При половом размножении потомство получается в результате слияния генетического материала гаплоидных ядер. Обычно эти ядра содержатся в специализированных половых клетках - гаметах; при оплодотворении гаметы сливаются, образуя диплоидную зиготу, из которой в процессе развития получается зрелый организм. Гаметы гаплоидны - они содержат один набор хромосом, полученный в результате мейоза; они служат связующим звеном между данным поколением и следующим (при половом размножении цветковых растений сливаются не клетки, а ядра, но обычно эти ядра тоже называются гаметами).
Мейоз - важный этап жизненных циклов, включающих половое размножение, так как он ведет к уменьшению количества генетического материала вдвое. Благодаря этому в ряду поколений, размножающихся половым путем, это количество остается постоянным, хотя при оплодотворении оно каждый раз удваивается. Во время мейоза в результате случайного расхождения хромосом (независимое распределение) и обмена генетическим материалом между гомологичными хромосомами (кроссинговер) возникают новые комбинации генов, попавших в одну гамету, и такая перетасовка повышает генетическое разнообразие. Слияние содержащихся в гаметах гаплоидных ядер называют оплодотворением или сингамией; оно приводит к образованию диплоидной зиготы, т. е. клетки, содержащей по одному хромосомному набору от каждого из родителей. Это объединение в зиготе двух наборов хромосом (генетическая рекомбинация) представляет собой генетическую основу внутривидовой изменчивости. Зигота растет и развивается в зрелый организм следующего поколения. Таким образом, при половом размножении в жизненном цикле происходит чередование диплоидной и гаплоидной фаз, причем у разных организмов эти фазы принимают различные формы.
Гаметы обычно бывают двух типов - мужские и женские, но некоторые примитивные организмы производят гаметы только одного типа. У организмов, образующих гаметы двух типов, их могут производить соответственно мужские и женские родительские особи, а может быть и так, что у одной и той же особи имеются и мужские, и женские половые органы. Виды, у которых существуют отдельные мужские и женские особи, называются раздельнополыми; таковы большинство животных и человек. Среди цветковых растений тоже есть раздельнополые виды; если у однодомных видов мужские и женские цветки образуются на одном и том же растении, как, например, у огурца и лещины, то у двудомных одни растения несут только мужские, а другие - только женские цветки, как у остролиста или у тиса.
Партеногенез
Партеногенез - одна из модификаций полового размножения, при которой женская гамета развивается в новую особь без оплодотворения мужской гаметой. Партеногенетическое размножение встречается как в царстве животных, так и в царстве растений, и преимущество его состоит в том, что в некоторых случаях оно повышает скорость размножения.
Различают партеногенез естественный - нормальный способ размножения некоторых организмов в природе и искусственный, вызываемый экспериментально действием разных раздражителей на неоплодотворённую яйцеклетку, в норме нуждающуюся в оплодотворении. Классификация партеногенеза:
Облигатный -- когда он является единственным способом размножения
Циклический -- партеногенез закономерно чередуется с другими способами размножения в жизненном цикле (например, у дафний и коловраток).
Факультативный -- встречающийся в виде исключения или запасного способа размножения у форм, в норме двуполых.
Существует два вида партеногенеза - гаплоидный и диплоидный, в зависимости от числа хромосом в женской гамете. У многих насекомых, в том числе у муравьев, пчел и ос, в результате гаплоидного партеногенеза в пределах данного сообщества возникают различные касты организмов. У этих видов происходит мейоз и образуются гаплоидные гаметы. Некоторые яйцеклетки оплодотворяются, и из них развиваются диплоидные самки, тогда как из неоплодотворенных яйцеклеток развиваются фертильные гаплоидные самцы. Например, у медоносной пчелы матка откладывает оплодотворенные яйца (2n = 32), которые, развиваясь, дают самок (маток или рабочих особей), и неоплодотворенные яйца (n = 16), которые дают самцов (трутней), производящих спермии путем митоза, а не мейоза. Такой механизм размножения у общественных насекомых имеет адаптивное значение, так как позволяет регулировать численность потомков каждого типа. У тлей происходит диплоидный партеногенез, при котором ооциты самки претерпевают особую форму мейоза без расхождения хромосом - все хромосомы переходят в яйцеклетку, а полярные тельца не получают ни одной хромосомы. Яйцеклетки развиваются в материнском организме, так что молодые самки рождаются вполне сформировавшимися, а не вылупляются из яиц. Такой процесс называется живорождением. Он может продолжаться в течение нескольких поколений, особенно летом, до тех пор пока в одной из клеток не произойдет почти полное не расхождение, в результате чего получается клетка, содержащая все пары аутосом и одну Х-хромосому. Из этой клетки партеногенетически развивается самец. Эти осенние самцы и партеногенетические самки производят в результате мейоза гаплоидные гаметы, участвующие в половом размножении. Оплодотворенные самки откладывают диплоидные яйца, которые перезимовывают, а весной из них вылупляются самки, размножающиеся партеногенетически и рождающие живых потомков. Несколько партеногенетических поколений сменяются поколением, возникающим в результате нормального полового размножения, что вносит в популяцию генетическое разнообразие в результате рекомбинации. Главное преимущество, которое дает тлям партеногенез, - это быстрый рост численности популяции, так как при этом все ее половозрелые члены способны к откладке яиц. Это особенно важно в периоды, когда условия среды благоприятны для существования большой популяции, т.е. в летние месяцы.
