Глава 3

Размножение и индивидуальное развитие организмов (онтогенез)

Изучив главу, вы сумеете:

• охарактеризовать два основных типа размножения и их роль в эволю­ции жизни;

• рассказать о биологическом значении оплодотворения и роли зиготы;

• раскрыть суть митоза и мейоза и их значение;

• объяснить процессы клеточного деления и его биологическое значение;

• описать этапы онтогенеза.

§ 13 Типы размножения

Размножение — это воспроизведение себе подобных, обеспечивающее продолжение существования вида.

Размножение — основное свойство всех организмов. В результате раз­множения увеличивается число особей определенного вида, осуществляется непрерывность и преемственность в передаче наследственной информации от родителей к потомству. Достигнув определенных размеров и развития, орга­низм воспроизводит свое потомство — новые организмы того же вида и рассе­ляет их в окружающем пространстве.

Разнообразие организмов, исторически сложившееся на Земле, обусло­вило чрезвычайно большое разнообразие способов размножения. Однако все они являются лишь вариантами двух основных типов размножения — бесполого и полового.

Бесполое размножение — это самовоспроизведение организмов, в кото­ром участвует лишь одна особь (родитель). В половом размножении, как правило, участвуют две особи (два родителя) — женская и мужская.

Половое размножение. Главной особенностью полового размножения является оплодотворение, т. е. слияние женской и мужской половых клеток и обра­зование одной общей клетки — зиготы (греч. zygotes — «соединенный вместе»). Зигота дает начало новому организму, в котором объединены наследственные свойства двух родительских организмов.

Половые клетки — гаметы (греч. gametes — «супруг») — образуются у ро­дительских организмов в специальных органах. У животных и человека их называют половыми органами, у растений — генеративными органами (греч. genero— «произвожу», «рождаю»). В половых органах у животных и в генера­тивных органах у растений развиваются мужские и женские гаметы. Мужские гаметы — обычно мелкие клетки, содержащие только ядерное (наследственное) вещество. Одни из них — неподвижные (спермии), другие — подвижные (сперматозоиды).

Спермии развиваются у всех покрытосеменных и голосеменных расте­ний, а сперматозоиды — у водорослей, мхов, папоротниковидных и у большин­ства животных организмов, в том числе у человека.

Женские гаметы (яйцеклетки) — достаточно крупные клетки, иногда в тысячу раз крупнее сперматозоидов. В яйцеклетках помимо ядерного веще­ства содержится большой запас ценных органических веществ, необходимых после оплодотворения для развития зародыша.

Оплодотворение у многих примитивных организмов (нитчатые зеленые водоросли, например спирогира, некоторые виды бактерий, инфузории, плес­невые грибы и др.) осуществляется слиянием двух морфологически одина­ковых клеток, в результате чего образуется одна клетка — зигота. Такой поло­вой процесс получил название конъюгация (лат. conjugatio — «соединение»). Сливающиеся клетки называют также гаметами. Их конъюгация (слияние) дает зиготу.

Конъюгировать могут две соседние клетки одной и той же нити спирогиры или клет­ки двух разных рядом лежащих нитей. При этом роль женской половой клетки выпол­няет та, в которую перетекает содержимое другой клетки. Перетекающее содержи­мое считается мужской половой клеткой.

У инфузории туфельки хвостатой конъюгируют две одинаковые свободноплавающие особи. Причем они не сливают вместе содержимое клеток, а обмениваются между собой ядерным веществом.

Таким образом, половое размножение характеризуется развитием поло­вых клеток, оплодотворением и образованием зиготы, объединяющей наслед­ственное вещество двух разных родительских особей. В итоге каждая дочерняя особь, развивающаяся из зиготы, содержит в себе новые свойства — от двух раз­ных организмов одного и того же вида.

При половом размножении всегда возникает организм с уникальными, до того еще не встречавшимися в природе свойствами, хотя и очень похожий на своих родителей. Такие организмы с новыми наследственными свойствами, полученными от обоих родителей, нередко оказываются более приспособлен­ными к жизни в изменяющихся условиях окружающей среды.

При половом размножении происходит постоянное обновление наслед­ственных свойств у дочерних поколений организмов. В этом — величай­шая биологическая роль полового размножения в эволюции живого.

Такого обновления нет при бесполом размножении, когда дочерние орга­низмы развиваются только от одного родителя и несут только его наследствен­ные свойства.

Бесполое размножение. Это древний способ воспроизведения себе подоб­ных, свойственный организмам всех царств живой природы, особенно прокари­отам. Такой способ размножения, осуществляющийся безучастия половых кле­ток, широко распространен у одноклеточных организмов, у грибов и бактерий.

У одноклеточных и многоклеточных организмов бесполое размножение осуществляется делением и почкованием. Деление у прокариот идет путем пере­тяжки клетки на две части. У эукариот деление происходит сложнее и обеспе­чивается процессами, протекающими в ядре (см. § 14).

Примером бесполого размножения служит вегетативное размножение у растений. У некоторых животных также встречается вегетативное размноже­ние. Его называют размножением путем фрагментации, т. е. частями (фрагмен­тами) тела, из которых развивается новая особь. Размножение фрагментами характерно для губок, кишечнополостных (гидра), плоских червей (планария), иглокожих (морские звезды) и некоторых других видов.

У одноклеточных и некоторых многоклеточных животных, а также у грибов и растений бесполое размножение может осуществляться путем почкования. На материнском орга­низме образуются особые выросты — почки, из которых развиваются новые особи. Еще одна разновидность бесполого размножения — спорообразование. Споры — это отдельные, очень мелкие специализированные клетки, которые содержат ядро, цито­плазму, покрыты плотной оболочкой и способны на протяжении длительного времени переносить неблагоприятные условия. Попав в благоприятные условия среды, споры прорастают и образуют новый (дочерний) организм. Спорообразование широко представлено у растений (водоросли, мохообразные, папоротникообразные), грибов и бактерий. Среди животных спорообразование отмечается, например, у спорови­ков, в частности у малярийного плазмодия.

Примечательно, что при бесполом размножении отделившиеся дочер­ние особи полностью воспроизводят свойства материнского организма. Попав в другие условия среды, они могут проявить свои свойства иначе главным образом лишь в размерах (величине) новых организмов. Наследственные свойства остаются неизменными.

Способность повторять в дочерних организмах неизменные наследствен­ные качества родителя, т. е. воспроизводить однородное потомство, — уникальное свойство бесполого размножения.

Бесполое размножение позволяет сохранить неизменными свойства ви­да. В этом заключается важное биологическое значение этого типа размноже­ния. Организмы, появившиеся бесполым путем, обычно развиваются значи­тельно быстрее, чем появившиеся путем полового размножения. Они быстрее увеличивают свою численность и значительно быстрее осуществляют расселе­ние на большие территории.

У большинства одноклеточных и многоклеточных организмов беспо­лое размножение может чередовать­ся с половым.

Например, у некоторых морских кишечнополостных половое поколе­ние представлено одиночными свобод­ноплавающими медузами, а бесполое — сидячими полипами. У растений, на­пример у папоротников, половое по­коление (гаметофит) представлено мелким листовидным заростком, а бес­полое поколение (спорофит) — круп­ным листостебельным растением, на котором развиваются споры (рис. 19).

Характерно, что бесполое раз­множение осуществляется тогда, когда организм находится в благоприятных для него условиях. При ухудшении условий организм переходит к половому раз­множению. У многих высокоразвитых растений и животных половое размноже­ние начинается лишь после того, как организм пройдет ряд определенных стадий в своем развитии и достигнет возраста половой зрелости.

Бесполое и половое размножение — два основных способа продолжения жизни, сформировавшиеся в процессе эволюции живой природы.

1. Объясните эволюционное преимущество полового размножения перед бесполым.

2*. В чем состоит биологическая роль бесполого размножения в эво­люции живого?

3. Замените выделенные слова термином.

• Слияние двух соседних, рядом лежащих клеток — способ оплодотворе­ния у многих примитивных организмов.

• Подвижные половые мужские клетки развиваются у большинства животных и растений, а неподвижные половые мужские клетки — толь­ко у семенных растений.