репродукция (възпроизводство, размножаване) - биологичният процес, чрез който се формират нови организми, възпроизвеждането от собствен вид. Размножаването е основна характеристика на всички известни форми на живот, всеки отделен организъм съществува в резултат на репродукцията. Известните методи за възпроизводство са разделени на два основни типа: сексуален и асексуален (асексуален).
При асексуално възпроизвеждане нов индивид се формира с помощта на спори или специални клетки, без участието на гамети. Разделянето на бактериалните клетки на две дъщерни клетки е пример за асексуално възпроизвеждане. Безсексуалното копиране обаче не се ограничава до едноклетъчните организми. Повечето растения, някои животни и някои други многоклетъчни организми също имат способността да се възпроизвеждат асексуално.
Сексуалната репродукция изисква участието на два индивида, обикновено от различен пол. Човешкото възпроизводство е често срещан пример за сексуална репродукция.
Сексуално и асексуално възпроизвеждане
Безполово възпроизвеждане
Асексуалното възпроизвеждане е биологичен процес, при който тялото създава генетично подобно или идентично копие от себе си, без да вгражда генетичния материал на друг индивид. Бактериите и археите споделят асексуално бинарно делене (което обаче може да бъде асиметрично), вирусите използват клетки от други организми за продуциране на нови вируси, но обикновено не поставят в гостоприемни вируси генетичния материал на клетките-гостоприемници, много безгръбначни животни (като хидра) и мая. обикновено се размножава чрез пъпкуване, мицеларните гъби се размножават с растежа на мицела.
Тези организми нямат различен пол и са способни да се „разделят“ на две или повече индивиди. Някои асексуални видове, като хидра, също могат да се размножават сексуално. Бактериите могат понякога да обменят генетична информация чрез хоризонтален трансфер на гени, а дрождите могат да се чифтосват, използвайки прост сексуален процес.
Правенето на секс не пречи непременно на асексуалното възпроизвеждане. Например, повечето растения са способни на вегетативно размножаване без семена или спори, въпреки че поло може да се размножава.
Други пътища на асексуално възпроизвеждане включват партеногенеза, фрагментация и образуване на спори, при които става въпрос само за митоза. Партеногенеза (от гръцки Παρθένος - „девствен“, „девствен“ + γένεσις "Произход", "образование") - образуването и развитието на ембрион или семе без оплождане от мъж (друг организъм). Партеногенезата се среща естествено при някои видове, по-специално при по-ниските растения, безгръбначните животни (например при водните бълхи, фона на някои пчели и кончета) и гръбначните животни (например при някои влечуги, риби, по-специално акули и много рядко - при птици ) животни. Същият термин понякога се използва и за описание на репродукцията при хермафродитни видове, способни на самооплождане.
Сексуална репродукция
Сексуалната репродукция е вид възпроизводство, при което организмите образуват потомство, което има комбинация от генетичен материал от повече от един (обикновено два) различни вида. Всеки от двата родителски организма предоставя приблизително половината от генетичната информация на потомството, произвеждайки хаплоидни гамети. Повечето организми образуват два различни вида гамети. При едноязичните видове гаметите са различни, в този случай се разграничават два пола - мъжкият (произвежда сперма или микроспори) и женският (произвежда яйца или мегаспори). Крайният случай на анизогамия, когато гаметите са много различни, се нарича oogamy. При изогамните видове гаметите са сходни или идентични по форма, въпреки че могат да имат различни индивидуални свойства и следователно имат различни имена. Например в зелените водорасли Chlamydomonas reinhardtii съществуват така наречените „плюс“ и „минус“ гамети. Няколко вида организми, като цилиарни, имат повече от два вида гамети.
Повечето животни (в частност хората) и растенията обикновено се възпроизвеждат сексуално. Гениталните организми имат две групи гени за всяка черта (така наречените алели). Потомците наследяват по един алел за всяка черта от всеки от родителите, така че потомците са гарантирани, че имат комбинация от родителски гени. Наличието на две копия на всеки ген често позволява на организма да гарантира наличието на жизнеспособен организъм, дори ако един от гените е повреден.
Носенето не е задължително да привлича два индивида, за много организми е възможно и самооплождане. За да се опише първият случай, се използва терминът алогамия - оплождането на яйцеклетка от един индивид от сперма на друг. Обратният случай, автогамия или самооплождане, се случва при хермафродитни организми, където две гамети от един и същи организъм се сливат. Въпреки че сексуалният апарат участва в автогамия, потомството получава гени само от един родител, тоест пример за безсексуално възпроизвеждане.
Сравнение на два вида развъждане
Организмите, които се възпроизвеждат чрез асексуален механизъм, изразходват значително по-малко ресурси за възпроизвеждане и са в състояние бързо да увеличат числеността на популацията. Въпреки това, сексуалното възпроизвеждане има и няколко предимства, тъй като "сексуалните" организми имат повече възможности за адаптиране към условията на околната среда. За да се осигури достатъчно ниво на генетични промени, адаптиране към новите условия, и двата вида организми трябва да осигурят определено ниво на мутации в геномите си. Въпреки това, асексуалните организми в същото време губят първоначалните си варианти на гени, съхранявани в популацията. Освен това организмите със сексуална репродукция могат да се променят много повече, ускорявайки процеса на еволюция. Предимствата на сексуалното възпроизводство се доказват от факта, че генетичен алгоритъм, математически модел, изграден на неговата основа, има значителни предимства за намиране на минимум на сложна многоизмерна повърхност от еволюционните алгоритми, подобни на безсексуалното възпроизвеждане.
Много организми могат да се размножават както сексуално, така и асексуално. Гнилите, лигавиците, морските анемони, някои видове морски звезди и повечето растения имат способността да се размножават чрез пъпкуване или фрагментиране.
Когато външните фактори са благоприятни, обикновено се използва асексуално възпроизвеждане, максимално използвайки ресурсите на околната среда. Популацията в този случай нараства експоненциално, а асексуалното възпроизвеждане предпочита бърз растеж.
Когато източниците на храна се изчерпват, климатът се влошава или настъпва друга неблагоприятна промяна, тези организми преминават към сексуална репродукция. Сексуалната репродукция гарантира смесване на генофонда на вида. Промените, получени от потомците в резултат на сексуална репродукция, позволяват на някои индивиди да се адаптират по-добре към оцеляването в новите условия и да осигурят механизъм за селективна адаптация. Освен това сексуалното възпроизводство често води до формирането на стабилен жизнен етап, който може да издържи на състояния, които заплашват асексуално потомство. Следователно семената, спорите, яйцата, какавидите и други етапи на "зимуване" гарантират оцеляване през неблагоприятно време и дават възможност на тялото да "чака" за подобряване на външните условия.
Асексуалното възпроизвеждане възниква много по-рано сексуално в процеса на еволюция. Смята се, че това е първият вид възпроизводство, възникнал, когато организмите придобиват личност. Въпреки че ползите от сексуалното възпроизводство сред многоклетъчните организми са добре известни, техният количествен принос и еволюцията на сексуалната репродукция все още се изучават активно.
Развъдни стратегии
K- и r-стратегии
Някои организми, като хората, достигат пубертета само след доста значителен период от време след раждането, но също така произвеждат малък брой потомство по време на него. Други се възпроизвеждат бързо, но при нормални обстоятелства повечето потомци не живеят, за да са зрели. Например, заек (достига пубертета 8 месеца след раждането) дава 10 до 30 потомство годишно, а плодова муха Drosophila melanogster (достига пубертета за 10-14 дни) дава до 900 потомци годишно. Тези две основни стратегии са известни като K-селекция (малко потомци) и r-селекция (съответно много потомци). Избраната от еволюцията стратегия ще зависи от различни обстоятелства. Животните с малко потомство могат да отделят повече ресурси за отглеждане и защита на всяко отделно дете, намалявайки нуждата от много потомци. От друга страна, животните с много потомци могат да отделят по-малко ресурси за всяко отделно дете. Много от тези деца ще умрат скоро след раждането, но обикновено остава достатъчно за поддържане на постоянно население.
Множество и единични организми
Друг вид стратегии за възпроизвеждане на многоклетъчни организми са стратегии за единично и множество плодовитост. Едноплодните организми (едногодишни и двугодишни растения, много насекоми и няколко гръбначни животни, включително розова сьомга и змиорка) се възпроизвеждат в един акт през целия живот на организма. Множество организми (повечето животни, гъби и трайни насаждения), от друга страна, се размножават непрекъснато или периодично през пубертетния период, което обикновено представлява значителна част от живота.
Размножаването е свойството на живите организми да възпроизвеждат подобни индивиди. Животните се размножават асексуално и сексуално. Асексуалното размножаване е характерно главно за по-ниските животни. По време на асексуално възпроизводство част от тялото й се отделя от индивида майка или цялото индивид е разделено на две или повече части, всяка от които се развива в независимо животно. Има няколко начина за асексуално възпроизвеждане на животни: разделяне, пъпкуване, шизогония (фиг. 23).
Уплътняването е такова безсексуално размножаване, когато върху тялото на майката се образува израстък (бъбрек), който постепенно придобива формата и структурата на възрастно животно. След отделянето (пъпката) от майчиния организъм, новият индивид започва да води самостоятелен живот.
При някои многоклетъчни животни (обикновено живеещи във вода) се наблюдава външно оплождане: и яйцата, и сперматозоидите се освобождават във водата, където се сливат. Други животни се характеризират с вътрешно оплождане и e: сперматозоидите се въвеждат в женския генитален тракт и там се извършва актът на оплождане на яйцеклетката със сперма.
Методи за възпроизводство на животни
Безполово възпроизвеждане.
В животинския свят има редица методи за възпроизводство, например директно деление или пъпкуване, характерно за по-ниските безгръбначни, както и партеногенезата, наблюдавана дори при по-високите гръбначни животни. Ясно е, че именно асексуалното възпроизвеждане представлява най-простият и най-малко енергоемкият начин за увеличаване на броя на индивидите. По някаква причина обаче в процеса на еволюция възникнал сложен процес на сексуално възпроизвеждане, свързан с много проблеми и условности.
Сексуална репродукция
1. Конюгация. Сексуалната репродукция се появява при животни, които вече са на най-ниските нива на еволюционната стълбица. И така, вече в най-простите едноклетъчни микроорганизми - реснички, размножаващи се чрез директно деление, се наблюдава т. Нар. Конюгация, която е един вид аналог на половия процес. В процеса на конюгиране два цилиндъра сякаш растат заедно за известно време, през което се обменя наследствена информация. Тогава ресничките се изключват и след това всеки продължава да споделя самостоятелно.
2. Партеногенеза. При редица безгръбначни животни, както и при много гръбначни животни, има явление като партеногенеза, при която женските снасят яйцата си или раждат живи малки, без участието на мъжки. От тези яйца се излюпват само женски или се раждат по този начин и е интересно, че в природата има цели местни популации от подобни видове. Подобна популация от скални гущери е открита в Армения. В останалите си местообитания този съвсем обикновен вид се възпроизвежда по обичайния начин.
Партеногенезата в експериментални условия е възможна дори при бозайници. За целта е необходимо по някакъв начин да се стимулира неоплоденото яйце да се раздели, което е възможно по различни начини, например, просто чрез прилагане на инжекция с микроигла.
3. Хермафродитизъм. Редица безгръбначни животни имат хермафродитизъм, при който всеки индивид има както мъжки, така и женски полови жлези. Сред най-известните животни хермафродитите са например земни червеи, пиявици и много видове охлюви. Въпреки факта, че при такива животни всеки индивид произвежда както яйца, така и сперматозоиди, те се чифтосват помежду си, произвеждайки взаимен обмен на полови клетки. В големи, без черупкови мекотели, аплисия или морски зайци, живеещи в крайбрежната зона на морето, до 10-12 индивида могат едновременно да участват в процеса на оплождане, играейки както ролите на мъжки, така и на ролите на женските.
Въпреки наличието на зародишни клетки от двата вида при хермафродитните животни, те рядко прибягват до самооплождане и, напротив, обикновено са склонни да се чифтосват с други, за предпочитане несвързани, индивиди.
4. Промяна на пола. При някои животни, включително редица видове риби, промяната на пола настъпва с възрастта. Така че при добре известни акваристи, риби меч, е доста често срещано преобразуване на жени на средна възраст в мъжки. В същото време ксифоидният процес на опашката расте само при мъжете и те започват да проявяват типично сексуално поведение, успешно оплождат женските. Подобно явление се наблюдава при дребни риби морски джункъри, живеещи в крайбрежната зона на Черно море. При някои видове риби се забелязва и обратният процес: трансформацията на мъжките в женски.
5. Редуването на сексуален и асексуален тип репродукция. При безгръбначни животни като чревни, червеи от различни видове, ехинодерми, паралелно има както сексуално, така и асексуално възпроизвеждане. За много безгръбначни се характеризира с редуването на сексуални и асексуални поколения. Така например, кораловите полипи, които много активно нарастват поради вегетативно размножаване, периодично произвеждат огромен брой подвижни мъжки и женски зародишни клетки. Оплождането става във водния стълб. От получените зиготи се развиват подвижни ларви, които се заселват върху подходящ субстрат и пораждат нови коралови колонии. По подобен начин се размножават всички прикачени форми: гъби, бриозои, хидроидни полипи и др.
При някои видове се наблюдава редуване на партеногенезата с нормална сексуална репродукция. Така например листните въшки се размножават през цялото лято чрез живо раждане, при което неоплодените женски раждат само женски. Младите женски листни въшки започват да раждат следните жени на възраст от няколко часа.
Така през лятото преминава огромна поредица от асексуални поколения. Зоолозите са изчислили, че ако оцелее цялото потомство на една листна въшка, то за едно лято тя може да покрие цялото земно кълбо с непрекъснато одеяло. За щастие, тъй като много други животни се хранят с листни въшки, това не се случва. Изглежда, че този метод за размножаване на листни въшки е много успешен и не изисква много да се желае. Въпреки това през есента много листни въшки снасят яйца, мъжете, които оплождат сравнително малък брой женски, се излюпват.
Докато през есента повечето листни въшки, завършили своя жизнен цикъл, умират.
Текуща страница: 9 (общо книгата има 27 страници) [наличен пасаж за четене: 15 страници]
Глава 2. Размножаване и индивидуално развитие на организмите
След като изучите тази глава, ще научите:
как се размножават различни видове живи организми;
по какви методи клетката се дели;
как се образуват гамети и настъпва оплождане;
как се развива ембрионът.
Размножаването е едно от най-важните свойства на живите организми. Всички живи същества са способни да се размножават без изключение. Само възпроизвеждането, тоест възпроизвеждането по техен вид, позволява на всички видове бактерии, гъби, растения, животни да оцелеят.
Методите за размножаване в различни организми могат да бъдат много различни един от друг, но клетъчното делене е в основата на всеки тип репродукция.
Клетъчното делене обаче се случва не само по време на възпроизводството на организми, както се случва при едноклетъчните същества - бактерии и най-обикновени. Развитието на многоклетъчен организъм от една клетка включва милиарди клетъчни деления. В допълнение, продължителността на живота на многоклетъчен организъм надвишава живота на повечето от съставните му клетки. Следователно почти всички клетки на многоклетъчните същества трябва да се разделят, за да заменят умиращите клетки. Интензивното клетъчно деление е необходимо за нараняване на организма, когато е необходимо да се възстановят увредените органи и тъкани.
§ 31. Форми за размножаване на организми. Безполово възпроизвеждане
1. Кой е най-старият вид развъждане?
2. Способни ли са за размножаване всички живи същества?
репродукция - Това е универсално свойство на живите организми, което се състои в способността да произвеждат индивиди от техния вид, подобни на себе си. Благодарение на размножаването се случва безкрайна промяна на поколения от всеки вид. В процеса на възпроизвеждане могат да се появят уникални комбинации от генетичен материал, което да доведе до появата на наследствени промени в организма. Така възниква генетичното разнообразие на индивиди от един и същи вид и се полагат основите на променливостта и по-нататъшното развитие на вида.
Възпроизвеждането е необходимо условие за съществуването на живот на Земята.
Безполово възпроизвеждане. Най-старата форма на възпроизвеждане на нашата планета е асексуално възпроизвеждане. Той се състои в деленето на едноклетъчен организъм (или една или повече клетки от многоклетъчен организъм) и формирането на дъщерни индивиди. По-често тази форма на размножаване се среща при прокариоти, растения, гъби и най-често протозои, наблюдава се и при някои животински видове.
Видове асексуално възпроизвеждане. Помислете за основните видове асексуално възпроизвеждане.
Възпроизвеждане чрез разделяне. При прокариотите, преди разделянето, единствената пръстенна хромозома се удвоява, между двете дъщерни хромозоми се появява дял и клетката се разделя на две.
Много едноклетъчни водорасли (например хламидомона, зелена еуглена) и протозои (амеби) се разделят чрез митоза, образувайки две клетки.
Размножаване чрез спори. спорове - Това са специализирани хаплоидни клетки на гъбички и растения (да не се бърка с бактериалните спори!), Които служат за размножаване и разселване. При гъбичките и по-ниските растения спорите се образуват от митоза, при по-високи растения в резултат на мейоза.
В семенните растения спорите са загубили функцията си за разселване, но са необходима стъпка в репродуктивния цикъл.
Вегетативно размножаване. Описаните по-горе методи за асексуално възпроизвеждане се комбинират в това, че новият организъм във всички тези случаи се развива от една клетка на едноклетъчен или многоклетъчен родител. Въпреки това, много често при асексуално възпроизвеждане на многоклетъчни организми, поколението се развива от групата на родителските клетки. Този метод на асексуално възпроизвеждане се нарича вегетативно. Има няколко вида вегетативно размножаване. Първият е размножаване на растенията по части от вегетативни органи (част от тала, стъблови резници, коренови резници) или специални модификации на издънките (коренище, луковица, грудка).
Друг вид вегетативно размножаване е фрагментация, - процес, основан на регенерация. Така например фрагмент от тялото на земен червей поражда цял индивид. Трябва обаче да се има предвид, че при естествени условия фрагментацията е рядка, по-специално при полихетите, плесенните гъбички и някои водорасли (спирогира).
Третият вид вегетативно размножаване е пъпкуване. В този случай групата на клетките на родителя започва да се дели последователно, раждайки дъщеря, която за известно време се развива като част от тялото на майката и след това се отделя от нея (сладководна хидра) или образува колонии от много индивиди (коралови полипи).
Значението на асексуалното възпроизвеждане. Безполовото размножаване ви позволява бързо да увеличите броя на индивидите от този вид при благоприятни условия. Но при този метод на възпроизвеждане всички потомци имат генотип, идентичен на родителя. Следователно, при асексуално възпроизвеждане практически няма увеличение на генетичното разнообразие, което би могло да бъде много полезно, ако е необходимо, за адаптиране към променящите се условия на живот. Поради тази причина огромната част от живите организми периодично или постоянно се размножават сексуално.
Безполово възпроизвеждане. Вегетативно размножаване.
1. Каква репродукция се нарича асексуална?
2. Какви видове асексуална репродукция се различават?
3. Какво е биологичното значение на асексуалното възпроизвеждане?
Специален вид вегетативно размножаване на организмите е polyembryony. В този случай ембрионът на висшите животни скоро след формирането е разделен на няколко фрагмента, всеки от които независимо се развива в пълноценен индивид. Това разделение на ембрионите се намира например в броненосеца. Полиембрионът включва и формирането на еднакви близнаци при хората. В този случай зиготата, получена от конвенционалното торене, раздробяване, образува ембрион, който по причини, които не са напълно разбрани, се разделя на няколко части. Всяка от тези части следва пътя на нормалното ембрионално развитие, в резултат на което се раждат две или повече почти еднакви бебета, задължително от един и същи пол. Раждаемостта на еднояйчните близнаци не надвишава един случай на 250 конвенционални раждания. Но понякога отделянето на зараждащия се ембрион е непълно. В този случай възникват организми, които имат общи части на тялото или вътрешни органи. Такива еднакви близнаци се наричат \u200b\u200bсиамски, в чест на Чанг и Енг Банкерс, родени в Тайланд (тогава Сиам) (фиг. 50). Чанг и Енг бяха свързани в областта на гръдния кош със стегнат лигамент с дебелина около 9 см. Дори в онези години вероятно можеха да се разделят с операция, но не се съгласиха на това. След като се ожениха за две американски сестри, те станаха проспериращи фермери. Техните съпруги са родили общо 22 деца.
Понякога природата прави по-сериозни грешки. Във Франция, тийнейджърка, която страдаше от анемия и кривина на гръбначния стълб, неочаквано намери плод в коремната кухина по време на медицински преглед. Този ембрион обаче не е в матката, а е свързан от кръвоносни съдове с съдовете на коремната кухина, тъй като ембрионът бързо расте, трябваше да бъде отстранен хирургично, в противен случай „майка му“ ще умре. Ембрионът достига 30 см дължина. Как може да възникне такава грешка в природата? Очевидно една от клетките в коремната кухина на момичето започна да се руши по същия начин като зиготата след оплождането и даде ново човешко тяло. Обаче ембрионът първоначално е бил обречен и никога няма да може да се превърне в пълноценно здраво дете, тъй като се е развил на неправилно място и не е снабден с необходимите хормони и хранителни вещества. След отстраняването на ембриона момичето бързо се възстановява и вътрешните й органи, притиснати от нарастващия ембрион, започват да се развиват нормално.
Фиг. 50. Сиамски близнаци
Обсъдете какви заключения могат да се направят от анализа на тази информация.
§ 32. Форми за размножаване на организми. Сексуална репродукция
1. Какво е предимството на сексуалната репродукция пред асексуалните?
2. Дайте примери за организми, които се размножават главно асексуално.
Методи за сексуално възпроизвеждане. По време на сексуалната репродукция индивидите от всяко следващо поколение възникват в резултат на сливането на две специализирани хаплоидни клетки - т.е. гамети. Най-често гаметите се образуват в специалните органи на мъжете и жените. Биологичното значение на сексуалното възпроизводство е да се комбинира генетичната информация на родителските индивиди, като по този начин се увеличава генетичното разнообразие на потомството и неговата жизнеспособност.
Очевидно исторически по-древните бисексуални животни - хермафродити, като чревни, плоски и анелиди, някои мекотели. Но в хода на еволюцията започна да надделява двудомни видове.
Сексуалният процес възникна много отдавна. Най-простите му форми се наблюдават при бактерии и протозои. Например при цилиотите се нарича сексуалният процес спрежение. По време на двата си цилиарта се събират и обменят части от генетичен материал помежду си. В същото време и двата цилиндъра придобиват нови свойства, полезни за оцеляване при променящи се условия на околната среда. Броят на индивидите обаче не се увеличава, поради което конюгирането в цилиатите се нарича сексуален процес, а не репродукция.
При някои едноклетъчни организми се наблюдава един вид сексуален процес, който се нарича копулация. При копулирането цели клетки-организми се превръщат в гамети, неразличими една от друга и се сливат, за да образуват зигота. В най-древните организми се образува само един вид гамета; не може да се каже дали са жени или мъже. Този тип сексуален процес се нарича isogamy. В процеса на еволюция обаче се появяват значителни разлики между женски гамети (овули) и мъжки (сперматозоиди). В момента яйцата на огромното мнозинство животни са големи и неподвижни, а сперматозоидите са много малки и могат да се движат. Този тип сексуален процес (при който се образуват два вида гамети) се нарича heterogamy.
Яйце. При животните яйцата се образуват в женските полови жлези - яйчниците. Обикновено яйцата са заоблени, сравнително големи клетки, които съдържат запас от хранителни вещества в цитоплазмата под формата на жълтък. В допълнение към ДНК, в ядрените ядра има и резервни мРНК, в които е записана структурата на редица най-важни протеини на бъдещия ембрион. Яйцата на животните са разделени на няколко вида, в зависимост от броя и характера на разпределението на жълтъка в клетката. Например при мекотели и ланцет жълтъкът се разпределя равномерно по цялата клетка, сърцевината е в центъра, а яйцето е малко. При някои риби, птици, влечуги и бозайници, които снасят яйца, има много жълтък в клетката, а цитоплазмата с ядрото е изместена към един от полюсите на клетката. Самата яйцеклетка при тези животни може да бъде много голяма. При плацентарните бозайници яйцата са малки, диаметърът им е 0,1-0,2 мм. Те практически не съдържат жълтъка и бъдещият ембрион ще може да се храни само за сметка на тялото на майката.
Сперматозоидите. При животни спермата се образува в мъжките полови органи - тестиси. При повечето бозайници, включително и хората, тестисите са разположени в специална изпъкналост на коремната стена - скротума. Скротумът изпълнява ролята на „физиологичен хладилник”, тъй като благодарение на него температурата се поддържа в тестисите по-ниска, отколкото в цялото тяло - 33–34 ° С. Тази температура е предпоставка за узряването на нормалните сперматозоиди.
Обикновено сперматозоидите са много малки клетки. Например, дължината на главата на човешкия сперматозоид е само 4,5–5,5 µm. Състои се от глава, която е почти изцяло заета от ядро \u200b\u200bс хаплоиден набор от хромозоми; шията, в която има структура, подобна по структура на центриолите, и митохондриите; опашката, образувана от микротрубочки и осигуряваща подвижност на целия сперматозоид. Пред главата на спермата е модифициран комплекс на Голджи, наречен акрозомната. В него се съхранява специален ензим, който е необходим за разтваряне на яйчената черупка, без която оплождането е невъзможно.
Гаметите. Хермафродити. КонЬгирането. Съвъкупление. Isogamy. Heterogamy. Яйчниците. Семенни растения.
1. Каква е разликата между спрежение и копулация?
2. Къде се образуват яйцата?
3. За какво е акрозом на сперматозоидите?
Яйчникът на колаканта на рибата с колакант има диаметър около 10 см, а хрущялната риба на херинга акула - до 23 см
§ 33. Развитие на зародишните клетки
1. В какви жлези се развиват гамети?
2. Какъв е наборът от хромозоми в гамети?
Гаметогенезата. Нарича се процесът на образуване на зародишни клетки - гамети гаметогенезата. Нарича се образуване на яйца овогенезата, и сперматозоиди - сперматогенезата.
Между тези два процеса има много общо (фиг. 51) и в тях се разграничават няколко фази.
Нарича се първата фаза на гаметогенезата размножителна фаза. По време на тази фаза първичните зародишни клетки се размножават чрез митоза, запазвайки диплоидния набор от хромозоми в ядрата. По този начин броят на бъдещите гамети се увеличава. При мъжете бозайници (включително хората) този процес протича от момента, в който пубертетът настъпва до старостта. Но при женските бозайници първичните репродуктивни клетки се разделят само в периода на развитие на плода на плода и остават в покой до пубертета.
Втората фаза на гаметогенезата е фаза на растеж. През този период бъдещите сперматозоиди и яйцеклетки се увеличават по размер, настъпва репликация на ДНК и се съхраняват вещества, необходими за последващи деления.
Третата фаза на гаметогенезата се нарича фаза на зреене. По време на тази фаза бъдещите гамети се разделят чрез мейоза, в резултат на което се получават 4 хаплоидни клетки от всяка диплоидна клетка.
Характеристики на сперматогенезата и оогенезата. С образуването на сперматозоиди всяка от четирите дъщерни клетки е пълна и способна да оплоди яйцеклетката. Но когато яйцата узреят, мейотичното деление протича по различен начин: цитоплазмата се разпределя неравномерно между дъщерните клетки. В този случай само една от получените четири клетки се превръща в жизнеспособно яйце, а останалите три дъщерни клетки се превръщат в т.нар. ръководни тела с минимално съдържание на хранителни вещества (виж фиг. 51), които след това се унищожават. Смисълът на образуването на водачи е да се намали броят на зрелите, способни да оплождат яйца. И в резултат на това зрялото яйце има достатъчно хранителни вещества.
При сперматогенезата се разграничава друга, последна фаза - фаза на формиране. Същността му се състои във факта, че сперматозоидите имат специфични адаптации, по-специално жълтеник, и те придобиват подвижност.
Въпреки факта, че много голям брой яйца са положени в женския ембрион, само няколко от тях узряват. През периода, когато една жена е способна да роди дете, накрая се образуват около 400 яйца. Една сперматозоидна клетка през живота на човек узрява много - до 10 10.
Фиг. 51. Схема на гаметогенезата при хората
Както вече казахме, оогенезата при бъдещо момиче започва на ембрионалните етапи и до момента, в който се роди, тялото й вече има пълен набор от бъдещи яйца. Те се съхраняват в яйчниците в покой до пубертета, а след това под влияние на хормони месечно влизат в лумена на яйцепровода и напредват в матката. Именно в този момент може да настъпи оплождане. Преди яйцето да напусне яйчника, първото разделение на мейозата завършва, а второто разделение достига до метафазата. Завършва едва след оплождането, ако има такова.
По време на деленето зародишните клетки са особено чувствителни към действието на различни вредни фактори: радиация, химикали (алкохол, наркотици, отрови и др.). Доза радиация, която не причинява забележими промени в тялото, може да доведе до значителни щети на гамети. Особено опасни неблагоприятни ефекти за яйцата. В края на краищата тези клетки започват да се образуват дори в ембриона и тяхното снабдяване не може да се попълва през целия живот. Следователно, с всеки вреден ефект върху яйцата се увеличава вероятността от генетични отклонения в потомството.
Гаметогенезата. Овогенезата. Сперматогенезата. Ръководни органи.
1. Къде се образуват зародишни клетки при животни?
2. Какво, като правило, зависи от размера на яйцата?
3. Какви са фазите на гаметогенезата?
4. Какви са структурните особености на спермата?
5. Кога и къде завършва митозата с узряването на яйцата?
6. Какво представляват ръководните тела? Какъв е смисълът от тяхното образование?
7. Какво може да наруши нормалния процес на гаметогенезата?
Фактът, че спермата, съдържаща се в семенната течност, е необходима за оплождането на яйцеклетка, е доказан през 18 век. Италианският игумен Лазаро Спаланзани. Той носеше специални копринени бикини на мъжки жаби и жаби през сезона на чифтосване, а семенната течност не можеше да оплоди яйцата на женските. Следователно, развитието на поповете не се е случило.
§ 34. Торене
1. Кои животни имат външно оплождане?
2. Кои растения имат двойно торене?
3. В коя част на цветето се развива яйцето?
Торене и неговите видове. Процесът на сливане на гамета се нарича оплождане. В резултат на оплождането на хромозомите яйцеклетката и спермата са в едно и също ядро, образувано зигота - първата клетка на нов организъм.
На мястото на преминаване на торенето се разграничават два вида.
външен оплождането се извършва извън тялото на женската, обикновено във водна среда. Характерна е за риби, земноводни, повечето мекотели и някои червеи.
Почти всички сухоземни и някои водни видове живи същества вътрешен оплождане, при което се среща "срещата" на спермата и яйцеклетката в женския генитален тракт.
При бозайниците оплождането се случва в яйцепроводи на женската. Яйце, движещо се към матката, се намира там със сперматозоиди и контактът им се улеснява от специални химикали, освободени от яйцеклетката. Тези вещества активират сперматозоидите и им позволяват да "разпознаят" яйцеклетката. При контакт с яйцеклетката акрозомата на спермата се унищожава, докато намиращият се в нея ензим хиалуронидаза започва да разтваря яйчената мембрана (фиг. 52). Обаче количеството хиалуронидаза, отделяно от една сперма, не е достатъчно; необходимо е ензимът да се отделя от хиляди сперматозоиди. Само в този случай един от тях ще може да проникне в яйцето. Веднага след като е настъпило проникване, около яйцето се образува специална силна мембрана, която не позволява на други сперматозоиди да влизат в нея.
Сперматозоидното ядро \u200b\u200bв цитоплазмата на яйцеклетката нараства до размера на ядрото на яйцеклетката. Ядрата се придвижват една към друга и се сливат. Така в образуваната клетка - зигота - диплоидният набор от хромозоми се възстановява и започва фрагментацията му.
Така че човек се нуждае само от една сперма за оплождане. Оплождането обаче е възможно само когато около 300 милиона сперматозоиди навлизат в женския генитален тракт! Дори да има 2 милиона, тогава торенето няма да се случи. Защо имате нужда от толкова много сперматозоиди?
Фиг. 52. Понятието за оплождане при бозайници
Сперматозоидите трябва да преминат дълъг и труден път през матката и яйцепровода. Не всички сперматозоиди са в състояние да го преодолеят. Ако сравним размерите на спермата и човека, тогава последният ще трябва да измине 10 км, за да извърви път, подобен на пътя на спермата. Освен това сперматозоидите се движат по яйцепровода, за да посрещнат потока на течността, което създава допълнителни препятствия за тях. И накрая, много сперматозоиди също са необходими, за да изолират достатъчно количество хиалуронидаза, която разтваря яйчената мембрана.
Двойно торене. Специален вид торене характеризира най-многобройната и просперираща група растения - покритосеменни растения. Нарича се двойно торене.
В прашници на тичинки от майчините клетки, хаплоидни микроспорите. Всяка микроспора се разделя, образувайки две също хаплоидни клетки - вегетативната и генеративен, които формират цветен прашец. Поленовото зърно е покрито в две черупки. Поленовото зърно е мъжки гаметофит. Когато поленовите зърна попаднат на стигмата на вредител (фиг. 53), вегетативните клетки поникват, образувайки цветен прашец която в растежа си има тенденция към яйчниците. Генеративната клетка се придвижва в прашеца, разделя се, образувайки две неподвижни сперма.
Фиг. 53. Двойно торене при покритосеменни растения
Четири хаплоиди се образуват в яйчника от майчината клетка в резултат на мейоза megaspory. Три от тях умират, а един продължава да се дели, образувайки се торба зародиш с няколко хаплоидни клетки, една от които е яйцеклетката. Две хаплоидни клетки се сливат, за да се образуват централната диплоиден клетката. Зародишната торба е женски гаметофит. След като поленната тръба прерасне в яйцеклетката, един от сперматозоидите опложда яйцеклетката и се образува диплоидна зигота. Друга сперма се слива с централната клетка на ембрионалния сак. Така при покритосеменните растения по време на оплождането се случват две сливания, т.е. двойно оплождане. В резултат на първата от тях възниква зигота, от която се развива диплоиден зародиш на семето и в резултат на втората - триплоидна централна клетка, от която след това се формира ендосперма (съхранение на хранителна тъкан), поради което се подхранва развиващият се ембрион на ново растение. Този процес е открит от руския ботаник С. Г. Навашин през 1898 година.
Ролята на асексуалното и сексуалното възпроизвеждане. Сравнявайки двата метода на възпроизводство - асексуален и сексуален, може да се заключи, че асексуалната репродукция води до появата на индивиди, които са генетични копия на родителя. Този метод е идеален за размножаване в стабилни, непроменящи се условия на околната среда. Напротив, сексуалното възпроизвеждане насърчава рекомбинацията на родителските гени и съответно разнообразието на потомството. Този метод на размножаване е много важен за еволюционния напредък на един вид във вечно променяща се среда.
Торенето. Zygote. Двойно торене. Микроспорите. Поленово зърно. Megaspory. Торба за кълнове.
1. Какъв процес се нарича оплождане?
2. Какъв набор от хромозоми има зигота?
3. Защо процесът на осеменяване при покритосеменните растения се нарича двоен? Какво е предимството на двойното торене при покритосеменните растения?
4. Какъв е наборът от хромозоми в ендоспермните клетки на ангиоспермите?
Безполово размножаване. Партеногенезата, която се среща при някои растения, насекоми, червеи, влечуги и птици, е специална форма на полово размножаване. При този метод на възпроизводство се случва развитието на пълноценни индивиди от неоплодена яйцеклетка. Партеногенезата по правило се наблюдава при животни с висока смъртност или при видове, живеещи в условия, при които срещата на женската с мъжкия е трудна. Например дроновете - мъжки пчели - се развиват партеногенетично. Учените са доказали възможността за изкуствено активиране на човешко яйце и развитието на детското тяло от него без оплождане, но е невъзможно да се очаква появата на пълноценно дете и подобни експерименти са забранени.
Характеристики на оплождането при някои животни. Оплождането обикновено се случва малко след като спермата навлезе в женското тяло. При прилепите обаче чифтосването става през есента, сперматозоидите живеят през цялата зима при мишката, а оплождането се извършва само през пролетта, когато яйцата узряват.
Някои морски костенурки се чифтосват веднъж на няколко години, но след това чифтосване женските снасят яйца с нормално развиващите се ембриони в продължение на много години.
Едно от свойствата на живите същества - способността за самостоятелно производство - осигурява приемственост и наследственост на живота.
Животните, като растения или гъби, могат да се размножават безполово, вегетативно или полово начини.
при асексуално възпроизвеждане ново отделно животно се развива от една несексуална клетка. Най-често срещаният метод за асексуално възпроизвеждане е разделяне на майчината клетка наполовина, с образуването на две дъщери, еднакъв размер (Фиг. 32.1).
В други случаи се наблюдава клетъчно уплътняване или многократно деление. при напъпил по-малък бъбрек се отделя от майчината клетка (например в някои реснички). при многократно разделение една майчина клетка поражда много дъщерни клетки.
При многоклетъчни животни (например морски звезди, коралови полипи), вегетативно размножаване, В същото време многоклетъчните части се отделят от майчиния организъм. (Фиг. 32.2,3).С течение на времето от тях се развиват независими организми.
Асексуалното и вегетативно размножаване позволяват на видовете бързо да увеличават броя си. В този случай потомците са точно копие на тялото на майката. Материал от сайта
Животните могат да се размножават по различни начини:
- асексуални (с помощта на отделни несексуални клетки);
- вегетативно (отделяне от майчиния организъм на многоклетъчните части);
- сексуален (използвайки специализирани зародишни клетки) метод.
На тази страница материал по темите:
Вегетативно размножаване при животни
Примери за асексуални животни
Съдържанието на абстрактното вегетативно размножаване
Кратка история на биологичното безполово възпроизвеждане
Въпроси относно този материал: