Реферат нерегулярные типы полового размножения

Обновлено: 05.07.2024

Понятие полового размножения в биологии, особенности

Половое размножение предполагает наличие двух родителей и соединение мужской и женской гамет в процессе оплодотворения. Потомство наследует смесь генов от обоих родителей, поэтому отличается друг от друга и от своих родителей.

Половое размножение — это способ размножения, при котором происходит слияние гаплоидной женской гаметы (яйцеклетки) и гаплоидной мужской гаметы (сперматозоида).

Размножение — это процесс, в ходе которого родитель(и) воспроизводит другую особь (потомство) того же вида, в этом заключается смысл. Это один из признаков, характеризующих живое существо. Под половым размножением подразумевается размножение, при котором генетический материал двух родителей объединяется для получения потомства. Две гаплоидные гаметы объединяются, в результате чего образуется генетически различное диплоидное потомство.

Слияние двух гамет происходит при оплодотворении, в результате чего образуется диплоидная зигота. Зигота развивается в индивидуальный организм, который генетически отличается от родительских организмов. Это совершенно другой вид размножения по сравнению с бесполым, при котором организм размножается без участия гамет, а полученное потомство является клоном родительского организма.

Тем не менее, половое размножение имеет преимущество перед бесполым размножением в увеличении генетической вариативности и расширении генофонда. Кроме того, оно гарантирует, что число хромосом у конкретного вида будет оставаться неизменным на протяжении нескольких поколений.

Два основных типа полового размножения — сингамия и конъюгация.

Половое и бесполое размножение: в чем разница

Существует два метода размножения: половой и бесполый. Половое размножение включает в себя такие фундаментальные процессы, как гаметогенез и оплодотворение.

Гаметогенез — это биологический процесс, представляющий собой деление клеток, в частности митоз и мейоз, для производства гамет (половых клеток). Он начинается с того, что первичные клетки делятся митотически, а затем каждая из них подвергается мейозу.

Мейоз — это форма деления клетки, при которой клетка проходит через два последовательных клеточных деления. В результате образуются четыре гаплоидные клетки. Затем каждая гаплоидная клетка проходит процесс созревания и становится полностью дифференцированной гаметой (половой клеткой).

У женщин зрелая гамета — это яйцеклетка. У мужчин зрелой гаметой является сперматозоид. Мужская гамета должна найти путь к яйцеклетке, чтобы соединиться с ней. У высших форм животных самец и самка, обычно одного вида, вступают в половой акт, чтобы сблизить гаметы для соединения.

Сперматозоид, найдя яйцеклетку, проникает в нее, чтобы их генетический материал объединился в один полный набор (диплоидный). Этот союз знаменует собой оплодотворение, и оплодотворенная яйцеклетка проходит серию митотических делений, чтобы дать начало эмбриону, состоящему из диплоидных клеток.

Оплодотворение яйцеклетки схематично:

Асексуальное размножение отличается от полового тем, что потомство было получено бесполым путем. Процесс отличается тем, что не включает в себя мейоз и оплодотворение. Более того, родительский организм производит потомство даже при отсутствии пары. Потомство, скорее всего, будет клоном родительского организма.

Асексуальное и половое размножение у грибов

Некоторые грибы способны размножаться как половым, так и бесполым путем. Грибы размножаются с помощью спор, которые они выпускают в окружающую среду. Из споры вырастает новый гриб.

Гриб Coprinus cinereus может производить споры путем полового размножения, что помогает создавать вариации вида. Такой способ размножения выгоден при изменении окружающей среды, поскольку вносимые изменения приводят к увеличению вероятности появления более адаптируемого варианта.

Coprinuscinereus также производит споры путем бесполого размножения. Эти споры могут производиться быстро и в большом количестве, что позволяет развиваться многим отдельным грибам. Недостатком этих спор является то, что они производят потомство, которое вряд ли будет устойчиво к неблагоприятным условиям, поскольку все они генетически идентичны.

Типы полового размножения

Два основных типа полового размножения — это сингамия и конъюгация.

Сингамия означает слияние гаплоидных половых клеток, в результате которого образуется диплоидная зигота. Таким образом, по сути, сингамия относится к оплодотворению. Это наиболее распространенный тип размножения в многоклеточных половых популяциях, включая человека.
Конъюгация отличается от сингамии тем, что два организма объединяются во временном слиянии (например, посредством цитоплазматического мостика) для обмена микроядерным материалом. Это можно наблюдать среди одноклеточных организмов, таких как бактерии, простейшие и одноклеточные грибы. В то время как сингамия — это постоянное слияние двух клеток, конъюгация — это временное слияние двух клеток.