Партеногенез широко распространен у растений, где он принимает различные формы. Одна из них - апомиксис - представляет собой партеногенез, имитирующий половое размножение. Апомиксис наблюдается у некоторых цветковых растений, у которых диплоидная клетка семязачатка, либо клетка нуцеллуса, либо мегаспора развивается в функциональный зародыш без участия мужской гаметы. Из остального семязачатка образуется семя, а из завязи развивается плод. В других случаях требуется присутствие пыльцевого зерна, которое стимулирует партеногенез, хотя и не прорастает; пыльцевое зерно индуцирует гормональные изменения, необходимые для развития зародыша, и на практике такие случаи трудно отличить от настоящего полового размножения.
Своеобразно происходит оплодотворение у цветковых растений. После оплодотворения у них из семязачатка образуется семя, содержащее зародыш и запас питательных веществ. Как же образуется в семени запас питательных веществ?
У цветковых растений происходит двойное оплодотворение. При опылении пыльцевое зерно попадает на рыльце пестика и прорастает, образуя пыльцевую трубку. Она формируется из вегетативной клетки и быстро растет, достигая завязи. В конце пыльцевой трубки находятся два спермия.
В отличие от подвижных сперматозоидов низших растений спермии у цветковых растений неподвижны и могут проникнуть к яйцеклетке только за счет пыльцевой трубки.
Пыльцевая трубка прорастает в семязачаток, кончик ее разрывается, и спермии попадают в зародышевой мешок. Один из них сливается с яйцеклеткой. Образуется диплоидная клетка - зигота. Второй спермии сливается с диплоидным вторичным ядром зародышевого мешка. В результате образуется клетка с тройным набором хромосом, из которой путем многократных митозов формируется эндосперм - ткань, содержащая запас питательных веществ.
Гермафродитизм
Конъюгация
Конъюгация (лат. «conjugatio» -- соединение) - форма полового процесса без участия гамет. Характерна для кишечной палочки (отдел Бактерии), инфузории-туфельки (тип Простейшие), у которых сближаются две одноклеточные особи и через цитоплазматический мостик обмениваются генетическим материалом.
Рис.4
В результате конъюгации у бактерий не происходит увеличение числа особей. У зеленой водоросли спирогиры конъюгация происходит по-другому: две многоклеточные нити встают параллельно друг другу, образуют встречные цитоплазматические мостики, по которым протопласт физиологически мужской особи перетекает в женскую нить. В результате образуется множество зигот.
Копуляция
У некоторых одноклеточных организмов наблюдается разновидность полового процесса, которую называют копуляцией. Копуляция (от лат. «copulatio» -- соединение) - процесс слияния двух половых клеток.
При копуляции (у простейших) происходят образование половых элементов и их попарное слияние. При этом две особи приобретают половые различия и полностью сливаются, образуя зиготу. Происходят объединение и рекомбинация наследственного материала, поэтому особи генетически отличны от родительских.
Размножение — свойство живых организмов воспроизводить себе подобных. Существуют два основных способа размножения — бесполое и половое.
Бесполое размножение осуществляется при участии лишь одной родительской особи и происходит без образования гамет. Дочернее поколение у одних видов возникает из одной или группы клеток материнского организма, у других видов — в специализированных органах. Различают следующие способы бесполого размножения : деление, почкование, фрагментация, полиэмбриония, споро-образование, вегетативное размножение.
Деление — способ бесполого размножения, характерный для одноклеточных организмов, при котором материнская особь делится на две или большее количество дочерних клеток. Можно выделить: а) простое бинарное деление (прокариоты), б) митотическое бинарное деление (простейшие, одноклеточные водоросли), в) множественное деление, или шизогонию (малярийный плазмодий, трипаносомы). Во время деления парамеции (1) микронуклеус делится митозом, макронуклеус — амитозом. Во время шизогонии (2) сперва многократно митозом делится ядро, затем каждое из дочерних ядер окружается цитоплазмой, и формируются несколько самостоятельных организмов.
Почкование — способ бесполого размножения, при котором новые особи образуются в виде выростов на теле родительской особи (3). Дочерние особи могут отделяться от материнской и переходить к самостоятельному образу жизни (гидра, дрожжи), могут остаться прикрепленными к ней, образуя в этом случае колонии (коралловые полипы).
