Биология

Процесс размножения

Способность к размножению является одним из свойств живых систем. Благодаря размножению происходит передача генетического материала родителей следующему поколению, что обеспечивает воспроизведение признаков не только данного вида, но и конкретных родительских особей.

Для популяции и биологического вида смысл размножения состоит в замещении особей, которые гибнут. Это обеспечивает непрерывное существование вида. При подходящих условиях размножение позволяет увеличить общую численность особей данного вида.

Клональное микроразмножение

Достижения в области биотехнологии растений привели к возникновению нового метода вегетативного размножения, а именно клонального микроразмножения.

Клональное микроразмножение – получение неполовым путем (in vitro) растений, генетически идентичных материнскому экземпляру.

Слово in vitro («в стекле») означает выращивание в чашках Петри, колбах, пробирках растительных клеток, микробных клеток, а также животных клеток, то есть культивирование в искусственно созданных человеком условиях.

В основе этого метода лежит уникальная способность растительных клеток к тотипотентности. Тотипотентность – способность клетки путем деления дать начало любому клеточному типу организма.

Если вы возьмете любую часть растений, будь-то стебель или корень, и поместите эту часть в условия in vitro на определенную питательную среду, то из этого листочка может вырасти новое растение. Однако если вы возьмете кожу человека либо часть тела человека и поместите их в специальные условия, то не получите человечка. Клонирование животных и человека – процесс много более сложный.

Следовательно, у растений из дифференцируемых клеток можно получить маленькие растения, а из человеческих клеток нового человека получить невозможно. Исключением является рассмотренная выше полиэмбриония.

Основным преимуществом клонального микроразмножения является очень высокий коэффициент размножения. При вегетативном размножении от одного растения можно получить от 10 до 100 растений в год, а с помощью клонального микроразмножения от одного исходного растения можно получить от пяти тысяч до одного миллиона растений в год. При этом эти растения будут выращиваться на территории лаборатории (Рис. 13).

Рис. 1. Микроклональное размножение. Клетки растения помещают в пробирку, а затем выращивают в специальных условиях.

Клональное микроразмножение особенно выгодно при размножении элитных сортов, которые насчитывают всего несколько экземпляров в мире. Сегодня в таких странах, как Дания, Бельгия, Голландия, а также в Америке и Польше есть фирмы, специализирующиеся на микроклональном размножении.

Актиномицеты

Актиномицетами называют ветвящиеся бактерии, лучистые грибки, сочетающие признаки бактерий и грибов. Как бактерии они прокариоты, а как грибы имеют ветвящиеся нити, напоминающие мицелий (рис. 14).

Рис. 2. Нити актиномицетов

Эти нити могут достигать в длину несколько миллиметров, в диаметре они тоже довольно тонкие (0,5–1,5 мкм). Такое ветвление характерно для представителей царства грибов. Но актиномицеты размножаются спорами, которые характерны для грибов (рис. 15). Но клетку они имеют прокариотическую, поэтому к грибам их никак нельзя отнести.

Рис. 3. Споры актиномицетов

Актиномицеты широко распространены в почве, где они разлагают органические вещества, в том числе и трудноразлагаемые (хитин, лигнин, целлюлоза). Кроме этого, большинство из актиномицетов продуцируют антибиотики, которые широко используются в медицине.

Некоторые способы вегетативного размножения

Способы вегетативного размножения многочисленны и разнообразны. Некоторые растения размножаются с помощью усов или столонов (тонких стелящихся по земле побегов).

Ус несет пленчатые листья с пазушными почками, которые дают начало придаточным корням и новым растениям. После укоренения новых растений прежние усы разрушаются (рис 16).

Рис. 4. Земляника размножается при помощи видоизмененных стеблей – усов

В роли уса может выступать главный стебель, ус также может расти из нижних, пазушных почек на главном стебле. У земляники, например, пленчатые листья и пазушные почки есть у каждого узла.

Бесполое размножение

Существуют два основных типа размножения: бесполое и половое. Бесполое размножение происходит без формирования половых клеток – гамет. В нем участвует один организм. При бесполом размножении образуются идентичные потомки, при этом единственным источником генетической изменчивости могут быть случайные мутации.

С другой стороны, бесполое размножение позволяет быстро увеличить численность вида. Идентичные потомства, происходящие от одной потомственной клетки, называют клонами. Члены клона могут быть генетически различными только в случае возникновения случайных мутаций. Различают несколько типов бесполого размножения. Во-первых, это размножение простым делением (рис. 1).

Рис. 5. Прямое деление клетки прокариот: І – клетка, готова к делению; ІІ – репликация ДНК; ІІІ – образование дочерних клеток.  1 – клеточная стенка, 2 – плазматическая мембрана, 3 – нуклеоид (кольцевая молекула ДНК, в которой хранится наследственная информация прокариот), 4 – цитоплазма

У прокариот единственная кольцевая хромосома перед делением удваивается. Между дочерними клетками образуется либо перегородка, либо перетяжка, и клетка делится на две части.

Многие одноклеточные водоросли, такие как хламидомонада или же эвглена зеленая, размножаются с помощью митоза. С помощью митоза могут размножаться и простейшие. При этом образуются две дочерние клетки.

Множественное деление

Множественное деление, во время которого за повторными делениями ядра происходит и деление самой клетки на множество дочерних клеток, наблюдается у простейших, у споровиков.

Рассмотрим шизогонию на примере кокцидии (рис. 2).

Рис. 6. Рост шизонта и шизогония кокцидий: 1 – молодой шизонт, ядро еще не приступило к делению; 2–4 – увеличение числа ядер путем деления и рост шизонта; 5 – распад шизонта на мерозоиты

У малярийного плазмодия также стадия, на которой происходит множественное деление, называется шизонтом, а сам процесс – шизогонией (рис. 3).

Рис. 7. Жизненный цикл малярийного плазмодия. Шизогония происходит на стадии 3 (бесполое размножение в клетках печени)

У плазмодия шизогония непосредственно следует за заражением хозяина, когда паразит поражает печень. При этом сразу образуется около тысячи дочерних клеток, каждая из которых способна проникнуть в эритроциты.

Такая высокая плодовитость компенсирует большие потери и трудности, связанные со сложным жизненным циклом.

Размножение спорами

Следующий тип бесполого размножения – размножение спорами. Споры – специализированные гаплоидные клетки у грибов и растений, служащие для размножения и расселения. Нельзя путать споры бактерий и споры грибов и растений, поскольку у бактерий они служат для защиты при неблагоприятных условиях.

У грибов и низших растений споры образуются в результате митоза, у высших растений – в процессе мейоза. У семенных растений споры потеряли свою функцию расселения и являются одним из этапов цикла воспроизведения.

Почкование

Следующий тип бесполого размножения – почкование. В этом случае новая особь образуется в результате выроста или почки на теле родительской особе, затем она отделяется и начинает самостоятельную жизнь. Почкование наблюдается в разных группах живых организмов.

    

Рис. 8. Примеры размножения почкованием. Слева направо: у животных (гидра пресноводная), грибов (дрожжи) и растений (каланхоэ).

Почкование встречается у животных, например у кишечнополостных (гидра), у одноклеточных грибов, у дрожжей, бактерий (рис. 4). Необычная форма почкования встречается у каланхоэ (бриофиллюма), которое часто выращивают в качестве комнатного растения. По краям его листьев из почек образуются миниатюрные растения с корешками, которые затем отпадают и превращаются в маленькие самостоятельные растения.

Фрагментация

Следующий тип бесполого размножения – это фрагментация. Фрагментацией называют разделение особи на две или несколько частей, каждая из которых дает начало новому организму. Этот процесс основан на регенерации.

Что такое регенерация? Это способность организма восстанавливать утраченные части. Так, например, фрагмент тела дождевого червя дает начало новой особе (рис. 5).

 

Рис. 9. Фрагментация у кольчатых червей

Однако следует учитывать, что в природных условиях фрагментация встречается редко. В частности, у многощетинковых червей, плесневых грибов и некоторых водорослей, например у спирогиры.

Вегетативное размножение

Вегетативное размножение широко представлено у растений. Это способ размножения специализированными органами или отдельными частями тела (рис. 6).

 

Рис. 10. Вегетативное размножение растений

Суть его состоит в том, что от материнского экземпляра, отделяется большая хорошо сформированная часть, которая впоследствии дает начало новому организму, или же образуются структуры, специально предназначенные для вегетативного размножения: луковицы, клубнелуковицы, корневища (рис. 7).

Рис. 11. Органы вегетативного размножения растений

Принципиально вегетативное размножение ничем не отличается от фрагментации или почкования, но этот термин традиционно применим именно к растениям и лишь иногда к животным, в отличие от фрагментации или почкования.

Рис. 12. Вегетативные органы растений

Давайте приведем конкретные примеры вегетативного размножения. Во-первых, это размножение растений частями вегетативных органов: часть слоевища, черенок стебля, черенок корня, или специальными видоизменениями побегов (Рис. 9).

Рис. 13. Видоизменения побегов растений, участвующие в вегетативном размножении

Полиэмбриония

Особым видом бесполого размножения является полиэмбриония. В этом случае из одной диплоидной зиготы образуются несколько зародышей, каждый из которых превращается в полноценную особь. Это происходит тогда, когда бластомеры, которые образуются при делении зиготы, расходятся и каждый из них развивается, как самостоятельная зигота. Этот процесс обусловлен генетически.

 

Рис. 14. Новорожденные броненосцы. Благодаря полиэмбрионии, характерной для броненосцев, они генетически идентичны.

Эти потомки генетически идентичны и всегда одного пола. Такой вид бесполого размножения встречается у броненосцев (рис. 10).

К полиэмбрионии также относится образование однояйцевых близнецов у человека (рис. 11).

Рис. 15. Однояйцевые близнецы. Появились на свет в результате расхождения и самостоятельного развития двух бластомеров.

В этом случае при оплодотворении также образуется диплоидная зигота, которая, дробясь, дает начало зародышу, а он на ранней стадии, по не совсем понятным причинам, распадается на несколько фрагментов или частей. Каждая из этих частей проходит путь нормального эмбрионального развития, в результате чего рождаются два или более генетически идентичных младенца. Так как пол у человека определяется наличием половых хромосом, то однояйцевые близнецы всегда одного пола.

Рис. 16. Нарушение внутриутробного развития однояйцевых близнецов – «сиамские близнецы»

Иногда разделение формирующего зародыша бывает неполным. В этом случае появляются организмы, которые имеют общие органы или части тела. Таких близнецов называют сиамскими близнецами (рис. 12).

Повторим все способы бесполого размножения: деление, спорообразование, почкование, фрагментация, вегетативное размножение, полиэмбриония.

 

Список литературы

1. А.А. Каменский, Е.А. Криксунов, В.В. Пасечник. Общая биология, 10–11 класс. – М.: Дрофа, 2005. По ссылке скачать учебник: (Источник). 
2. Д.К. Беляев. Биология 10–11 класс. Общая биология. Базовый уровень. – 11-е издание, стереотипное. – М.: Просвещение, 2012. – 304 с. (Источник). 
3.  В.Б. Захаров, С.Г. Мамонтов, Н.И. Сонин, Е.Т. Захарова. Биология 11 класс. Общая биология. Профильный уровень. – 5-е издание, стереотипное. – М.: Дрофа, 2010. – 388 с. (Источник).
4.  В.И. Сивоглазов, И.Б. Агафонова, Е.Т. Захарова. Биология 10–11 класс. Общая биология. Базовый уровень. – 6-е издание, дополненное. – М.: Дрофа, 2010. – 384 с. (Источник).
5. И.Н. Пономарева, О.А. Корнилова, Т.Е. Лощилина, П.В. Ижевский. Биология. 10 класс. Общая биология. Базовый уровень. – 2-е издание, переработанное. – Вентана-Граф, 2010. – 224 с. (Источник). 

 

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Schooltube.com (Источник). 
2. School-collection.edu.ru (Источник). 
3. Chel-o-vek.ru (Источник). 
4. School-collection.edu.ru (Источник).  
5. School-collection.edu.ru (Источник).  

 

Домашнее задание

1. Что такое размножение? Чем размножение отличается от самовоспроизведения?
2. Какие виды размножения вам известны?
3. Дайте характеристику бесполому размножению. Чем бесполое размножение отличается от полового?
4. Сравните разные виды бесполого размножения.
5. В чем особенность размножения бактерий?
6. Какое значение имеет бесполое размножение в природе и жизни человека?