Половое размножение у одноклеточных организмов

У одноклеточных организмов, таких как бактерии, половое размножение происходит путем конъюгации. Это когда две бактериальные клетки соединяются друг с другом на время, чтобы передать генетический материал через плазмиду клетки-донора клетке-реципиенту. Плазмида может быть либо одиночной, либо частью хромосомы.

У простейших животных конъюгация — это процесс, при котором два простейших, например, цилиаты, соединяются во временном слиянии для обмена микроядерным материалом, а затем расходятся. То же самое в основном происходит и в других одноклеточных организмах. У некоторых водорослей и грибов мужская гамета соединяется с женской гаметой, что приводит к объединению их ядер и последующему образованию зиготы.

Что касается вирусов, то они способны к половому размножению, поскольку были получены доказательства генетической рекомбинации между различными отдельными вирусами. Этот обмен генами уподоблялся перекрещиванию между гомологичными хромосомами во время мейоза у высших форм жизни. Тем не менее идея о том, что вирусы размножаются половым путем, оспаривается и по сей день, поскольку некоторые даже не считают вирусы формой жизни.

Сингамия у многоклеточных организмов

У многоклеточных организмов типом полового размножения является сингамия. Обычно этот процесс состоит из двух этапов. Описание:

Первый этап — это плазмогамия. Она связана с объединением цитоплазмы двух гамет.
Второй этап, кариогамия, связан с объединением ядер двух гамет. В результате этого объединения образуется одна клетка с двумя наборами хромосом. На этом этапе образовавшаяся диплоидная клетка называется зиготой. Затем зигота делится митотически, образуя эмбрион. Это означает, что каждая родительская клетка эмбриона дает начало двум дочерним клеткам, каждая из которых обладает двумя наборами хромосом.

Существует множество способов классификации сингамии.

Сингамия у растений

Жизненный цикл растений состоит из двух поколений — гаметофита и спорофита.

Поколение гаметофита — это половая фаза жизненного цикла растений. Оно начинается с гаплоидной споры, которая подвергается митозу и дает начало гаплоидному гаметофиту, несущему половые органы. Половые органы, в свою очередь, производят гаметы, впоследствии участвующие в оплодотворении. В результате соединения мужских и женских гамет образуется диплоидная зигота, которая со временем развивается в спорофит.

Поколение спорофита — это фаза жизненного цикла растения, которая начинается с зиготы и заканчивается производством спор. Спорофит производит споры в спорангии посредством мейоза. У трахеофитов (сосудистых растений) спорофит является доминирующей формой растения и находится в многоклеточной форме. Напротив, у бриофитов (таких, как мхи и печеночники), доминирующей формой является гаметофит.

Половой орган растения — цветок. Растение, имеющее как мужские, так и женские репродуктивные органы, называется однодомным. И наоборот, растение, имеющее только один тип репродуктивного органа, называется двудомным.

У цветковых растений женский репродуктивный орган — пестик, а мужской репродуктивный орган — пыльник.
Пестик содержит завязь, которая, в свою очередь, содержит яйцеклетки.
Внутри яйцеклеток находятся яйцевые клетки.
Пыльник несет пыльцевые зерна.
Внутри пыльцевых зерен находятся сперматозоиды.

Двойное оплодотворение цветковых растений. Схема:

Сперматозоиды в пыльце должны попасть в яйцеклетку, и этому способствует опыление. Существует два типа опыления: самоопыление и перекрестное опыление.

Самоопыление происходит особенно в однополых цветках, поскольку мужские и женские органы присутствуют в одном цветке.
При перекрестном опылении пыльца переносится с мужского цветка на женский. Перенос может осуществляться ветром или насекомыми.

Исходя из способа опыления, типы полового размножения у растений — автогамия (самооплодотворение) и аллогамия (перекрестное оплодотворение). Аллогамия является более распространенным типом размножения среди высших растений.

Для опыления пыльца прилипает к рыльцу пестика и прорастает по трубке через рыльце пестика, чтобы достичь рыльца, содержащего яйцеклетку.
Оплодотворение происходит, когда сперматозоид оплодотворяет яйцеклетку, а другой сперматозоид оплодотворяет ядра эндосперма.
Таким образом, зигота будет диплоидной, а эндосперм — триплоидным от соединения сперматозоида и двух женских клеток. Зигота развивается в эмбрион, а эндосперм — в питательную ткань, окружающую эмбрион внутри семени.

Сингамия у животных

Большинство животных размножаются половым путем. Поскольку поиск пары является необходимым условием такого размножения, большинство животных демонстрируют половой диморфизм, половой отбор и ритуалы ухаживания. Под половым диморфизмом понимается наличие двух форм различных полов, когда самец отличается морфологически от самки одного вида.

Например, самцы птиц имеют более красочное оперение по сравнению с оперением самок. Самки птиц выбирают себе пару, основываясь на желательных качествах. Выбор партнера и ритуалы ухаживания существуют и у других животных, включая человека.

