Урок Получить доступ за 75 баллов Размножение растений и животных

Размножение- способность к продолжению своего рода, самое характерное и необходимое свойство всех живых существ.

Оно направлено на сохранение генов отдельной особи и выживание вида в целом.

Эволюция длительное время пыталась найти способ сохранения видов, и этим способом оказался процесс размножения.

Каждый организм будь это растение, животное, или бактерия отличается своими особенностями размножения.

Но разные способы размножения подразделяются на два основных типа: бесполое и половое, которые, в свою очередь, подразделяются на различные формы.

Бесполое размножение растений и животных происходит без участия половых клеток - гамет.

Для бесполого размножения характерно наличие лишь одной особи, которая способна размножиться, то есть создать себе подобную клетку - клон.

Бесполое размножение одноклеточных организмов подразделяется на:

• обычный митоз
• шизогония
• почкование

Митотическое деление одноклеточных.

Митоз– сложное, непрямое, полноценное деление клетки, при котором клетка проходит ряд последовательных фаз, в результате которых каждая дочерняя клетка получает такой же набор хромосом, как и в материнской клетке.

Характерно для амебы, инфузории, эвглены, хлореллы.

Перед митозом одноклеточный организм должен достигнуть определенных размеров, созреть.

Далее в клетке наблюдается усиленное образование органических веществ, для построения новых органоидов, увеличение количества АТФ, удвоение ДНК.

Митоз начинается с деления ядра и распределения генетической информации между образующимися клетками, а затем происходит деление цитоплазмы (цитокинез). Дочерние клетки восстанавливают недостающие органеллы (жгутики, реснички).

Митотическое деление амебы:

Шизогония (множественное деление).

Шизогония- это процесс, при котором ядро материнской клетки (шизонта) делится на несколько ядер, а затем клетка распадается на соответствующее число одноядерных клеток.

Характерно для фораминифера, споровиков.

Характерно для хламидомонады, у которой в процессе шизогонии в клетке сначала образуется четыре ядра, а далее каждое из дочерних ядер окружается цитоплазмой и оболочкой.

Потом наступает момент разрыва общей клеточной оболочки и на свет появляются четыре одинаковых хламидомонады.

Такой же процесс характерен для вольвокса

Шизогония вольвокса:

Шизогония особенно характерна для представителей класса споровиков, одним из представителей которых является малярийный плазмодий.

В процессе бесполого размножения, шизогонии, малярийный плазмодий внутри одной клетки может образовать до 1000 дочерних клеток.

Почкование

Характерно для дрожжевых клеток (относятся к царству грибы), сосущих инфузорий, некоторых жгутиковых, споровиков.

В этом случае происходит образование дочернего ядра, а в материнской клетке формируется небольшое выпячивание цитоплазмы, куда перемещается одно из образовавшихся ядер.

Затем этот фрагмент отпочковывается и образуется мелкая дочерняя особь, у сосущих инфузорий она называется «бродяжка».

Некоторое время она растет и развивается, достигая затем размеров материнского организма.

Почкование отличается от деления тем, что отпочковавшиеся особи намного меньше материнского организма.

Почкование может быть наружным и внутренним.

При внутреннем почковании почки образуются внутри тела одноклеточного организма, в так называемой выводковой камере.

Так же, как почкование клеток дрожжей, выглядит почкование клеток одноклеточных растений и животных:

Выделяют следующие виды бесполого размножения у многоклеточных растений и животных:

• почкование
• фрагментация
• полиэмбриония
• спорообразование
• вегетативное размножение

Почкование- способ бесполого размножения, при котором дочерние особи формируются из выростов тела материнского организма (почек).

Дочерние особи могут отделяться от материнской и переходить к самостоятельному образу жизни (например, как у гидры), а могут остаться прикрепленными к материнскому организму, образуя колонии (коралловые полипы).

Почкование характерно для печёночных мхов (мох маршанция) и животных (губки, кишечнополостные, некоторые черви, оболочники).

Почкование гидры:

Фрагментация- способ бесполого размножения, при котором новые организмы образуются из фрагментов (частей), на которые делится материнская особь (плоские черви, кольчатые черви, морские звезды, спирогира, элодея).

Плоский червь- планария:

В основе фрагментации лежит способность организмов к регенерации.

Регенерация (восстановление)- способность живых организмов со временем восстанавливать повреждённые ткани, а иногда и целые потерянные органы.

При неблагоприятных условиях плоский червь- планария распадается на отдельные части. Из каждой такой части при наступлении благоприятных условий может образовываться новый организм.

Фрагментация белой планарии:

У морских звезд восстановление из отдельных частей происходит только после случайной фрагментации (например, при нападении хищника) и не контролируется, как у плоских червей.

Полиэмбриония- способ бесполого размножения, при котором новые особи образуются из частей, на которые распадается зародыш (монозиготные близнецы).

