Розмноження – властивість організмів залишати потомство.
Форми безстатевого розмноження, визначення, суть, біологічне значення.
Дві форми розмноження: статеве та безстатеве.
Статеве розмноження - зміна поколінь та розвиток організмів на основі злиття спеціалізованих - статевих клітин і утворення зиготи.
При безстатевому розмноженні нова особина утворюється з неспеціалізованих клітин: соматичних, нестатевих; тіла.
Безстатеве розмноження, або агамогенез - форма розмноження, при якій організм відтворює себе самостійно, без будь-якої участі іншої особини.
Розмноження поділом
Поділ властиво насамперед одноклітинним організмам. Як правило, воно здійснюється шляхом простого поділу клітини надвоє. У деяких найпростіших, наприклад, форамініфер відбувається розподіл на більшу кількість клітин. У всіх випадках клітини, що утворюються, повністю ідентичні вихідній. Крайня простота цього способу розмноження, пов'язана з відносною простотою організації одноклітинних організмів, дозволяє швидко розмножуватися. Так, у сприятливих умовах кількість бактерій може подвоюватись кожні 30-60 хвилин. Розмножується безстатевим шляхом організм здатний нескінченно відтворювати себе, поки не відбудеться спонтанна зміна генетичного матеріалу – мутація. Якщо ця мутація сприятлива, вона збережеться в потомстві клітини, що мутувала, яке буде новим клітинним клоном. В одностатевому розмноженні бере участь один батьківський організм, який здатний утворити безліч ідентичних йому організмів.
Розмноження суперечками
Нерідко безстатевому розмноженню бактерій передує утворення спор. Бактеріальні суперечки - це клітини зі зниженим метаболізмом, оточені багатошаровою оболонкою, стійкі до висихання та інших несприятливих умов, що викликають загибель звичайних клітин. Спороутворення служить як для переживання таких умов, так і для розселення бактерій: потрапивши у відповідне середовище, суперечка проростає, перетворюючись на вегетативну клітину, що ділиться.
Безстатеве розмноження за допомогою одноклітинних спор властиве і різним грибам та водоростям. Суперечки в багатьох випадках утворюються шляхом мітозу мітоспори, причому іноді особливо у грибів у величезних кількостях; при проростанні вони відтворюють материнський організм. Деякі гриби, наприклад злісний шкідник рослин фітофтора, утворюють рухливі, забезпечені джгутиками суперечки, які називаються зооспорами або бродяжками. Проплававши в крапельках вологи деякий час, така бродяжка «заспокоюється», втрачає джгутики, покривається щільною оболонкою і потім, у сприятливих умовах, проростає.
Вегетативне розмноження
Інший варіант безстатевого розмноження здійснюється шляхом відокремлення від організму його частини, що складається з більшої чи меншої кількості клітин. З них розвивається дорослий організм. Прикладом може бути брунькування у губок і кишечнополостных чи розмноження рослин пагонами живцями, цибулинами чи бульбами. Така форма безстатевого розмноження зазвичай називається вегетативним розмноженням. У своїй основі воно аналогічне процесу регенерації. Вегетативне розмноження відіграє у практиці рослинництва. Так, може статися, що висіяна рослина, наприклад, яблуня має якусь вдалу комбінацію ознак. У насіння цієї рослини ця вдала комбінація майже напевно буде порушена, так як насіння утворюється в результаті статевого розмноження, а воно пов'язане з рекомбінацією генів. Тому при розведенні яблунь зазвичай використовують вегетативне розмноження - відведеннями, живцями або щепленнями нирок на інші дерева.
Ниркування
Деяким видам одноклітинних властива така форма безстатевого розмноження, як брунькування. І тут відбувається мітотичний поділ ядра. Одне з ядер, що утворилися, переміщається в локальне випинання материнської клітини, що формується, а потім цей фрагмент відбруньковується. Дочірня клітина істотно менше материнської, і їй потрібен деякий час для зростання і добудови структур, що бракують, після чого вона набуває вигляду, властивого зрілому організму. Ниркування - вид вегетативного розмноження. Ниркуванням розмножуються багато нижчих грибів, наприклад дріжджі і навіть багатоклітинні тварини, наприклад прісноводна гідра. При брунькаванні дріжджів на клітині утворюється потовщення, що поступово перетворюються на повноцінну дочірню клітину дріжджів. На тілі гідри кілька клітин починають ділитися, і поступово на материнській особині виростає маленька гідра, у якої утворюються рота зі щупальцями і кишкова порожнина, пов'язана з кишковою порожниною «матері».