Человеческая сингамия

Размножение у человека происходит исключительно половым путем. Этот процесс включает в себя ухаживание и выбор партнера, копуляцию, беременность, роды и дородовой уход. Партнер выбирает потенциальную пару, руководствуясь в основном качествами, обеспечивающими получение потомства.

Пара вступает в половой акт, чтобы произошло внутреннее оплодотворение. Сперма, содержащая сперматозоиды, выделяется мужчиной в репродуктивный орган женщины. Только один сперматозоид способен оплодотворить жизнеспособную яйцеклетку, образующуюся сразу же в результате мейоза. Гаплоидные половые клетки образуют диплоидную зиготу, которая затем подвергается митозу и превращается в эмбрион.

Затем у эмбриона развиваются органы, и он становится плодом внутри женской утробы. Зародыш получает питательные вещества внутри материнской утробы через пуповину. По истечении срока беременности (обычно около 266 дней) женщина рожает, выталкивая плод из родового канала. Родившийся ребенок получает питание путем лактации. Послеродовой уход продолжается до тех пор, пока ребенок не станет самостоятельным.

Преимущества полового размножения

Одним из основных преимуществ полового размножения является сохранение хромосомного числа вида в разных поколениях. У человека, например, 46 хромосом. Половина из них достается от отца, а другая половина — от матери. Перед объединением сперматозоида и яйцеклетки гаметы подвергаются мейозу, в результате которого образуются гаплоидные гаметы.

Из-за гаплоидности при объединении гамет число хромосом остается одинаковым для всех соматических клеток. Сперматозоид содержит 23 хромосомы, и яйцеклетка также имеет 23 хромосомы. Когда они соединяются при оплодотворении, зигота, которая развивается в новую особь, будет иметь одинаковое общее число хромосом — 46.

Еще одним преимущественным свойством полового размножения является большая генетическая вариативность. Во время мейоза происходит генетическая рекомбинация и обмен генами между гомологичными хромосомами. Это гарантирует, что вновь образованная зигота, хотя и содержит первоначальное число хромосом, будет обладать геномом, который генетически отличается от генома одного из родителей, а не является его клоном.

Это улучшает генофонд, поскольку повышает вероятность приобретения качеств, которые лучше приспособлены к выживанию и естественному отбору. Из-за необходимости приобретать качества, превосходящие другие, чтобы пройти отбор или получить пару для полового размножения, виды в конечном итоге эволюционируют.

Преимущества полового размножения:

создает генетические различия в потомстве, что имеет важное значение для выживания вида;
виды могут адаптироваться к новым условиям среды благодаря вариациям, что дает им преимущество в выживании;
болезнь с меньшей вероятностью поразит всех особей в популяции.

Недостатки полового размножения:

требуется время и энергия для поиска пары;
изолированная особь не может размножаться.

Большинство животных размножаются половым путем, например, кролики. Процесс полового размножения вносит разнообразие в вид, поскольку аллели, которые несут мать и отец, смешиваются в потомстве. Недостатком является то, что половое размножение занимает больше времени, чем бесполое. Необходимо найти пару, оплодотворить яйцеклетку сперматозоидом, а затем вывести потомство.

Однако преимущество внесения генетических вариаций в вид перевешивает этот недостаток. Если популяцию кроликов поразит болезнь, то, возможно, не все кролики будут поражены из-за вариативности популяции. Это означает, что некоторые особи выживут и смогут размножаться и производить больше потомства.

Для нормального полового размножения характерны два процесса: образование мужских и женских гамет и формирование в результате их слияния зародыша, способного к развитию. Однако, в природе встречаются такие типы полового размножения, где один из этих процессов отсутствует. Это нерегулярные типы полового размножения: партеногенез, гиногенез, андрогенез.

Партеногенез: половое размножение, при котором зародыш развивается из неоплодотворенной яйцеклетки. Различают две формы партеногенеза: соматический (диплоидный) и генеративный (гаплоидный).

Соматический партеногенез: яйцеклетка сохраняет диплоидный набор хромосом , поскольку в ней при мейозе не происходит редукционное деление, либо после него две гаплоидные клетки сливаются. Встречается у некоторых позвоночных (кавказская ящерица).

Генеративный партеногенез: мейоз протекает нормально, зародыш развивается из неоплодотворенной (гаплоидной яйцеклетки) Так размножаются некоторые виды членистоногих (у пчел развиваются самцы – трутни, у тлей – весеннее однополое поколение самок; у индеек – самцы).

У растений чаще всего встречается диплоидная форма партеногенеза апомиксис, разновидностью которого является апогамия (папоротники, цветковые). В последнем случае зародыш развивается из вегетативной диплоидной клетки спорофита. Апогамное размножение сочетается или чередуется с нормальным половым размножением (ястребинка, одуванчик, лапчатка и др.).