Полиэмбриония характерна для различных групп животных:

• ресничные и кольчатые черви
• членистоногие (насекомые- наездники)
• рыбы
• птицы
• млекопитающие (броненосцев)
• для человека (однояйцевые близнецы, которые всегда одного пола с идентичным набором хромосом)
• для растений

Развитие двух зародышей из одного семени растения:

Вегетативное размножение- способ бесполого размножения, при котором новые особи образуются из частей тела материнской особи (лист, стебель, корень, клубень), характерно для растений.

Человек часто применяет в садоводстве, огородничестве, селекции искусственное вегетативное размножение. Растения размножают черенками, а также путем прививок.

Черенок- отрезанный от материнского организма участок растения.

Прививка- это срастание срезанных почек или стеблевых черенков одного растения (размножаемого) с другим (укорененным).

В этом случае размножаемое растение называют привоем, а растение, к которому прививают, подвоем.

Искусственное вегетативное размножение фиалки:

Спорообразование- размножение посредством спор.

Споры- специализированные клетки или микроскопические зачатки нового организма, служащие для размножения и расселения растений.

У большинства видов споры образуются в особых органах- спорангиях.

Также споры могут образовываться внутри обычных клеток (например, у нитчатой водоросли улотрикс).

Спорообразование характерно для многоклеточных организмов: грибов, водорослей, высших споровых растений.

Вайя (листоподобный орган) папоротника:

Клонирование- появление естественным путём или получение нескольких генетически идентичных организмов путём бесполого размножения (вегетативного размножения, полиэмбрионии).

В основе получения клона лежит митоз.

Также человек научился клонировать растения и животных.

Значение бесполого размножения:

плюсы:

• сохраняет наследственные признаки в ряду поколений без изменений
• способствует сохранению выработанных приспособлений к существованию в постоянных условиях среды
• быстрое размножение как способ занять максимально возможное жизненное пространство
• для размножения требуется одна особь, поэтому если организм оказался изолированным от других представителей вида, то он может применить бесполый способ размножения, чтобы быстро увеличить численность популяции своего вида
• организмы, у которых короткий жизненный цикл, могут оставить больше потомков

минусы:

• не происходит обмен генетической информацией, что уменьшает адаптацию организмов к меняющимся условиям и может привести к их гибели
• практически не участвует в процессе видообразования и естественного отбора

Половое размножение- это процесс размножения с обязательным участием половых клеток (женских клеток, яйцеклеток, и мужских клеток - сперматозоидов)

Сперматозоиды и яйцеклетки называют гаметами.

Процесс образования и созревания гамет называют гаметогенез.

Гаметы созревают:

• в гаметангиях у многоклеточных водорослей, высших споровых растений (у высших споровых растений женские гаметангии называются архегониями, мужские- антеридиями)
• в гонадах половые железы у животных (семенники- мужские гонады; яичники- женские гонады)
• из соматических клеток у губок и кишечнополостных

В результате полового размножения появляется новый организм, сочетающий в себе признаки обоих родителей; исключением является партеногенез.

Партеногенез- одна из форм полового размножения организмов, при которой женские половые клетки (яйцеклетки) развиваются во взрослый организм без оплодотворения.

Объединение генетического материала сперматозоида и яйцеклетки происходит в ходе оплодотворения- процесса слияния половых клеток- сперматозоидов и яйцеклеток.

В результате слияния сперматозоида и яйцеклетки образуется зигота.

Зигота- это оплодотворенная яйцеклетка или клетка, которая образовалась в результате слияния мужской и женской гамет.

Зигота делится и образуется многоклеточный зародыш, из которого формируется дочернее поколение.

Выделяют следующие формы размножения:

Конъюгация наиболее простая форма полового процесса, при котором нет образования гамет, а сливаются (конъюгируют) обычные клетки.

Такую форму полового процесса мы можем наблюдать у инфузорий, спирогиры.

Изогамия- наиболее примитивная форма полового размножения, при которой женские и мужские гаметы являются подвижными и имеют одинаковые морфологию и размеры.

Характерна для низших растений: водорослей, одноклеточных водорослей хламидомонады.

Гетерогамия- форма полового размножения, при которой женские и мужские гаметы являются подвижными, но женские крупнее мужских и менее подвижны.

Характерна для низших растений, например, для зеленых водорослей и бурых водорослей, малярийного плазмодия.

Овогамия- форма полового размножения, при которой гаметы различны по форме, величине и подвижности, женские гаметы неподвижные и более крупные, мужские гаметы мелкие и подвижные.

Женские гаметы называются яйцеклетками, мужские гаметы, если имеют жгутики - сперматозоидами, если не имеют- спермиями (неподвижны, но передвигаются за счет движения воды, воздуха специальными органами самого растения)

Сравнительная характеристика яйцеклетки и сперматозоида

Значение полового размножения:

• происходит рекомбинация (перемешивание) генов, что расширяет возможности адаптации к изменяющимся условиям
• способность популяции к более быстрому изменению
• увеличивает шансы к дальнейшей эволюции вида
• создает бесконечное разнообразие дочерних геномов

Следует отметить что половое размножение- это сложный и длительный процесс, который требует обязательного участия двух особей, гаметы которых созрели для оплодотворения.

