів материнської рослини (клітин або шматочків тканини), вирощених на живильному середовищі, що містить усі необхідні рослині поживні речовини та гормони. Ці методи дозволяють не тільки швидко розмножити сорти рослин з цінними ознаками, наприклад, картоплю, стійку до вірусу скручування листя, але й отримати незаражені вірусами та іншими збудниками хвороб рослин організми. Культура тканин лежить і в основі отримання так званих трансгенних або генетично модифікованих організмів, а також гібридизації соматичних клітин рослин, які неможливо схрестити іншим шляхом.

Схрещування рослин різних сортів дає змогу отримати організми з новими комбінаціями господарсько цінних ознак. Для цього використовують запилення пилком рослин того ж чи іншого виду і навіть роду. Це явище називається віддаленою гібридизацією.

Оскільки у вищих тварин здатність до природного безстатевого розмноження відсутня, основним способом їхнього розмноження є статеве. Для цього застосовують схрещування особин як одного виду (породи), так і міжвидову гібридизацію, при цьому виходять такі добре відомі гібриди, як мул і коней, залежно від того, особи якого виду були взяті в якості материнських - осла і коня. Проте міжвидові гібриди найчастіше стерильні, тобто нездатні давати потомство, тому щоразу їх слід виводити наново.

Для розмноження сільськогосподарських тварин використовують і штучний партеногенез.Визначний російський генетик Б. Л. Астауров, підвищуючи температуру, викликав більший вихід самок шовковичного шовкопряда, які плетуть кокони з більш тонкої і цінної нитки, ніж самці.

Безстатевим розмноженням можна вважати і клонування, оскільки при цьому використовується ядро ​​соматичної клітини, яка вводиться в запліднену яйцеклітину з убитим ядром. Розвивається організм має бути копією, або клоном вже існуючого організму.

Запліднення у квіткових рослин та хребетних тварин

Запліднення - Це процес злиття чоловічих і жіночих статевих клітин з утворенням зиготи.

У процесі запліднення спочатку відбувається впізнавання та фізичний контакт чоловічих та жіночих гамет, потім злиття їх цитоплазми, і лише на останньому етапі об'єднання спадкового матеріалу. Запліднення дозволяє відновити диплоїдний набір хромосом, редукований у процесі формування статевих клітин.

Найчастіше в природі зустрічається запліднення чоловічими статевими клітинами іншого організму, проте в ряді випадків можливе також і проникнення власних сперматозоїдів. самозапліднення. З еволюційної точки зору самозапліднення є менш вигідним, тому що при цьому ймовірність виникнення нових комбінацій генів мінімальна. Тому навіть у більшості гермафродитних організмів відбувається перехресне запліднення. Цей процес притаманний як рослинам, і тваринам, проте у його перебігу у вищезгаданих організмів є низку відмінностей.

Так, у квіткових рослин запліднення передує запилення - Перенесення пилку, що містить чоловічі статеві клітини - спермії - на рильці маточка. Там вона проростає, утворюючи пилкову трубку з двома сперміями, що пересуваються по ній.Досягнувши зародкового мішка, один спермій зливається з яйцеклітиною з утворенням зиготи, а інший - з центральною клітиною (2n), даючи початок згодом запасної тканини вторинного ендосперму. Такий спосіб запліднення отримав назву подвійного запліднення.

У тварин, зокрема хребетних, запліднення передує зближення гамет, або запліднення. Успіху запліднення сприяє синхронізація виведення чоловічих та жіночих статевих клітин, а також виділення яйцеклітинами специфічних хімічних речовин з метою полегшення орієнтації сперматозоїдів у просторі.

При розведенні культурних рослин та свійських тварин зусилля людини переважно спрямовані збереження і множення господарсько цінних ознак, тоді як стійкість цих організмів до умов довкілля і життєздатність загалом знижуються. Крім того, соя та багато інших культурних рослин є самозапильними, тому для отримання нових сортів необхідне втручання людини. Можуть виникати також і труднощі в процесі запліднення, оскільки деякі рослини і тварини можуть мати гени стерильності.

У рослин для цілей селекції проводиться штучне запилення, Для якого з квіток видаляють тичинки, а потім наносять на приймочки маточок пилок з інших квіток і накривають запилені квітки ковпачками-ізоляторами, щоб уникнути запилення пилком інших рослин. У деяких випадках штучне запилення роблять для підвищення врожайності, оскільки із зав'язей незапилених квіток насіння та плоди не розвиваються. Такий прийом практикували раніше у посівах соняшнику.

При віддаленій гібридизації, особливо якщо рослини розрізняються за кількістю хромосом, природне запліднення стає або зовсім неможливим, або вже при першому поділі клітини відбувається порушення розходження хромосом і організм гине. У такому разі запліднення виробляють у штучних умовах, а на початку розподілу клітину обробляють колхіцином - речовиною, що руйнує веретено поділу, при цьому хромосоми розсипаються по клітині, а потім формується нове ядро ​​вже з подвоєним числом хромосом, і при подальших поділах таких проблем не виникає. Таким чином було створено рідково-капустяний гібрид Г. Д. Карпеченка та тритикале — високоврожайний гібрид пшениці та жита.

Основні види сільськогосподарських тварин мають ще більше перешкод для запліднення, ніж рослини, що змушує людину до застосування рішучих заходів. Штучне запліднення застосовується в основному при розведенні худоби цінних порід, коли необхідно отримати якнайбільше потомства від одного виробника. У цих випадках насіннєву рідину збирають, змішують з водою, поміщають у ампули, а потім, при необхідності, вводять у статеві шляхи самок. У рибницьких господарствах при штучному заплідненні риб отриману з молок сперму самців змішують з ікрою в спеціальних ємностях. Молодь, вирощена в спеціальних садках, потім випускається в природні водоймища і відновлює популяцію, наприклад, осетрових у Каспійському морі та Дону.

Таким чином, штучне запліднення служить людині для отримання нових, високопродуктивних сортів рослин та порід тварин, а також для підвищення їхньої продуктивності та відновлення природних популяцій.

Зовнішнє та внутрішнє запліднення

У тварин розрізняють зовнішнє та внутрішнє запліднення.При зовнішньому заплідненні жіночі та чоловічі статеві клітини виводяться назовні, де і відбувається процес їх злиття, як, наприклад, у кільчастих черв'яків, двостулкових молюсків, безчерепних, більшості риб та багатьох земноводних. Незважаючи на те, що воно не вимагає зближення особин, що розмножуються, у рухливих тварин можливе не тільки їх зближення, але і скупчення, як при нересті риб.

Внутрішнє запліднення пов'язано із введенням чоловічих статевих продуктів у статеві шляхи самки, і назовні виводиться вже запліднена яйцеклітина. Вона часто має щільні оболонки, що перешкоджають її ушкодженню та проникненню наступних сперматозоїдів. Внутрішнє запліднення характерне для переважної більшості наземних тварин, наприклад, для плоских і круглих черв'яків, багатьох членистоногих і черевоногих молюсків, плазунів, птахів та ссавців, а також для низки земноводних. Воно зустрічається і в деяких водних тварин, у тому числі у головоногих молюсків та хрящових риб.

Існує і проміжний тип запліднення. зовнішньо-внутрішній, при якому самка захоплює статеві продукти, спеціально залишені самцем на якомусь субстраті, як це відбувається у деяких членистоногих та хвостатих земноводних. Зовнішньо-внутрішнє запліднення може розглядатися як перехідне від зовнішнього до внутрішнього.

Як зовнішнє, так і внутрішнє запліднення мають свої переваги та недоліки. Так, при зовнішньому заплідненні статеві клітини виділяються у воду чи повітря, внаслідок чого переважна більшість їх гине. Однак цей різновид запліднення забезпечує існування статевого розмноження у таких прикріплених і малорухливих тварин, як двостулкові молюски та безчерепні.При внутрішньому заплідненні втрати гамет, безумовно, набагато менше, проте при цьому речовина і енергія витрачаються на пошук партнера, а нащадки, що з'явилися на світ, часто занадто малі і слабкі і вимагають тривалої опіки батьків.

Типи розмноження

При розмноженні забезпечується наступність і безперервність життя. Спадкоємність у тому, що у процесі відтворення генетична інформація передається дочірньому поколінню. Завдяки зміні поколінь певні види та їх популяції можуть існувати необмежено довго, оскільки зниження їх чисельності внаслідок природної загибелі особин компенсується за рахунок постійного відтворення організмів та заміщення померлих. (безперервність життя).

Відтворення - Це здатність організмів утворювати собі подібних. Відтворення одна із найважливіших властивостей життя і можливо завдяки загальної здатності організмів виробляти потомство.

Однак не завжди безпосередні нащадки подібні до батьківських особин. Наприклад, зі спор папороті виростає численне потомство, представлене заростками, не схожими на материнську спороносну рослину.