Гиногенез: вариант развития зародыша только из яйцеклетки. В отличие о партеногенеза, где участие мужской половой клетки полностью исключается, при гиногенезе сперматозоид проникает в яйцеклетку, однако слияния ядер не происходит, - сперматозоид лишь активирует яйцеклетку (круглые черви, некоторые рыбы, амфибии, некоторые высшие растения - лютик золотистый, мятлик луговой). Такое оплодотворение называется ложным или псевдогамией. При гиногенезе, как и партеногенезе, потомство получает наследственную информацию только от матери и тождественно ей по полу и признакам. Гиногенез можно вызвать искусственным путем, воздействуя на оплодотворенную яйцеклетку ионизирующими излучениями, химическими веществами, высокой температурой.

Андрогенез – развитие оплодотворенной яйцеклетки, у которой собственное ядро погибает еще до оплодотворения. Зародыш развивается за счет информации отцовского ядра и материнской цитоплазмы. Однако полноценным может быть лишь тогда, когда в яйцеклетку проникнут одновременно несколько сперматозоидов и если ядра двух гаплоидных спермиев сольются. Это создает условия для восстановления в клетке диплоидного набора хромосом. Потомство при таком размножении наследует признаки отцовского организма. Встречается редко у некоторых растений (табак, кукуруза) и животных (тутовый шелкопряд). Искусственно был вызван впервые в 40-х годах ХХ века Б. Л. Астауровым путем воздействия рентгеновским излучением на яйцеклетку тутового шелкопряда.

4. Половые клетки.

Яйцеклетка – женская генеративная (половая) клетка. Относительно крупная (от 60 мкм. до нескольких см.) неподвижная клетка обычно округлой формы; покрыта оболочкой, имеет большое количество цитоплазмы и ядро. Состав и структура цитоплазмы яйцеклеток являются видоспецифичными. В цитоплазме помимо типичных органоидов содержатся включения запасных питательных веществ в виде желтка. В ядрах клеток образуется много копий рибосомальных генов, и-РНК, обеспечивающих синтез жизненно важных белков будущего зародыша. Яйцеклетки разных организмов различаются количеством и характером распределения в них желтка. Различают несколько типов яйцеклеток. (рис…).

Изолецитальные (а) – относительно мелкие яйцеклетки с небольшим количеством равномерно распределенного желтка. Ядро располагается ближе к центру (черви, двустворчатые и брюхоногие моллюски, иглокожие, ланцетник).

Умеренно телолецитальные (б)– имеют диаметр около 1,5 – 2 мм, содержат среднее количество желтка, основная масса которого сосредоточена на вегетативном полюсе. На противоположном (анимальном), где желтка мало, находится ядро яйцеклетки (земноводные, осетровые рыбы).

Резко телолецитальные – яйца крупные (10-15мм и более), содержат много желтка, занимающего почти весь объем цитоплазмы яйцеклетки. На анимальном полюсе находится зародышевый диск с активной, лишенной желтка цитоплазмой (некоторые рыбы, пресмыкающиеся, птицы, яйцекладущие млекопитающие).

Алецитальные – имеют микроскопически малые размеры (0,1-0,3 мм), практически лишены желтка (плацентарные млекопитающие, в том числе и человек).

1 – цитоплазма; 2 – ядро; 3 – блестящая оболочка; 4 – фолликулярные клетки.

Оболочки зрелой яйцеклетки делятся на первичные, вторичные и третичные.

Первичная оболочка (желточная) пронизана тяжами фолликулярных клеток, что при малом увеличении создает картину радиальной исчерченности, поэтому эта оболочка называется лучистым венцом (corona radiate); у млекопитающих она похожа на блестящий ободок и называется блестящая оболочка (zona pellucida).

Вторичная оболочка образуется за счет продуктов выделенияфолликулярных клеток, на стадии, когда яйцо находится в яичнике. Эта оболочка, хорион, имеется не у всех яиц. Ее особенность - микропиле - отверстие, через которое сперматозоид может проникнуть в яйцо.

Третичные оболочки формируются у ряда животных (амфибии, рептилии, птицы) за счет веществ, выделяемых железами яйцевода. У птиц они представлены белком, двумя слоями подскорлуповой оболочки и скорлупой.

Сперматозоид – мужская генеративная (половая) клетка. Обычно сперматозоиды очень мелкие (у человека – 50-70 мкм, у крокодила – 20 мкм); форма у разных видов варьирует, но большинство из них имеют головку, шейку и хвост. Головка содержит ядро с гаплоидным набором хромосом (1n1хр1с) и очень небольшое количество цитоплазмы. На переднем конце головки расположена акросома – видоизмененный комплекс Гольджи, который содержит ферменты (гиалуронидазу и др.), растворяющие оболочки яйцеклетки при оплодотворении. В шейке находятся многочисленные митохондрии, которые образуют митохондриальную спираль, и центриоли. От шейки отрастает хвост, образованный микротрубочками и обеспечивающий подвижность сперматозоида. Разновидность сперматозоидов – клетки, лишенные хвоста, спермии.