Цветок растений является органом размножения.

Именно в цветке созревают гаметы: спермии и яйцеклетки.

Тычинки являются мужскими органами цветка, где образуются пыльцевые зерна.

Каждое пыльцевое зерно состоит из вегетативной и генеративной клеток и покрыто двумя оболочками.

Из генеративной клетки образуются 2 спермия с одинарным набором хромосом.

Пестик- это женский орган цветка. В завязях пестика формируются семязачатки (один или множество в зависимости от вида растения).

В семязачатке есть зародышевый мешок, внутри которого развивается яйцеклетка с одинарным набором хромосом и центральная клетка, имеющая двойной набор хромосом.

После созревания гамет происходит опыление цветка.

Опыление- процесс переноса пыльцы с пыльника на рыльце пестика.

Двойное оплодотворение.

Когда пыльцевое зерно попадает на рыльце пестика, то из вегетативной клетки образуется пыльцевая трубка и одновременно из генеративной клетки путем митоза два спермия.

Эти два спермия перемещаются по пыльцевой трубке и достигают завязи цветка. Далее продвигаются в семязачаток и зародышевый мешок.

После того как пыльцевая трубка внедрилась в зародышевый мешок, ее головка разрывается под действием ферментов и разницы в осмотическом давлении между пыльцевой трубкой и зародышевым мешком.

В зародышевый мешок попадают два спермия:

• один спермий сливается с яйцеклеткой, образуя зиготу с двойным набором хромосом, из которой образуется зародыш
• второй спермий сливается с центральной диплоидной клеткой зародышевого мешка, образуя клетку с тройным набором хромосом, из которой образуется эндосперм- запасающая ткань

Таким образом происходит двойное оплодотворение, свойственное только покрытосеменным.

Открытие двойного оплодотворения принадлежит русскому ученому, академику С.Г. Навашину (1898).

Двойное оплодотворение:

После оплодотворения семязачаток называют уже семенем, а завязь - плодом.

Значение двойного оплодотворения.

• запасающая ткань (эндосперм) и зигота развиваются одновременно, что обеспечивает питание зародыша на самых ранних этапах его развития
• семяпочка не запасает питательные вещества, а все ресурсы тратит на развитие зародыша
• эндосперм развивается только при развитии семени (экономия ресурсов), в отличие от голосеменных, у которых развитие эндосперма происходит даже в отсутствии зародыша

Плюсы и минусы размножения семенами.

Плюсы:

• спермиям не нужна вода для распространения и перемещения к яйцеклетке, а значит растение лучше адаптировано к жизни на суше
• семя защищает зародыш, обеспечивая лучшую выживаемость
• семя содержит питательные вещества (эндосперм), необходимые зародышу для роста
• семя обычно имеет приспособления для распространения
• семя может перейти в покоящееся состояние, чтобы пережить неблагоприятные условия

Минусы:

• семена имеют относительно крупные размеры, что осложняет распространение семян по сравнению со спорами
• запасы питательных веществ делают семена привлекательной пищей для животных
• опыление в значительной степени осуществляется за счет ветра, воды, насекомых, поэтому опыление (следовательно, оплодотворение) во многом зависит от случая, особенно ветроопыление, хотя в процессе эволюции растения и выработало приспособления к лучшему опылению

У головоногих и двустворчатых моллюсков, рыб, земноводных (лягушки, саламандры) мужские и женские половые клетки просто выделяются в воду.

Мужские половые клетки, сперматозоиды, снабжённые жгутиками для передвижения должны разыскать женские половые клетки-яйцеклетки и оплодотворять их.

Этот способ оплодотворения называют внешним. Он является весьма ненадежным способом соединения половых клеток.

При таком типе оплодотворения организмы обычно образуют огромное количество половых клеток.

Например, озерная лягушка откладывает до 11 тыс. икринок, атлантическая сельдь выметывает около 200 тыс. а рыба-луна почти 30 млн.

Рыба- луна:

Огромное количество икринок погибает раньше, чем в них появятся зародыши.

Из 600 000 икринок, отложенных самкой карпа, 93% этих икринок гибнет в первые 7- 10 суток.

Количество половых клеток, которые образует организм, зависит также от степени заботы родителей о потомстве.

Например, треска выметывает 10 млн икринок и никогда не возвращается к месту кладки; африканская рыбка тиляпия вынашивает во рту не более 100 икринок; млекопитающие, обладающие сложным родительским поведением, обеспечивающим заботу о потомстве, рождают всего одного или нескольких детенышей.

В процессе эволюции, а также с выходом животных на сушу, сформировался другой способ оплодотворения - внутренний.

Так как вероятность оплодотворения яйцеклетки и выживания зиготы намного выше, то половых клеток (особенно яйцеклеток) образуется гораздо меньше.

Внутренне оплодотворение- это процесс слияния половых клеток внутри организма самки.

Внутреннее оплодотворение позволило животным (пресмыкающимся, птицам, млекопитающим) полностью оторваться от воды и освоить различные местообитания: например, пустыни, где водоёмов нет.