Фрагментация (4) — способ бесполого размножения, при котором новые особи образуются из фрагментов (частей), на которые распадается материнская особь (кольчатые черви, морские звезды, спирогира, элодея). В основе фрагментации лежит способность организмов к регенерации.
Полиэмбриония — способ бесполого размножения, при котором новые особи образуются из фрагментов (частей), на которые распадается эмбрион (монозиготные близнецы).
Вегетативное размножение — способ бесполого размножения, при котором новые особи образуются или из частей вегетативного тела материнской особи, или из особых структур (корневище, клубень и др.), специально предназначенных для этой формы размножения. Вегетативное размножение характерно для многих групп растений, используется в садоводстве, огородничестве, селекции растений (искусственное вегетативное размножение).
| Вегетативный орган | Способ вегетативного размножения | Примеры |
|---|---|---|
| Корень | Корневые черенки | Шиповник, малина, осина, ива, одуванчик |
| Корневые отпрыски | Вишня, слива, осот, бодяк, сирень | |
| Надземные части побегов | Деление кустов | Флокс, маргаритка, примула, ревень |
| Стеблевые черенки | Виноград, смородина, крыжовник | |
| Отводки | Крыжовник, виноград, черемуха | |
| Подземные части побегов | Корневище | Спаржа, бамбук, ирис, ландыш |
| Клубень | Картофель, седмичник, топинамбур | |
| Луковица | Лук, чеснок, тюльпан, гиацинт | |
| Клубнелуковица | Гладиолус, крокус | |
| Лист | Листовые черенки | Бегония, глоксиния, колеус |
Спорообразование (6) — размножение посредством спор. Споры — специализированные клетки, у большинства видов образуются в особых органах — спорангиях. У высших растений образованию спор предшествует мейоз.
Клонирование — комплекс методов, используемых человеком для получения генетически идентичных копий клеток или особей. Клон — совокупность клеток или особей, произошедших от общего предка путем бесполого размножения. В основе получения клона лежит митоз (у бактерий — простое деление).
Половое размножение осуществляется при участии двух родительских особей (мужской и женской), у которых в особых органах образуются специализированные клетки — гаметы . Процесс формирования гамет называется гаметогенезом, основным этапом гаметогенеза является мейоз. Дочернее поколение развивается из зиготы — клетки, образовавшейся в результате слияния мужской и женской гамет. Процесс слияния мужской и женской гамет называется оплодотворением . Обязательным следствием полового размножения является перекомбинация генетического материала у дочернего поколения.
В зависимости от особенностей строения гамет, можно выделить следующие формы полового размножения : изогамию, гетерогамию и овогамию.
Изогамия (1) — форма полового размножения, при которой гаметы (условно женские и условно мужские) являются подвижными и имеют одинаковые морфологию и размеры.
Гетерогамия (2) — форма полового размножения, при которой женские и мужские гаметы являются подвижными, но женские — крупнее мужских и менее подвижны.
Овогамия (3) — форма полового размножения, при которой женские гаметы неподвижные и более крупные, чем мужские гаметы. В этом случае женские гаметы называются яйцеклетками , мужские гаметы, если имеют жгутики, — сперматозоидами , если не имеют, — спермиями .
Овогамия характерна для большинства видов животных и растений. Изогамия и гетерогамия встречаются у некоторых примитивных организмов (водоросли). Кроме вышеперечисленных, у некоторых водорослей и грибов имеются формы размножения, при которых половые клетки не образуются: хологамия и конъюгация. При хологамии происходит слияние друг с другом одноклеточных гаплоидных организмов, которые в данном случае выступают в роли гамет. Образовавшаяся диплоидная зигота затем делится мейозом с образованием четырех гаплоидных организмов. При конъюгации (4) происходит слияние содержимого отдельных гаплоидных клеток нитевидных талломов. По специально образующимся каналам содержимое одной клетки перетекает в другую, образуется диплоидная зигота, которая обычно после периода покоя также делится мейозом.
Перейти к лекции №13 «Способы деления эукариотических клеток: митоз, мейоз, амитоз»
Перейти к лекции №15 «Половое размножение у покрытосеменных растений»
Размножение – это способность производить себе подобных особей. Известны две формы размножения: бесполое и половое . При бесполом размножении организм возникает из соматических клеток, а источником изменчивости могут быть случайные их мутации. При половом размножении необходимо наличие двух особей. При этом новый организм возникает при слиянии половых клеток многоклеточных организмов или слиянии особей, выполняющих функции половых клеток (у простейших).
2. Бесполое размножение. В бесполом размножении принимает участие одна родительская особь. В результате образуется много особей, подобных материнской особи.
Основные формы бесполого размножения . РИС!
1) Деление на два (бинарное деление). Его результатомявляется образование двух идентичных особей. Распространено у простейших (амёба, эвглена).
2) РИС! При множественном делении (шизогонии ) ядро исходной клетки несколько раз делится митозом, а затем делится цитоплазма. В результате образуется множество дочерних особей, идентичных материнской особи.
3) РИС! При почковании новая особь образуется в виде выроста (почки) на родительской особи, а затем отделяется от нее, превращаясь в самостоятельный организм, идентичный родительскому организму. Почкование характерно для дрожжей и кишечнополостных (гидры).
4) РИС! Размножение фрагментами (фрагментация ) происходит при разделении особи на две или большее число частей, каждая из которых растет и образует новую особь. С фрагментацией связана регенерация – способность восстанавливать целостный организм. Фрагментация описана для плоских червей, немертин и морских звёзд.
5) РИС! Спорообразование характерно для водорослей, грибов, папоротников и мхов. Спора – одна из стадий жизненного цикла организмов, служащая для бесполого размножения. Спора состоит из клетки с ядром и цитоплазмой, покрытой прочной оболочкой. Споры способны разноситься на далекие расстояния, после этого дают начало новой особи - спорофиту. Споры могут образовываться:
Эндогенно (внутри спорангиев); например, у папоротников, мхов;
У некоторых видов растений в жизненном цикле имеется смена бесполого поколения (спорофита) и полового поколения (гаметофита). Например, образующиеся на спорофите папоротника споры, попадая на почву, дают начало гаметофиту, формирующему гаметы. Гаметы при слиянии формируют спорофит со спорами и цикл повторяется.
6) РИС! При вегетативном размножении от растений отделяется часть, способная развиться в самостоятельное растение. У разных видов растений есть разные способы вегетативного размножения.
Выводковыми почками – образуются на листьях или стебле, потом опадают, прорастая (коланхоэ; среди растений умеренной зоны такая форма размножения имеется только у сердечников).
- Клубеньками – образуются в пазухах листьев (у ранневесеннего растения наших лесов – чистотела весеннего и некоторых других растений).
Усами (земляника).
- РИС! Делением куста, корневищами и корневыми отпрысками.
Луковицами и клубнелуковицами, образующими детки (лук, лилии, тюльпаны, гладиолусы).
- РИС! В садоводстве используют вегетативное размножение с помощью черенков и прививок . Черенок – часть стебля, которую укореняют. Черенки бывают: листовые (бегония), побеговые (смородина) и корневые (малина).
- Прививка – способ размножения, при котором черенок или вегетативная почка растения с нужными свойствами – привой - сращивается с более мощным растением (подвоем) (плодовые). Прививка бывает: черенками и почками.
7) Особым (искусственным) способом бесполого размножения является клонирование . Клон - генетически идентичное потомство, полученное от одной особи в результате того или иного способа бесполого размножения. Бесполое размножением методом клонирования практикуется у растений, которые плохо размножаются или являются редкими, когда необходимо быстро получить многочисленное потомство. РИС! При этом на стерильной питательной среде целое растение вырастает из группы клеток или одной соматической клетки, взятой из любого вегетативного органа материнского растения. Первым клонированным растением была морковь.
3.Половое размножение – объединение в наследственном материале потомков генетической информации от обоих родителей. Основой полового размножения является оплодотворение – слияние двух гаплоидных гамет с образованием диплоидной зиготы. Из зиготы развивается зародыш - зачаток нового организма.
Формы полового размножения:
- РИС! Хологамия – слияние целых организмов, выступающих в роли гамет (у просто устроенных организмов – некоторых одноклеточных водорослей). Образующаяся при этом диплоидная зигота затем делится мейозом на 4 дочерних гаплоидных организма.
- Изогамия РИС. ТОТ ЖЕ! – слияние двух физиологически различных (+ и -), но одинаковых по форме и размеру подвижных гамет с ундулиподиями (у низших грибов, некоторых водорослей, животных простейших – амебы и др.).
- Конъюгация РИС. ТОТ ЖЕ! – разновидность изогамии (у некоторых нитчатых водорослей). При этом отдельные гаплоидные клетки параллельно лежащих нитевидных тел посылают навстречу друг другу выросты, соединяющие их трубкой. По трубке содержимое из одной клетки переходит в другую и образуется диплоидная зигота.
- Гаметангиогамия РИС. ТОТ ЖЕ! – слияние не дифференцированного на гаметы содержимого женского и мужского половых органов или слияние отдельных частей тела. Имеется у грибов из классов аскомикоты и базидиомикоты. Например, у грибов из класса базидиомикот сливаются клетки тел, РИС! выросших из спор разных физиологических знаков. При этом сливается цитоплазма клеток, а ядра объединяются в пары – дикарионы, не сливаясь.
- Гетерогамия РИС! – слияние двух подвижных гамет с ундулиподиями, различающихся по размеру и физиологически различных (+ и -). Встречается у некоторых водорослей, грибов, некоторых простейших (например, хламидомонада).
- Оогамия РИС. ТОТ ЖЕ! (у части водорослей, всех растений и многоклеточных животных) – слияние разных гамет: неподвижной, крупной, с большим запасом питательных веществ, женской яйцеклетки с маленьким подвижным, имеющим один или несколько ундулиподиев, мужским сперматозоидом. Гаметы образуются в мужских и женских половых органах. У млекопитающих они развиваются в половых железах (гонадах) в результате гаметогенеза.
Яйцеклетки – самые крупные клетки организма. Они неподвижны, имеют ядро, цитоплазму, питательный материал (желток). По содержанию желтка яйцеклетки могут быть
ИзолецитальныеРИС. ТОТ ЖЕ! - с небольшим количеством равномерно распределенного желтка; характерны для хордовых и моллюсков;
- РИС! телолецитальные- с умеренным содержанием желтка (рыбы и земноводные) или большим содержанием желтка (пресмыкающиеся и птицы).
- РИС! центролецитальные - желток в них окружает ядро, а по периферии клетки расположена свободная от желтка цитоплазма (членистоногие).
Сперматозоиды РИС! - очень мелкие клетки, способные к движению. Сперматозоиды млекопитающих имеют головку, шейку и хвост.
Головка содержит ядро и немного цитоплазмы. На переднем конце головки есть акросома (видоизмененный комплекс Гольджи), содержащая ферменты для растворения оболочки яйцеклетки при оплодотворении. В шейке имеются центриоли и митохондрии. От шейки отрастает хвост, представляющий собой жгутик, необходимый для передвижения. Фактически сперматозоид представляет «ампулу с ДНК», которая специализирована для функции внесения своей ДНК в яйцеклетку.
Оплодотворение - соединение двух гамет, в результате чего образуется оплодотворенное яйцо – зигота (начало нового организма).
Оплодотворению предшествует осеменение – процесс, обеспечивающий встречу мужской и женской гамет. Осеменение может быть наружным и внутренним.
Наружное осеменение характерно для водных животных РИС! (рыбы, амфибии). Гаметы выделяются в воду, где и происходит их слияние. Внутреннее осеменение типично для животных, обитающих на суше. Сперматозоиды во время полового акта вводятся в половые пути самки. Встреча гамет происходит в верхних отделах яйцеводов.
После осеменения происходит оплодотворение. РИС! Яйцеклетки выделяют в окружающую среду вещества, активирующие сперматозоиды, которые движутся по направлению к ней. К яйцеклетке подходит множество сперматозоидов, но проникает в нее лишь один. Проникновению сперматозоида способствуют ферменты, выделяемые акросомой. Оболочка яйцеклетки растворяется и через отверстие в ней сперматозоид проникает в яйцеклетку. На поверхности яйца образуется оболочка оплодотворения, защищающая яйцо от других сперматозоидов. В яйцеклетке усиливается метаболическая активность. При слиянии гаплоидных яйцеклетки и сперматозоида получается диплоидный набор хромосом.
Таким образом, оплодотворение состоит из трех этапов:
Проникновение сперматозоида в яйцеклетку;
Активация в яйце метаболических процессов;
Слияние ядер яйцеклетки и сперматозоида и восстановление диплоидного набора хромосом.
4. Полиэмбриония – способ полового размножения организмов, когда идет развитие более одного зародыша из одной зиготы у животных или образование нескольких зародышей в одном семени у растений. Полиэмбриония характерна для РИС! броненосцев, у которых на начальной стадии развития зародыша (бластулы) происходит разделение на 4-8 зародышей; полиэмбриония имеется и у насекомых (РИС! – яйца клопа-вонючки) . В результате полиэмбрионии у человека рождаются монозиготные близнецы. РИС! Все однояйцевые близнецы животных всегда одного пола.
Полиэмбриония бывает:
1) Специфическая (нормально свойственная данному виду). Яркий пример - РИС! образование из одной зиготы до 3 тыс. личинок у наездника.
2) Спорадическая - вызвана воздействием случайных факторов. В результате развиваются два организма, идентичных по генотипам, но имеющих различия в фенотипе (последствия воздействия среды). Встречается у всех животных, особенно часто РИС! у некоторых гидроидных полипов и дождевых червей. У позвоночных РИС! она возникает путём разделения зародыша на несколько частей обычно до или в начале гаструляции. У человека в случае спорадической полиэмбрионии рождается несколько (2 - 5) близнецов одного пола.
У растений полиэмбриония - образование нескольких зародышей в одном семени. Они могут возникнуть в одном зародышевом мешке (истинная полиэмбриония) или в разных зародышевых мешках (ложная полиэмбриония).
5. Партеногенез - (от греч. parthenos – девственница, genos – рождение) - развитие потомков из неоплодотворенных яиц. Типы:
1. Гиногенез – РИС! после проникновения сперматозоида в яйцеклетку их ядра не сливаются, и в последующем развитии участвует только ядро яйцеклетки, либо не происходит оплодотворения. Источником наследственного материала для развития потомка служит ДНК яйцеклетки. При гиногенезе возникает организм с гаплоидным набором хромосом, имеющий лишь материнские признаки. Гиногенез наблюдается у некоторых нематод (круглых червей) и рыб. Пример: в одном австралийском зоопарке в 2001г. самка рыбы-молота, находящаяся долго одна в бассейне, произвела на свет детеныша.
2. Андрогенез . РИС! Встречается реже. Это развитие яйцеклетки с мужским ядром, привнесённым в неё спермием в процессе оплодотворения. Т.е. развитие потомка происходит из клетки с цитоплазмой яйцеклетки и ядром сперматозоида. Ядро женской гаметы погибает. Наблюдается у отдельных видов животных (шелкопряд) и растений (табак, кукуруза) в тех случаях, когда материнское ядро погибает до оплодотворения.
Типы партеногенеза:
1) Естественный - существует у ряда растений, червей, насекомых, ракообразных (говорила выше). Пример: у дафний - за лето сменяется до 180 поколений, все-самки, осенью появляются самцы.
2) искусственный – используется в селекции.
У пчел и муравьёв РИС! встречается факультативный партеногенез, при котором из неоплодотворённых яиц развиваются самцы, а из оплодотворенных – самки. Таким образом, регулируется соотношение полов.
РИС! Партеногенез отмечается у некоторых видов ящериц и птиц.
Имеются указания на возможность девственного развития у человека – в яичниках девушек при отсутствии осеменения находили зародыши на ранних этапах дробления. Однако случаев завершенного эмбриогенеза с партеногенетическим развитием у человека не было.
6. Половой диморфизм . В природе существуют обоеполые животные и раздельнополые.
В ходе эволюции стали преобладать раздельнополые виды, т.е. те, у которых гаметы вырабатываются у разных особей в половых железах.
Половой диморфизм - различия признаков мужских и женских особей раздельнополых видов. РИС!
Половой диморфизм человека проявляется в его анатомо-физиологических характеристиках, психологических и поведенческих признаках, то есть он затрагивает важнейшие стороны его биологического и социального статуса.
РИС! Генетический аспект полового диморфизма проявляется в различном кариотипе мужчин и женщин – женщины имеют половые хромосомы ХХ, мужчины ХY.
Эндокринный аспект полового диморфизма заключаются в различиях по главному половому гормону (тестостерон у мужчин и эстрадиол у женщин).
Морфологические проявления полового диморфизма у человека очень разнообразны. Примеры: РИС!
1. Мужчины и женщины различаются по общим размерам тела (8-10 см).
2. В составе тела у мужчин выше доля костно-мышечного компонента, у женщин – жирового.
3. У мужчин жир в основном локализуется на туловище, у женщин – в нижней части туловища и на бедрах. Пропорции тела: у мужчин широкие плечи и узкий таз, более длинные конечности, у женщин – наоборот, широкий таз и более узкие плечи.
4. У мужчин более крупные зубы, сердце, желудок, надпочечники, головной мозг.
5. Различие между черепом и лицом мужчины и женщины
A. Мужской череп массивнее и тяжелее женского. Женский череп округлее и сужается сверху.
B.
Глазные впадины у женщин более резкие и четкие, а у мужчин - округлые и имеют скругленные края.
C.
Скуловая кость у мужчин более выпуклая.
D.
Челюсть у женщин более округлая, а у мужчин - квадратная.
E.
Мужчины имеют более мощный череп.
F.
Надбровные дуги у мужчин большие и выпуклые.
G. Подбородок у мужчин объемнее и выступает под тупым углом, у женщин - под острым
Функциональные различия мужского и женского организма также разнообразны. Особи женского пола у млекопитающих и человека более устойчивы ко многим заболеваниям и экстремальным воздействиям – действию ядовитых веществ, недостатку кислорода, продолжительной остановке сердца. По большинству показателей развития женщины опережают мужчин с самого рождения. В то же время, по ряду функций женский организм уступает мужскому. У мужчин выше показатели основного обмена, объемные параметры кровообращения и дыхания, скорость кровотока, скорость мышечного сокращения и др.
У мужчин чаще отмечается нормальная острота зрения. Женщины чувствительнее мужчин к самым высоким частотам звукового диапазона. У них отмечается большая устойчивость вестибулярного анализатора (например, легче надеть нитку в иголку). Отмечается большая чувствительность женщин к вкусам и запахам.
Психологические проявления полового диморфизма. Женщины отличаются от мужчин преобладанием процессов торможения над процессами возбуждения. При этом большинство женщин могут убыстрять темп выполнения задания без снижения точности, что не присуще мужчинам. Мужчины более склонны к абстрактно-логическому мышлению. Они превосходят женщин в тестах, требующих математических рассуждений и лучше ориентируются в пути, следуя по маршруту.
У женщин лучше развиты речевые навыки, женщины превосходят мужчин в арифметическом счете и лучше вспоминают ориентиры местности. Для поведения мужчин типичны агрессивность, уверенность. Для женщин более характерны эмоциональность, высокая социальная адаптация. И другие примеры….. Вместе с тем, у психически здоровых людей, как правило, наблюдается сочетание мужских и женских качеств. Это помогает более гибкому поведению, облегчающему адаптацию в современном мире.
Который выбирает, какие черты организмов являются благоприятными для данной среды, и какие из них неблагоприятные. Те особи, которые имеют нежелательные черты, в конечном итоге исчезнут, а организмы с «хорошими» чертами будут жить достаточно долго, чтобы размножаться и передавать эти гены следующему поколению.
Существует два типа размножения: половое и бесполое. Половое размножение предусматривает слияние мужских и женских половых клеток во время оплодотворения, которые в итоге создадут потомство частично похожее на родителей. Бесполое размножение требует только одного родителя, который передаст все свои гены потомству. Это означает, что нет смешивания генов, и потомство на самом деле является клоном родителя (запрещающим какие-либо мутации).
Бесполое размножение обычно распространено в менее сложных видах и является довольно эффективным. Не нужно искать партнера для размножения, и один родитель способен передать все свои черты следующему поколению. Однако без разнообразия естественный отбор не может работать, и, если нет мутаций, чтобы создать более благоприятные черты, виды, размножающиеся таким способом, могут не выжить в среде, которая постоянно изменяется.
Существует несколько различных видов бесполого размножения. Давайте рассмотрим некоторые наиболее распространенные.
Бинарное деление
Почти все размножаются . Этот вид размножения очень похож на процесс митоза . Однако, поскольку нет, а ДНК прокариот обычно находится только в одном кольце, этот процесс не такой сложный, как . Бинарное деление начинается с одной клетки, которая копирует ее ДНК и затем делится на две идентичные клетки.
Это очень быстрый и эффективный способ создания потомства для бактерий, и подобных типов клеток. Однако, если бы в процессе размножения происходила мутация ДНК, это могло бы изменить генетику потомства, и они больше не были бы идентичными клонами.
Почкование
Другой вид бесполого размножения называется почкованием. Почкование происходит когда новый организм или потомство вырастает со стороны родителя через часть, называемую почкой. Потомок остается привязан к предку, пока не достигнет зрелости и не станет независимым организмом. У одного родителя может быть много почек и много потомков одновременно.
С помощью почкования могут размножаться как одноклеточные организмы, такие как дрожжи, и многоклеточные, такие как гидры. Опять же, потомство является клоном родителя, если не происходит какая-либо мутация во время копирования ДНК или размножения клеток.
Фрагментация
Некоторые виды организмов имеют множество жизнеспособных частей, которые могут жить независимо от одной особи. Эти виды способны размножаться бесполым способом размножения, известном как фрагментация. Она происходит, когда часть индивидуума отделяется, и из нее образуется совершенно новый организм. Исходный организм также восстанавливает часть тела, которая отделилась. Эта часть может оторваться естественным путем или во время травмы, либо другой ситуации, угрожающей жизни.
Наиболее известным организмом, который подвергается фрагментации, является морская звезда. Морские звезды могут отделить от тела любую из своих пяти рук, которые затем станут их потомством. Это в основном связано с их радиальной симметрией. У них центральное нервное кольцо посередине, которое разветвляется на пять лучей или рук. Каждая рука имеет все элементы, необходимые для создания совершенно новой особи путем фрагментации. , некоторые плоские черви и грибы также могут размножаться с помощью фрагментации.
Партеногенез
Чем сложнее организмы, тем более вероятно, что они будут подвергаться половому, а не бесполому размножению. Однако есть некоторые сложные животные и растения, которые способны размножаться через партеногенез, когда это необходимо. Это не является предпочтительным методом размножения для большинства этих видов, но он может стать единственным способом оставить после себя потомство по разным причинам.
Партеногенез - это вид размножения, когда потомство появляется из неоплодотворенного яйца. Отсутствие доступных партнеров, непосредственная угроза жизни самки или другие подобные ситуации могут привести к тому, что партеногенез будет необходим для сохранения вида. Разумеется, это не будет идеальным вариантом, потому что потомок станет клоном матери.
Некоторые животные, которые могут размножатся с помощью партеногенеза, включают насекомых (пчелы и кузнечики), ящериц (комодский варан), и очень редко встречаются у птиц.
Размножение спорами
Многие растения и грибы используют споры как вид бесполого размножения. Эти типы организмов подвергаются жизненному циклу, называемому , при котором они проходят разные фазы своей жизни, характеризующиеся наличием или . Во время диплоидной фазы они называются спорофитами и производят диплоидные споры, которые используются для бесполого размножения. Виды, которые образуют споры, не нуждаются в партнере или оплодотворении, чтобы произвести потомство. Так же, как и все другие виды бесполого размножения, потомство организмов, которые размножаются, является клонами родителя. Примеры организмов, производящих споры, включают грибы и папоротники.
Хотя в процессе развития жизни бесполое размножение возникло первьш, половое размножение существует на Земле уже более 3 млрд. лет. Оно обнаруживается в жизненных циклах всех основных групп организмов. Распространенность полового размножения объясняется тем, что оно обеспечивает значительное генетическое разнообразие и, следовательно, фенотипическую изменчивость потомства. Этим достигаются большие эволюционные и экологические (расселение в разные среды) возможности.
Схема 5.1. Формы бесполого размножения
В основе полового размножения лежит половой процесс, суть которого сводится к объединению в наследственном материале для развития потомка генетической информации от двух разных источников - родителей. Представление о половом процессе дает явление конъюгации, например инфузорий. Он заключается во временном соединении двух особей с целью обмена (рекомбинации) наследственным материалом. В результате появляются особи, генетически отличные от родительских организмов. В дальнейшем они осуществляют бесполое размножение. Поскольку количество инфузорий после конъюгации остается неизменным, говорить о размножении в прямом смысле нет оснований. У простейших половой процесс может осуществляться в виде копуляции, которая заключается в слиянии двух особей в одну, объединении и рекомбинации наследственного материала. Далее такая особь размножается делением. На определенном этапе эволюции у многоклеточных организмов половой процесс как способ обмена генетической информацией между особями в пределах вида оказался связанным с размножением.
Для участия в половом размножении в родительских организмах вырабатываются гаметы - клетки, специализированные к обеспечению генеративной функции. Слияние материнской и отцовской гамет приводит к возникновению зиготы - клетки, представляющей собой дочернюю особь на первой, наиболее ранней стадии индивидуального развития.
У некоторых организмов зигота образуется в результате объединения гамет, неотличимых по строению. В таких случаях говорят об изогамии, У большинства видов по структурным и функциональным признакам половые клетки делятся на материнские (яйцеклетки ) и отцовские (сперматозоиды ). Как правило, яйцеклетки и сперматозоиды вырабатываются разными организмами - женскими (самки) и мужскими (самцы). В подразделении гамет на яйцеклетки и сперматозоиды, а особей на самок и самцов заключается явление полового диморфизма (рис. 5.1; 5.2). Наличие его в природе отражает различия в задачах, решаемых в процессе полового размножения мужской или женской гаметой, самцом или самкой.
Рис. 5.1. Половой диморфизм на уровне половых клеток.
А - яйцеклетка; Б - сперматозоиды:
1 - цитоплазма, 2 - ядро, 3 - хроматин ядра, 4 - шейка, 5 - жгутик,
6 - головка
Образование гамет обоих видов в одном организме, имеющем и мужскую, и женскую половые железы, называют гермафродитизмом 1.
Рис. 5.2. Половой диморфизм у людей на организменном уровне
Характерны различия по: 1 - кариотипу и главному половому гормону, 2 - структуре волос и характеру оволосения, 3 - строению гортани, 4 - развитию молочных желез, 5 - развитию мускулатуры, 6 - строению половых органов, 7 - распределению жировой ткани, 8 - показателям роста длинных трубчатых костей
Хотя оплодотворение представляет собой характерный признак полового размножения, дочерний организм иногда развивается из неоплодотворенной яйцеклетки. Это явление называют девственным развитием или партеногенезом. Источником наследственного материала для развития потомка в этом случае обычно служит ДНК яйцеклетки - гиногенез. Реже наблюдается андрогенез - развитие потомка из клетки с цитоплазмой ооцита и ядром сперматозоида. Ядро женской гаметы в случае андрогенеза погибает.
Обязательный партеногенез является измененной формой полового размножения в эволюции некоторых видов животных. У пчел, например, он используется как механизм генотипического определения пола: женские особи (рабочие пчелы и царицы) развиваются из оплодотворенных яйцеклеток, а мужские (трутни) - партеногенетически. Партеногенез включен в жизненные циклы многих паразитов. Он обеспечивает рост численности особей в условиях, затрудняющих встречу партнеров противоположного пола. Имеются указания на возможность девственного развития у человека. В яичниках девушек, погибших при случайных обстоятельствах, в отсутствие предшествующего осеменения находили зародыши на ранних этапах дробления. Невозможность завершенного партеногенеза у людей в настоящее время доказана и связана с необходимостью наличия обоих геномов, мужского и женского (см. с. 250-251). Наблюдения завершенного эмбриогенеза с партеногенетическим развитием в отношении человека отсутствуют. При партеногенезе, как и при типичном половом размножении, развиваются особи с диплоидными соматическими клетками. Восстановление диплоидного набора хромосом происходит обычно путем слияния ооцита и редукционного тельца во втором делении мейоза.