Гаметогенез.

Гаметогенез – процесс образования половых клеток, гамет, обычно протекает в половых железах (гонадах). У высших организмов женские гаметы образуются в яичниках, а мужские – в семенниках. Образовавшиеся в результате овогенеза зрелые яйцеклетки, и в результате сперматогенеза зрелые сперматозоиды имеют гаплоидный набор хромосом (1n1хр1с).

В развитии половых клеток выделяют ряд стадий (или фаз).

Фаза размножения: характерна для ово- и сперматогенеза. Первичные половые клетки сперматогонии и овогонии размножаются в стенках семенника или яичка путем многократных митотических делений (2n1хр2с). У женщин размножение овогоний начинается в эмбриогенезе и завершается к 3-му году жизни. У мужчин фаза размножения начинается с наступлением половой зрелости и продолжается постоянно в течение всей жизни.

Фаза роста: овогонии и сперматогонии растут (увеличивается объем цитоплазмы, накопление веществ, необходимых для репликации ДНК, удвоения хромосом и дальнейшего деления); по завершении фазы роста они становятся овоцитами 1-го порядка и сперматоцитами 1-го порядка соответственно (2n2хр4с).

Фаза роста более выражена при овогенезе, поскольку овоциты 1 накапливают значительные количества питательных веществ. Рост овоцита 1-го порядка делят на два периода: малого и большого роста:

- малый рост – в этот период интенсивно выражены синтетические процессы, амплификация генов. Синтезированные и-РНК в основном используются развивающимся организмом после оплодотворения, и лишь небольшая доля в овогенезе;

- большой рост – изменений в ядре не происходит, объем плазмы увеличивается за счет отложения желтка (желток – вся совокупность питательных веществ клетки – белки, углеводы и жиры). Рост овоцита обеспечивается специальными механизмами питания с помощью фолликулярных клеток, соматических по своему происхождению, которые плотным кольцом охватывают овоцит. Фолликулярные клетки получают их кровеносных сосудов аминокислоты, белки, жиры и углеводы. Затем эти вещества попадают в овоцит. Запас веществ, формирующийся в период большого роста, расходуется после оплодотворения. Количество желтка зависит от длительности эмбрионального развития. Если вскоре после начала развития образуется личинка, способная питаться самостоятельно, желтка в яйце мало (у ланцетника маленькая личинка выходит через 4-5 дней после оплодотворения). Напротив, у птиц с крупным яйцом и большим количеством желтка развитие продолжается три недели и из яйцевых оболочек выходит в основном сформированный организм. Еще более продолжительный эмбриональный период у млекопитающих, но в этом случае зародыш питается за счет материнского организма и поэтому желтка в яйцеклетке очень мало. Увеличение объема яйцеклетки обусловлено увеличением объема цитоплазмы за счет накопления в ней большого количества нуклеотидов, РНК, белков. Резко возрастает объем ядра, т. к. в период роста в овоците образуется более 1 000 ядрышек, содержащих р-РНК.

Деление созревания при овогенезе характеризуется рядом особенностей:

1. Профаза 1 мейоза проходит еще в эмбриональном периоде, а остальные события мейоза продолжаются после полового созревания.

2. Каждый месяц в одном из яичников половозрелой женщины созревает одна яйцеклетка; при этом завершается мейоз 1, образуется крупный овоцит 2-го порядка и маленькое полярное (направительное) тельце, которые вступают в меоз 2;

3. На стадии метафазы 2 овоцит 2-го порядка овулирует – выходит из яичника в брюшную полость, откуда попадает в яйцевод. Дальнейшее его созревание возможно лишь после слияния со сперматозоидом. Если оплодотворение не происходит овоцит 2 погибает и выводится из организма. В случае оплодотворения он завершает мейоз 2, образуя зрелую яйцеклетку – овотиду (1n1хр1с).

Таким образом, в результате фазы созревания из каждой диплоидной клетки, обладающей двухроматидными хромосомами (2n2хр2с), формируются гаплоидные клетки с однохроматидными хромосомами (1n1хр1с ): при сперматогенезе – 4 сперматиды; при овогенезе – 1 овотида и 3 полярных тельца.

Фаза формирования: характерна только для сперматогенеза; в результате образуется подвижный сперматозоид с характерными чертами.

Таким образом гаметогенез завершается образованием генетически равноценных (1n1хр1с) половых клеток. Но эти яйцеклетка и сперматозоид неравноценны с точки зрения вклада в обеспечение развития будущего организма.

Функция сперматозоида – внесение генетической информации в яйцеклетку и активация ее развития. По своему строению сперматозоид специализирован для выполнения этой функции.

В яйцеклетке заложены все основные факторы, позволяющие организму развиваться, т. е. она специализирована для этой функции.

Сравнительная характеристика овогенеза и сперматогенеза

ОВОГЕНЕЗ	СПЕРМАТОГЕНЕЗ
Протекает в женском организме	Протекает в мужском организме
Протекает в яичнике	Протекает в семеннике
Состоит из трех фаз: размножения, роста, созревания	Состоит их четырех фаз: размножения, роста, созревания и формирования.
Завершается образование одной гаметы - яйцеклетки	Завершается образование четырех гамет- сперматозоидов.
Начинается в эмбриогенезе	Начинается при половом созревании
Завершается в конце репродуктивного периода	Продолжается в течение всей жизни

Оплодотворение.

Оплодотворение – процесс слияния сперматозоида и яйцеклетки, сопровождающийся объединением геномов отцовского и материнского организмов и завершающийся образованием зиготы. Сущность оплодотворения заключается в восстановлении двойного набора хромосом и в объединении наследственного материала обоих родителей, в результате чего потомство, соединяющее в себе полезные признаки отца и матери, более жизнеспособно: 1n1хр1с + 1n1хр1с = 2n1хр2с.

Встречу половых клеток обеспечивает процесс осеменения. Осеменение может быть наружным, когда половые продукты, содержащие сперматозоиды и яйцеклетки, выделяются в воду, где последние и встречаются (первично-водные животные – рыбы, земноводные), или внутренним, при котором самцы с помощью копулятивных органов вводят сперматозоиды в половые пути самки, где и происходит оплодотворение (членистоногие, пресмыкающиеся, птицы и млекопитающие).

Различают наружное оплодотворение, когда половые клетки сливаются вне организма, и внутреннее, когда половые клетки сливаются внутри половых путей самки. Кроме того, выделяют перекрестное оплодотворение, когда объединяются половые клетки разных особей, и самооплодотворение, которое происходит при слиянии гамет, продуцируемых одним и тем же организмом (гермафродиты у животных – плоские черви). В зависимости от числа сперматозоидов, оплодотворяющих одну яйцеклетку, выделяют моно- и полиспермию.

У млекопитающих и человека процесс оплодотворения происходит в маточной трубе, куда после овуляции попадают овоциты 2-го порядка и могут находиться многочисленные сперматозоиды.

Взаимодействие половых клеток делят на три фазы: дистантную, контактную и фазу взаимодействия после внедрения сперматозоида в яйцеклетку.

Дистантное взаимодействие обеспечивает встречу половых клеток после осеменения и ву некоторых организмов предохраняет яйцеклетку от проникновения в нее лишних сперматозоидов. Дистантное влияние яйцеклетки на сперматозоиды осуществляют гиногомоны -1 и гиногомоны- 2:

- гиногомоны-1 активирует действия сперматозоида, продлевают его подвижность;

- гиногомоны-2 (вещества белковой природы) вызывают склеивание сперматозоидов.

Влияние сперматозоидов носит несколько иной характер и обеспечивается андрогомонами-1 и аедрогомонами-2:

- андрогомоны-1 (антогонисты гиногомона-1) выделяются во внешнюю среду сперматозоидами-лидерами и подавляют активность других сперматозоидов;

- андрогомоны-2 (белковые вещества, молекулы которого встроены в мембрану сперматозоида) обеспечивают склеивание сперматозоидов путем иммунной реакции с гиногомоном-2 (рис…)

Контактное взаимодействие между сперматозоидом и яйцеклеткой осуществляется за счет акросомной реакции. У млекопитающих она возникает под действием среды женских половых органов и протекает без образования акросомного выроста. Фолликулярные клетки лучистого венца после овуляции сохраняются несколько часов. Поэтому после встречи сперматозоида с яйцеклеткой из акросомы освобождается фермент гиалуронидаза, который растворяет вещество, связывающее фолликулярные клетки вокруг яйца. Приблизившись к мембране яйца, сперматозоид сливается с его плазматической мембраной боковой поверхностью его головки. Это приводит к активации яйца с той стадии, с кото рой мейоз остановился. Реакция активации заключается в переходе зрелого яйца из состояния покоя в состояние развития. В этот период повышается проницаемость мембраны для ионов К + и Са 2+ , активируется синтез липидов, белков, изменяется вязкость и другие коллоидные свойства белков яйца.

Наиболее ярко активация яйцеклетки проявляется в кортикальной реакции: она начинается с места прикрепления сперматозоида к поверхности яйцеклетки (1). Под плазматической мембраной (2) располагаются кортикальные тельца (3), одетые своей собственной мембраной (содержат мукополисахариды, белки и другие вещества). Кортикальная реакция заключается в том, что после проникновения сперматозоида в яйцеклетку мембрана кортикальных телец слипается с плазматической мембраной. В месте слипания тельце раскрывается, его содержимое изливаеся и образует перивителлиновую жидкость, которая оттесняет желточную оболочку от поверхности ооплазмы. Желточная оболочка утолщается и становится ясно видимой и уже называется оболочкой оплодотворения.

Взаимодействие яйца и сперматозоида после его проникновения в яйцо заключается в основном в слиянии ядер (мужского и женского пронуклеусов) с образованием диплоидного ядра - зиготы. На этом процесс оплодотворения заканчивается.

Вопросы для проверки самоподготовки:

2. Перечислить способы бесполого размножения. В чем их суть? Привести примеры.

05. Нерегулярные типы полового размножения

К нерегулярным типам полового размножения можно отнести:

партеногенетическое,
гиногенетическое,
андрогенетическое

размножение животных и растений.

Партеногенез — это развитие зародыша из неоплодотворенной яйцеклетки. Явление естественного партеногенеза свойственно низшим ракообразным, коловраткам, перепончатокрылым (пчелам, осам) и др. Известен он также у птиц (индейки). Партеногенез можно стимулировать искусственно, вызывая активацию неоплодотворенных яиц путем воздействия различными агентами. Различают партеногенез:

соматический, или диплоидный,
генеративный, или гаплоидный.

При соматическом партеногенезе яйцеклетка не претерпевает редукционного деления или если и претерпевает, то два гаплоидных ядра, сливаясь вместе, восстанавливают диплоидный набор хромосом (автокариогамия); таким образом в клетках тканей зародыша сохраняется диплоидный набор хромосом. При генеративном партеногенезе зародыш развивается из гаплоидной яйцеклетки. Например, у медоносной пчелы (Apis mellifera) трутни развиваются из неоплодотворенных гаплоидных яиц путем партеногенеза.

Гиногенез. Очень сходно с партеногенезом гиногенетическое размножение. В отличие от партеногенеза при гиногенезе участвуют сперматозоиды как стимуляторы развития яйцеклетки (псевдогамия), но оплодотворения (кариогамии) в этом случае не происходит; развитие зародыша осуществляется исключительно за счет женского ядра. Гиногенез обнаружен у круглых червей, живородящей рыбки Molliensia formosa, у серебряного карася (Platypoecilus) и у некоторых растений — лютика (Ranunculus auricomus), мятлика (род Роа pratensis) и др. Гиногенетическое развитие можно вызвать искусственно, если перед оплодотворением сперму или пыльцу облучить рентгеновыми лучами, обработать химическими веществами или подвергнуть действию высокой температуры. При этом разрушается ядро мужской гаметы и теряется способность к кариогамии, но сохраняется способность к активации яйца.

Явление гиногенетического размножения имеет большое значение для изучения наследственности, так как при этом потомство получает наследственную информацию только от матери. Таким образом, при бесполом размножении, партеногенезе и гиногенезе потомство должно быть сходно только с материнским организмом.

Андрогенез. Прямой противоположностью гиногенеза является андрогенез. При андрогенезе развитие яйца осуществляется только за счет мужских ядер и материнской цитоплазмы. Андрогенез может иметь место в тех случаях, когда материнское ядро почему-либо погибает до момента оплодотворения. Если в яйцеклетку попадает один сперматозоид, то развивающийся зародыш с гаплоидным набором хромосом оказывается нежизнеспособным или маложизнеспособным. Жизнеспособность андрогенных зигот нормализуется, если восстанавливается диплоидный набор хромосом.

Размножение - присущее всему живому свойство воспроизведения себе подобных. Размножение обеспечивает преемственность и непрерывность жизни.

Выделяют две основные формы размножения: бесполое и половое.

Бесполое размножение

Бесполое размножение осуществляется только одной родительской особью без участия половых клеток. Появление дочернего организма происходит из соматических клеток.

Важно заметить, что обычно потомству передаются только мутации, которые происходят в половых клетках (гаплоидных - n). Однако в случае бесполого размножения потомству передаются мутации в соматических клетках (диплоидных - 2n).

Делением материнской клетки на дочерние размножаются все бактерии и простейшие (амеба, эвглена зеленая, инфузории, водоросли).

Обратите внимание, что у ядерных организмов (эукариот) деление клетки подразумевает митоз, а у доядерных (прокариот) - простое бинарное деление (такая разница связана с отсутствием у прокариот ядра).

Часто бесполое размножение помогает быстро увеличить численность вида, оно активируется при благоприятных условиях среды. Осенью, при наступлении неблагоприятных условий становится активно половое размножение.