Фрагментація поділ тіла
Деякі організми можуть розмножуватися розподілом тіла на кілька частин, причому з кожної частини виростає повноцінний організм, у всьому подібний до батьківської особини плоскі та кільчасті черв'яки, голкошкірі.
Статеве розмноження - процес у більшості еукаріотів, пов'язаний з розвитком нових організмів із статевих клітин.
Освіта статевих клітин, зазвичай, пов'язані з проходженням мейозу будь-якої стадії життєвого циклу організму. У більшості випадків статеве розмноження супроводжується злиттям статевих клітин, або гамет, при цьому відновлюється подвоєний, відносно гамет, набір хромосом. Залежно від систематичного становища еукаріотичних організмів, статеве розмноження має свої особливості, але, як правило, воно дозволяє поєднувати генетичний матеріал від двох батьківських організмів і дозволяє отримати нащадків із комбінацією властивостей, яка відсутня у батьківських форм.
Ефективності комбінування генетичного матеріалу у нащадків, одержаних в результаті статевого розмноження сприяють:
випадкова зустріч двох гамет
випадкове розташування та розбіжність до полюсів поділу гомологічних хромосом при мейозі
кросинговер між хроматидами.
Така форма статевого розмноження, як партеногенез, не передбачає злиття гамет. Але оскільки організм розвивається із статевої клітини ооциту, партеногенез все одно вважається статевим розмноженням.
У багатьох групах еукаріотів сталося вторинне зникнення статевого розмноження, або воно відбувається дуже рідко. Зокрема, у відділ дейтероміцетів гриби об'єднує велику групу філогенетичних аскоміцетів та базидіоміцетів, що втратили статевий процес. До 1888 року передбачалося, що з наземних вищих рослин статеве розмноження повністю втрачено в цукрової тростини. Втрата статевого розмноження у будь-якій групі багатоклітинних тварин не описана. Однак відомі багато видів нижчі ракоподібні - дафнії, деякі типи черв'яків, здатні в сприятливих умовах розмножуватися партеногенетично протягом десятків і сотень поколінь. Наприклад, деякі види коловраток протягом мільйонів років розмножуються лише партеногенетично, навіть утворюючи при цьому нові види!
У ряду поліпліодних організмів з непарним числом наборів хромосом статеве розмноження відіграє малу роль у підтримці генетичної мінливості у популяції у зв'язку з утворенням незбалансованих наборів хромосом у гаметах та у нащадків.
Можливість комбінувати генетичний матеріал при статевому розмноженні має велике значення для селекції модельних та господарсько важливих організмів.
Розмноження - це здатність всіх живих істот залишати потомство зі схожою будовою та процесами життєдіяльності. Виділяють 2 основних методи розмноження - безстатеве і статеве.
Безстатеве розмноження
При безстатевому розподілі, де задіяна лише одна особина, процес розмноження відбувається без формування гамет. Нащадок формується за рахунок відгалуження від материнського організму або відкладання в спецорганах.
Існують такі види безстатевого розмноження:
Поділ- Здебільшого зустрічається у найпростіших організмів, при цьому вихідна материнська клітина поділяється на дві частини, утворюючи ідентичне дочірнє покоління.
Вирізняють такі підвиди:
- Поділ надвоє - властиво доядерним видам;
- мітотичний поділ - зустрічається у найпростіших;
- множина - типове явище для малярійного плазмодія.
Ниркування- характеризується формуванням дочірніх організмів у вигляді випинання на материнському тілі. Після дозрівання вони відокремлюються від тіла батька та розвиваються далі самостійно. Якщо дочірні форми не відгалужуються і зберігають зв'язок з материнським організмом, формуються колонії (представники типу, що стікають).
Фрагментація- процес, у якому зрілі особини розвиваються із окремих частин тіла дорослої особини (первинороті, хирофитовые водорості, водяна чума). Фрагментація можлива завдяки регенеративним здібностям організму.
Поліембріонія- нові особини формуються при поділі зародка на кілька частин (однояйцеві близнюки).
Вегетативнерозмноження - зародження нових особин випливає з окремих органів материнського організму. Формування молодої рослини можливе з кореневої системи, гілок чи листя (рідко).
Корінь служить основою освіти придаткових нирок, у тому числі розвиваються надземні пагони. Новоутворені пагони кріпляться до ґрунту за допомогою додаткових коренів. Після загибелі материнського кореня пророслі рослини починають самостійне життя.
Вегетативне розмноження сприяє швидкому розповсюдженню калини, осота, кипря вузьколистого. Рослини з сімейства бобові або роду Вербейник розмножуються за допомогою поверхневих пагонів, які стелиться по землі та в місцях зіткнення ґрунту та вузлів пагонів проростають додаткове коріння. Так рослина починає самостійний розвиток.
Спороутворення- характерно для деяких найпростіших рослин, які можуть утворювати суперечки. Спорові клітини, потрапляючи у вологе середовище, розвиваються, досягаючи зрілості. Формування спорових клітин відбувається у спорангіях – спеціальних органах покритонасінних рослин. У грибів та водоростей суперечки утворюються з усіх клітин тіла.
Клонування- один із видів безстатевого розмноження, що застосовується вченими для копіювання вихідного генетичного матеріалу. Так одержують ідентичні копії з материнських особин.
Роль безстатевого розмноження
Організми, які розмножуються безстатевим шляхом, добре адаптуються до умов навколишнього середовища, що плавно змінюються. Їхнє потомство завжди множинне, швидко дозріває і починає теж ділитися, що сприяє зростанню чисельності популяції. Добре відомі види з безстатевим розмноженням: гідра, амеба, дріжджові гриби.
Всі клітини нашого організму постійно оновлюються, можливо завдяки безстатевому розмноженню. Соматичні клітини діляться у процесі мітозу.
Враховуючи швидкі темпи дозрівання та поділу, рослини та тварини, які діляться безстатевим шляхом, часто використовуються селекціонерами.
Статеве розмноження
Статеве розмноження здійснюється при взаємодії пари різностатевих особин. Вони мають репродуктивну систему, де формуються статеві клітини – гамети. Для жіночих особин характерне утворення яйцеклітин, а для чоловічих – сперматозоїдів.
Формування статевих клітин називають гаметогенез, головним моментом їх утворення є мейоз. Під час злиття гамет відбувається запліднення та зародження нового життя. Сформована зигота не буде точною версією батьків, тому що в процесі мейозу відбувається розбудова генетичної інформації.
На прикладі гідри Гамети у різних представників відрізняються між собою, тому виділяють такі форми статевого розмноження: гомогамію, анізогамію та оогамію.
Гомогамія- поділ гамет на чоловічі та жіночі є умовністю, тому що статеві клітини організмів різних статей мають ідентичну будову та форму.
Анізогамія- статеві клітини обох статей можуть пересуватися. Яйцеклітини перевершують за розміром сперматозоїди, але майже нерухомі.
Оогамія- жіночі гамети не можуть самостійно переміщатися і набагато більше за чоловічі.
Оогамія зустрічається найчастіше, властива багатьом представникам тваринного та рослинного світу. Гомогамія та анізогамія властива для найпростіших видів (фотоавтотрофні одноклітинні).
Окремі види водоростей та грибів можуть розмножуватися, не утворюючи гамет, такі форми поділу називаються: гологамія та кон'югація.
У процесі гологаміїодноклітинні особини з одинарним набором хроматид зливаються між собою, тим самим беруть він роль статевих клітин. Новостворена зигота слідом ділиться мейотичним шляхом, утворюючи 4 гаплоїдні особини.
Розподіл шляхом кон'югаціїхарактерно для грибів, при цьому йде злиття між гаплоїдними клітинами ниток талому. Після обміну інформацією формуються диплоїдні зародкові клітини.
Роль статевого розмноження
Статеве розмноження важливе природне явище, що забезпечує високий рівень мінливості і дає можливість виживати в умовах, що різко змінюються. Саме тому статеве розмноження перевершує безстатеве, при якому все залишене потомство успадкує точну копію геному батьків.
При статевому розподілі йде розбудова генетичного коду, що проявляється різноманітністю ознак у нащадків. Виникнення нових характеристик, адаптаційних механізмів є основою еволюційних процесів. Тому статеве розмноження займає головне становище у природі.
Важлива властивість всіх організмів – розмноження, що забезпечує підтримання життя.
Розмноження, яке здійснюється без участі статевих клітин, називається безстатевим розмноженням.
Безстатеве розмноження
Безстатеве розмноження характеризується тим, що дочірні клітини за змістом спадкової інформації, морфологічним, анатомічним та фізіологічним особливостям повністю ідентичні батьківським. Безстатеве розмноження здійснюється за допомогою окремих (безстатевих) клітин (різні способи поділу, спороутворення), з яких утворюються дочірні клітини або розвиваються багатоклітинні організми.
Вегетативне розмноження забезпечується відділенням від материнського багатоклітинного організму багатоклітинних ділянок (кореня, листка, пагона, черешка, відведення, а також видозміненої підземної втечі - бульби, цибулини, кореневища у рослин та ділянок тіла, "нирок" - у тварин).
Біологічне значення безстатевого та вегетативного розмноження у тому, що за короткий період можна значно збільшити чисельність виду.
Статеве розмноження
Статеве розмноження характеризується обміном генетичної інформації між жіночими та чоловічими особинами через особливі гаплоїдні статеві клітини – гамети.
Гаметогенез – процес утворення гамет.
Статеве розмноження існує майже у всіх рослин та тварин. Дозрілі високоспеціалізовані статеві клітини - гамети: жіночі - яйцеклітини, чоловічі - сперматозоїди - при злитті утворюють зиготу, з якої розвивається новий дочірній організм. Після досягнення статевої зрілості новий організм у свою чергу виробляє гамети, що дають початок наступним нащадкам. Так здійснюється наступність поколінь.
Гамети формуються з диплоїдних клітин шляхом спеціального типу клітинного поділу - мейозу.
Процес мейозу складається з двох послідовних поділів - мейозу та мейозу.
| Фази | Процеси |
|---|---|
| Перший поділ мейозу | |
| Спарювання гомологічних хромосом (одна з них – материнська, інша – батьківська). Утворення апарату поділу. Набір хромосом n | |
|
Розташування гомологічних хромосом по екватору, n хромосом |
|
Поділ пар хромосом (що складаються з двох хроматид) та переміщення їх до полюсів |
|
Набір хромосом n |
|
| Другий поділ мейозу | |
|
Дочірні клітини, що виникли в телофазі I, проходять мітотичний поділ. |
|
|
Центроміри діляться, хроматиди хромосом обох дочірніх клітин розходяться до полюсів. Набір хромосом n |
|
|
Утворення чотирьох гаплоїдних ядер або клітин (освіта спор у мохів та папоротей) |
Головна особливість мейозу полягає у зменшенні числа хромосом у 2 рази.
Порівнюючи мітоз і мейоз» можна відзначити таку їхню схожість і відмінність:
| Подібність та відмінність | Мітоз | Мейоз |
|---|---|---|
| Подібність |
|
|
| Відмінність |
Один поділ |
Два поділи, що змінюють один одного. |
| У метафазі за екватором вибудовуються подвоєні хромосоми |
За екватором вишиковуються пари гомологічних хромосом |
|
| Немає кон'югації хромосом | Гомологічні хромосоми кон'югують | |
| Між розподілами відбувається подвоєння молекул ДНК (хромосом) | Між 1-м та 2-м розподілом немає інтерфази та подвоєння молекули ДНК (хромосом) | |
| Утворюються дві дочірні клітини | Утворюються 4 клітини з гаплоїдним набором хромосом | |
У процесі формування статевих клітин у тварин зменшення числа хромосом відбувається на останньому етапі овогенезу та сперматогенезу (утворення жіночих та чоловічих статевих клітин).
Зливаючись, гамети утворюють зиготу (запліднену яйцеклітину), яка несе задатки обох батьків, завдяки чому різко збільшується спадкова мінливість нащадків. У цьому полягає перевага статевого розмноження над безстатевим.
Різновиди розмноження
Різновидом статевого розмноження є партеногенез (від латів. «Партенос» - незаймана + гр. «Генеза» - народження), при якому розвиток нового організму походить з незаплідненої яйцеклітини (у бджіл). Кон'югація - дві особини зближуються та обмінюються спадковим матеріалом (інфузорія).
Копуляція - злиття в одну двох рівних за розмірами клітин (колоніальні джгутикові та ін.)
У вищих рослин мейоз здійснюється не при формуванні гамет, а на більш ранньому етапі розвитку - при утворенні спор (у покритонасінних - при утворенні пилку та зародкового мішка).
Для покритонасінних рослин характер процес подвійного запліднення, відкритий С. Г. Навашиним у 1898 р.
Особливість запліднення у квіткових рослин на відміну тварин полягає в тому, що в ньому бере участь не один, а два спермін, у зв'язку з чим воно отримало назву подвійного запліднення. Сутність його полягає в тому, що один сперматозоїд зливається з яйцеклітиною, а другий - з центральною диплоїдною клітиною, з якої розвивається далі ендосперм.
У природі широко поширене розмноження з чергуванням статевого та безстатевого поколінь у рослин та деяких тварин (кишковопорожнинні). Цей тип розмноження докладно описаний у першій частині посібника.
У природі існує два основних способи розмноження - статеве та безстатеве.
І, якщо з першим все якось зрозуміло, то види безстатевого розмноження залишають багатьох здивовано. Що це?
Форми безстатевого розмноження
Вчені класифікують безстатеве розмноження за такими категоріями: брунькування, поділ, фрагментація, спороутворення, вегетативне розмноження. Але, оскільки всі види живих організмів, що живуть Землі, остаточно вивчені вченими, можливе відкриття нового методу безстатевого розмноження надалі.
Розподіл має значення переважно одноклітинних організмів. Найпростіші використовують особливості своїх тілець для роздвоєння з наступним зародженням життя кожної половині. Одна особина в результаті перетворюється на два повноцінні організми.
Фрагментація в чомусь має схожість із розподілом: істота дробиться на кілька простих частин, що стають новими представниками виду.
Ниркування характерне для примітивних видів. Воно має на увазі формування нової особини з виступів (їх називають нирками) на тілі материнського організму. Відсутні істоти починають повноцінний життєвий цикл.
Палінтомія - процес безладно швидкого поділу без проходження стадій зростання та розвитку.
Спороутворення
Суперечки - це репродуктивні клітини, що відпочивають, що відрізняються мізерно низьким рівнем метаболізму і високою резистентністю.
Розмноження спорами передбачає розвиток суперечок у вегетативних клітинах у винятково сприятливих умовах. В основному зустрічається у бактерій та рослин.
Способи вегетативного розмноження
Розмноження рослин розвитком окремих частин називається вегетативним.
Розрізняють кілька основних типів:
- Штучне. Досягається шляхом антропогенного на процес розмноження виду.
- Природний. Зумовлено природним перебігом процедури продовження роду.
Таке бінарне розмноження дозволяє збільшити ймовірність успішного виживання царств організмів за умов агресивного середовища.
Біологічна роль безстатевого розмноження
У порівнянні зі статевим, безстатеве розмноження характеризується такими перевагами:
- займає менше часу, завдяки чому швидше відбувається продовження роду;
- дозволяє батькам передавати молодшому поколінню основні якості своїх організмів без зміни основного генотипу;
- через свою примітивність полегшує процес розмноження нижчим формам життя.
Способи безстатевого розмноження у таблиці
| Одноклітинні | Багатоклітинні | Тварини |
| Ниркування — процес створення молодшої особини з наросту на тілі батька. Спороутворення – розмноження клітинними спорами. : сюди входять розподіл та фрагментація |
Вегетативне - в основному зустрічається у грибів та рослин. Фрагментація - дроблення тіла на кілька частин, кожна з яких виростає на повноцінну особину. Строгіляція. Спороутворення. Зустрічається у рослин та грибів. Поліембріонія. |
Вегетативне - це єдиний спосіб розмноження у тварин безстатевим методом. Ниркування — характерно виключно для губок. Практичне використання цих методів можливе, але на практиці зазвичай не здійснюється. |
Порівняння статевого та безстатевого розмноження
На відміну від статевого, безстатеве розмноження є примітивнішим, а тому відноситься до нижчих.
Воно також майже не властиве тваринам, людина практично не зустрічається. У нижчих форм спостерігається переважання цього способу.
Також у статевому розмноженні бере участь дві особи одного виду, для безстатевого розмноження потрібна лише одна.
Соматичні клітини задіяні в безстатевому продовженні роду, для статевого характерні статеві.
Переваги безстатевого розмноження
Головна перевага цього - швидке збільшення чисельності особин до конкретного виду.Це дозволяє гарантовано виживати в умовах середовища.
Ще одна головна перевага — передача багатьох батьківських якостей дитячим особам.
Відсутність потреби у двох учасниках біологічного процесу також для безстатевого розмноження.
Особливості безстатевого розмноження
Сюди відносяться:
- мітоз в основі безстатевого розмноження як основна відмінність від статевого методу;
- здійснення процесу без участі статевих клітин;
- збільшення чисельності особин у геометричній прогресії.
Висновок
Множинні дослідження показали, що безстатеве розмноження характерне для нижчих та неорганізованих форм життя.
Однак воно забезпечує стабільний приплив чисельності особин цим видам і займає важливе місце у сфері біології.
Основна стаття: Безстатеве розмноження
Безстатеве розмноження - форма розмноження, не пов'язана з обміном генетичної інформацією між особами - статевим процесом.
Безстатеве розмноження є найдавнішим і найпростішим способом розмноження і поширене в одноклітинних організмів (бактерії, синьо-зелені водорості, хлорели, амеби, інфузорії). Цей спосіб має свої переваги: у ньому відсутня потреба пошуку партнера, а корисні спадкові зміни зберігаються практично назавжди. Проте за такому способі розмноження мінливість, необхідна природного відбору, досягається лише рахунок випадкових мутацій і тому здійснюється дуже повільно. Проте, слід зазначити, що здатність виду до безстатевого розмноження не виключає здатності до статевого процесу, але ці події рознесені в часі.
Найбільш поширений спосіб розмноження одноклітинних організмів – розподіл на дві частини, з утворенням двох окремих особин.
Серед багатоклітинних організмів здатність до безстатевого розмноження мають практично всі рослини та гриби - винятком є, наприклад, вельвічія. Безстатеве розмноження цих організмів відбувається вегетативним способом або спорами.
Серед тварин здатність до безстатевого розмноження найчастіше зустрічається у нижчих форм, але відсутня у більш розвинених. Єдиний спосіб безстатевого розмноження у тварин – вегетативний.
Широко поширена помилкова думка, що особини, що утворилися в результаті безстатевого розмноження, завжди генетично ідентичні батьківському організму (якщо не брати до уваги мутації). Найбільш яскравий контрприклад - розмноження спорами у рослин, тому що при спороутворенні відбувається редукційне розподіл клітин, в результаті чого в суперечках міститься лише половина генетичної інформації, що є в клітинах спорофита (див. Життєвий цикл рослин).
Статеве розмноження
Статеве розмноження пов'язане зі статевим процесом (злиттям клітин), а також, у канонічному випадку, з фактом існування двох взаємодоповнюючих статевих категорій (організмів чоловічої статі та організмів жіночої статі).
При статевому розмноженні відбувається утворення гамет або статевих клітин. Ці клітини мають гаплоїдний (одинарний) набор хромосом. Тваринам властивий подвійний набір хромосом у звичайних (соматичних) клітинах, тому гаметоутворення у тварин відбувається у процесі мейозу. У багатьох водоростей і всіх вищих рослин гамети розвиваються в гаметофіті, що вже має одинарний набір хромосом, і виходять простим мітотичним розподілом.
За подібністю-відмінністю гамет, що виникають, між собою виділяють кілька типів гаметоутворення:
ізогамія - гамети однакового розміру та будови, зі джгутиками
анізогамія - гамети різного розміру, але подібного будови, з джгутиками
оогамія - гамети різного розміру та будови. Дрібні, що мають джгутики чоловічі гамети, називаються сперматозоїдами, а великі, що не мають джгутиків жіночі гамети - яйцеклітинами.
При злитті двох гамет (у разі оогамії обов'язково злиття різнотипних гамет) утворюється зигота, що має тепер диплоїдний (подвійний) набор хромосом. Із зиготи розвивається дочірній організм, клітини якого містять генетичну інформацію від обох батьківських особин.
