Размножение

Размножение

 

Размножение – это процесс самовоспроизведения себе подобных особей того же вида.

Процесс размножения является необходимым условием для поддержания численности особей в популяциях, что сохраняет вид в целом. Размножение живых организмов разнообразно и протекает по различным механизмам. Существуют разные подходы к классификации процессов размножения. В настоящее время, наиболее часто, различают три типа размножения: вегетативное, бесполое и половое. Ранее и в ряде случаев сейчас, по признаку отсутствия в данном процессе гамет, вегетативное размножение рассматривают как один из способов бесполого.

Вегетативное размножение – размножение с помощью группы клеток или частей тела материнского организма. Наиболее характерно для растений. Может осуществляться либо с помощью специальных органов вегетативного размножения (корневища, клубни, луковицы, клубеньки, выводковые почки), либо с помощью обычных вегетативных органов, в частности частей побегов (листьев, стеблей, почек и т.д.). К вегетативному размножению наиболее часто относят почкование и фрагментацию.

Почкование – это способ вегетативного размножения, при котором от родительской особи отделяется небольшой участок тела – почка, формирующая в дальнейшем самостоятельный организм. У ряда морских гидроидных и коралловых полипов не происходит разделение почкующихся особей, и они формируют колонии. Примером почкования у грибов является размножение дрожжевых клеток. В данном случае связи между клетками непрочные и легко разрушаются.

Фрагментация – это способ вегетативного размножения, основанный на разделении особи на две или несколько частей, каждая из которых растет и достраивает новый организм. В основе фрагментации лежит регенерация (способность восстанавливать утраченные части тела). Фрагментация характерна для растений и может осуществляться у некоторых животных специализация клеток которых невысока. Чем более дифференцированы клетки, тем труднее регенерирует ткань, в состав которой они входят, а, следовательно, меньше способность к фрагментации. Например, морские звезды восстанавливают организм из одного луча, а пресноводная гидра – из 1/200 своего тела.

В основе вегетативного  размножения лежит митоз, поэтому  образовавшиеся дочерние особи являются точными копиями родительских организмов. Таким образом, данный тип размножения не приводит к разнообразию образовавшегося поколения, что невыгодно в постоянно изменяющихся условиях среды.

У простейших животных и растений, имеющих одноклеточное строение, размножение осуществляется с помощью  одинарного или множественного митотического деления. Если в ходе данного деления образуется 2 клетки, то размножение называется бинарным. В ходе этого деления ядро делится, при этом каждое из образовавшихся дочерних ядер формирует самостоятельный организм. Если в основе бинарного деления лежит митоз, как у большинства эукариот, то бинарное деление может быть отнесено к вегетативному. В случае отсутствия при бинарном делении характерных для митоза стадий, например у прокариот, данное деление может рассматриваться как самостоятельный тип размножения организмов.

Бесполое размножение  – размножение посредством спор. Оно характерно для низших и высших споровых растений, грибов и некоторых одноклеточных животных. Споры представляют собой мелкие гаплоидные клетки, в ряде случаев покрытые плотной оболочкой и устойчивые к действию неблагоприятных факторов среды. По степени подвижности выделяют неподвижные споры, расселяющиеся во внешней среде пассивно (например, у водорослей – апланоспоры), другие имеют специальные локомоторные органы и расселяются активно (например, у грибов и водорослей – зооспоры). Основной функцией спор является размножение, расселение и переживание неблагоприятных условий (за исключением спор бактерий, которые не выполняют функцию самовоспроизведения).

Вегетативное и бесполое размножение осуществляется при участии одной родительской особи. Наиболее широко оно распространено у грибов и растений, но встречается также у некоторых животных.

Половое размножение – это размножение, основанное на объединении генетического материала двух организмов (клеток). В результате полового размножения, генетическая информация родительских особей объединяется в наследственном материале поколения. Образовавшиеся при этом особи отличаются друг от друга по генотипу, признакам и приспособленности к условиям обитания. Биологическое значение полового размножения заключается не только в самовоспроизведении особей, но и в обеспечении биологического разнообразия видов, что даёт преимущество в борьбе за существование. Выделяют несколько способов полового размножения:

I. Гаметогамия - способ полового размножения, основанный на слиянии двух половых клеток - гамет. К данному способу относят:

1. Изогамия – вид гаметогамии, основанный на слиянии двух подвижных, одинаковых по форме и размерам гамет;
2. Гетерогамия – вид гаметогамии, основанный на слиянии наиболее крупной подвижной женской гаметы и подвижной мужской гаметы меньших размеров;
3. Оогамия - вид гаметогамии, основанный на слиянии крупной неподвижной гаметы – яйцеклетки и мелкой подвижной мужской гаметы – сперматозоида.

II. Соматогамия – способ полового размножения, при котором происходит слияние содержимого двух соматических клеток. К соматогамии относят:

1. Хологамия – вид соматогамии, представляющий собой процесс слияния двух, лишённых локомоторных органов, одноклеточных организмов недифференцированных на гаметы.

2. Конъюгация – вид соматогамии, представляющий собой процесс слияния протопластов вегетативных клеток, с дальнейшим образованием зиготы. Имеет место у некоторых видов водорослей и грибов. В случае лестничной конъюгации между двумя нитями в пределах каждой клетки образуются выросты, направленные друг к другу – конъюгационные мостики и протопласт одной клетки полностью переходит в протопласт другой. В дальнейшем происходит слияние гаплоидных ядер. При боковой конъюгации сливаются протопласты соседних клеток в пределах одной нити.

3. Собственно соматогамия – вид соматогамии, представляющий собой процесс слияния двух клеток вегетативного мицелия. Встречается у грибов.

III. Гаметангиогамия – способ полового размножения, при котором происходит слияние двух одинаковых или разных по виду гаметангиев (половых органов), недифференцированных на гаметы. Примечательно, что плазмогамия (слияние цитоплазмы) и кариогамия (слияние ядер) при гаметангиогамии могут быть значительно разделены во времени.

Во всех вышеперечисленных случаях  продуктом полового процесса является диплоидная зигота, объединяющая в себе генетическую информацию родительских особей.

У животных наиболее прогрессивным и сложным видом гаметогамии полового процесса является оогамия, в которой принимают участие яйцеклетки и сперматозоиды.

Яйцеклетки – относительно крупные неподвижные клетки округлой формы, содержащие в цитоплазме запасные питательные вещества в виде лецитина (желтка). У животных различают несколько типов яйцеклеток:

1. Изолецитальные – яйцеклетки, представляющие собой относительно мелкие клетки с небольшим количеством равномерно распределенного желтка, с более или менее центральным расположением ядра. Характерны для червей двустворчатых и брюхоногих моллюсков, иглокожих, насекомых и ланцетника;
2. Умеренно телолецитальные – яйцеклетки более крупных размеров, чем изолецитальные (1,5 – 2 мм), содержащие среднее количество желтка, основная масса которого сосредоточена на вегетативном полюсе. На противоположном – анимальном – полюсе желтка мало, здесь расположено ядро. Характерны для осетровых рыб и земноводных;
3. Резко телолецитальные – крупные по размерам яйцеклетки, до 10 – 15 мм и более, содержащие очень много желтка, занимающего практически весь объем цитоплазмы. На анимальном полюсе находится зародышевый диск, содержащий активную цитоплазму с ядром. Характерны для некоторых рыб, пресмыкающихся, птиц и яйцекладущих млекопитающих;
4. Алецитальные – яйцеклетки, имеющие микроскопически малые размеры (0,1 – 0,3 мм) и практически лишенные желтка. Характерны для плацентарных млекопитающих.

Сперматозоиды – относительно мелкие половые клетки, имеющие у разных организмов различные размеры и морфологию, но сходные по строению. У сперматозоида различают головку, шейку и локомоторный орган - хвост (один или несколько). На головке, которая содержит ДНК, имеется акросома, представляющая собой модифицированный аппарат Гольджи и предназначенная для растворения оболочки яйцеклетки. Шейка содержит большое количество плотно упакованных митохондрий, необходимых для снабжения энергией хвоста. Хвост представлен пучком микротрубочек.

 

 

 

 

 

Гаметогенез

 

Гаметогенез – процесс образования половых клеток. Он протекает в половых железах – гонадах. У высших животных женские гаметы образуются в яичниках, мужские – в семенниках. Процесс образования мужских гамет называется сперматогенезом, женских – овогенезом. Условно обе формы можно разделить на несколько фаз: размножения, роста, созревания и формирования. Последняя фаза характерна только для сперматогенеза.

Сперматогенез

1. Фаза размножения характеризуется многократным митотическим делением клеток семенника. В результате образуются диплоидные сперматогонии. Данная фаза начинается с наступлением половой зрелости и протекает практически в течение всей жизни.
2. Фаза роста характеризуется увеличением количества цитоплазмы клеток, репликацией ДНК и удвоением хромосом. В результате образуются сперматоциты 1-го порядка. В сперматогенезе данная фаза выражена в меньшей степени.
3. Фаза созревания характеризуется протеканием мейоза. В результате первого деления мейоза образуется два сперматоцита 2-го порядка, каждый из которых после второго деления формирует 2 сперматиды. Таким образом, формируются четыре гаплоидных однохроматидных сперматиды.
4. В фазе формирования сперматиды приобретают характерную для половых гамет морфологию. У животных образуются подвижные сперматозоиды.

Овогенез

1. Фаза размножения характеризуется многократным митотическим делением клеток яичника. В результате образуются диплоидные овогонии. В женском организме фаза размножения начинается в эмбриогенезе и заканчивается к 3 году жизни.

2. Фаза роста характеризуется увеличением количества цитоплазмы клеток, репликацией ДНК и удвоением хромосом. В результате образуются овоциты 1-го порядка. Данная фаза наиболее выражена в овогенезе.

3. Фаза созревания характеризуется протеканием мейоза. Профаза первого деления мейоза происходит в эмбриональном периоде, а остальные события – после полового созревания организма. Каждый месяц в одном из яичников созревает одна яйцеклетка, при этом завершается первое деление мейоза, образуется крупный овоцит 2-го порядка и маленькое 1-е полярное или направительное тельце. Они приступают ко второму делению мейоза. В метафазе второго деления овоцит второго порядка овулирует, то есть выходит в брюшную полость и попадает в яйцевод. Его дальнейшее развитие возможно только при слиянии со сперматозоидом. Если этого не происходит, то он погибает и выводится из организма. В случае оплодотворения, он завершает второе деление, образуя зрелую яйцеклетку – овотиду и 2-ое полярное тельце. Полярные тельца роли в овогенезе не играют и погибают. Таким образом, в ходе овогенеза в фазе созревания из каждой диплоидной клетки формируются гаплоидные однохроматидные: одна овотида (яйцеклетка) и три полярных тельца.