Споруляция подразумевает размножение с помощью специализированных клеток - спор. Эта форма размножения распространена у растений (водорослей, мхов, папоротников, хвощей и плаунов), грибов и некоторых простейших (споровики - малярийный плазмодий).

У одноклеточной зеленой водоросли - хламидомонады, споры имеют жгутики, вследствие чего называются зооспорами. У растений процесс образования спор происходит в обособленных мешковидных образованиях - спорангиях. Споры покрыты защитной оболочкой, служат для размножения и расселения растений и грибов.

Помимо этого, споры грибов и простейших помогают им пережить влияние неблагоприятных факторов внешней среды, например пересыхание водоема. При наступлении благоприятных условий грибы и простейшие освобождаются от спор и продолжают рост и развитие.

Вариантов вегетативного размножения у растений - масса, им посвящена отдельная статья. Растения размножают с помощью клубнелуковиц, клубней, корнеплодов, корневищ, усов, отводок, черенков, луковиц, делением кустов. Прививка - также является вариантом вегетативного размножения.

В случае вегетативного размножения дочерний организм представляет собой генетическую копию материнского организма, а также имеет шанс унаследовать мутации в соматических клетках.

У некоторых животных дочерние организмы могут появляться из группы клеток - прямо на теле родительской особи. В этом случае небольшой участок тела отделяется от родительского организма и развивается самостоятельно.

Почкованием размножаются многие кишечнополостные, например - пресноводный полип - гидра.

Некоторые живые существа в ходе эволюции развили поразительную способность к регенерации (лат. re - вновь и genus - поколение) - замещению утраченной части организма.

У молочной планарии способность к регенерации развита настолько, что, если разделить ее на несколько частей, то из каждой части восстановится полноценный организм.

Является искусственным методом размножения, которым занимается отдельное направление биологии - биотехнология. Клоном называют дочернюю особь, идентичную в генетическом отношении родительской особи.

На настоящий момент бурно развивается направление выращивания искусственных органов, которые могут заменить "естественные" органы, утратившие вследствие болезней свои физиологические и анатомические свойства.

Половое размножение

Осуществляется с помощью особых половых клеток (гамет). Имеет огромное эволюционное значение, так как в результате него образуются особи с новыми комбинациями генов, новыми признаками. Такие особи являются материалом для естественного отбора.

В результате бесполого размножения появляются генетические копии материнских организмов, которые содержат точно такой же набор генов в ДНК. В этом случае при изменении условий среды, если погибает одна особь, рискуют погибнуть все "генетические копии", так как они не обладают разнообразием, имеют одинаковый генотип, а значит одинаково не приспособлены.

Половое размножение в схожих условиях выигрывает значительно, так как создает генетическое разнообразие.

В ходе гаметогенеза у мужских и женских особей образуются половые клетки (гаметы): сперматозоиды (n) и яйцеклетки (n). При оплодотворении происходит их слияние, образуется зигота (2n). Далее следует эмбриональный период развития, который переходит в постэмбриональный.

У ряда организмов существуют свои особые варианты полового процесса. Таким является процесс конъюгации у инфузорий. Конъюгация (лат. conjugatio - соединение) сопровождается обменом ядер между клетками партнеров при их непосредственном контакте.

Важно заметить, что это пример полового процесса без размножения, так как увеличения числа особей не происходит. Однако две разошедшиеся клетки после конъюгации содержат новые комбинации генов, что в дальнейшем приведет к развитию новых признаков и появлению новых свойств у их потомства.

Партеногенез (греч. παρθένος — дева, девица, девушка + γένεσις — возникновение) - одна из форм полового размножения, так называемое "девственное размножение".

При партеногенезе дочерний организм развивается из неоплодотворенной яйцеклетки. Несмотря на то, что в этом процессе не участвует мужская половая клетка, партеногенез относят к половому размножению, так как дочерний организм развивается из половой клетки - яйцеклетки.

Партеногенез выполняет важную функцию регуляции соотношения полов у пчел: из неоплодотворенной яйцеклетки развиваются самцы, из оплодотворенной - самки. Партеногенез встречается также у муравьев, термитов, тлей.

Говоря о половом размножении нельзя не упомянуть интересное явление в природе - гермафродитизм. Это явление заключается в наличии у особи как мужских, так и женских половых органов (назван по имени мифического обоеполого существа - Гермафродита). Аналогичное явление у растений называется однодомностью: и мужские, и женские цветки в таком случае расположены на одном растении.

Очевидно, что особи гермафродиты вырабатывают два типа половых клеток: и сперматозоиды (мужские гаметы), и яйцеклетки (женские гаметы). Гермафродитизм чаще встречается у низших, более примитивных животных. Гермафродитами являются многие черви, моллюски, кишечнополостные.

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Читайте также: