Бесполое и половое размножение

Собственно бесполое размножение. Происходит при помощи специализированных клеток – спор, при прорастании которых развиваются новые особи. Бесполое размножение обеспечивает увеличение численности и расселение вида.

У грибов и водорослей споры образуются практически из любой клетки, которая становится спорангием. У высших растений спорангий – многоклеточный орган, внутри которого за счет мейотического деления клеток спорогенной ткани образуются споры.

У большинства водорослей и грибов, обитающих в воде, споры имеют подвижные жгутики (1, 2, 4 и много), их называют зооспорами. Полисахаридная клеточная стенка у них отсутствует. Поплавав некоторое время, зооспора останавливается, теряет жгутики и прорастает в новый организм.

У наземных растений и грибов споры не имеют приспособлений для активного движения. Они переносятся ветром, животными и защищены от высыхания твердой клеточной стенкой.

Половое размножение. Происходит в результате слияния двух половых клеток – гамет с образованием зиготы. Процесс слияния гамет называется оплодотворением. Процесс формирования гамет происходит в особых органах – гаметангиях.

Гаметы всегда гаплоидны. При оплодотворении сливаются цитоплазма и ядра гамет, но хромосомы сохраняют свою индивидуальность, не сливаются и ядро зиготы содержит диплоидный набор хромосом. При половом процессе в одном ядре объединяются хромосомы, а значит, и наследственные свойства двух разных клеток, в большинстве случаев происходящих от разных особей.

Объединение в зиготе двух наборов хромосом – генетическая основа внутривидовой изменчивости. В результате полового размножения возникают организмы, которые могут сочетать полезные признаки отца и матери. Такие организмы более жизнеспособны. В сельскохозяйственной практике широко используют половое размножение.

Если сущность и значение полового процесса едины для всех организмов, то его формы (тип гамет, оплодотворение, половые органы и т. д.) разнообразны и зависят от уровня эволюционного развития, среды обитания (вода, суша) и некоторых других особенностей. Различают следующие основные типы полового процесса (Рис. 30).

Рис. 30 Типы полового процесса

Изогамия – обе гаметы одинаково малы и подвижны, их попарное слияние основано лишь на физиологическом различии. Встречается у наиболее просто организованных грибов и водорослей.

Гетерогамия – обе гаметы подвижны, но различаются по величине (одна больше другой в несколько раз).

Оогамия – женская гамета (яйцеклетка) неподвижна, имеет крупные размеры, содержит запас питательных веществ; мужская гамета (сперматозоид) подвижна и мала, состоит из крупного ядра с очень небольшим количеством цитоплазмы и жгутиком (жгутиками). У грибов и водорослей яйцеклетки образуются в одноклеточных оогониях, а сперматозоиды – в одноклеточных антеридиях.

После созревания сперматозоидов антеридий вскрывается и сперматозоиды попадают в воду, где свободно плавают. Слияние с яйцеклеткой происходит в воде или в оогонии. После процесса оплодотворения возникает диплоидная зигота.

В связи с выходом растений из воды на сушу процесс оогамии усложнился. Потребовалась более надежная защита гамет в условиях наземного существования.

У высших наземных растений (мхов, папоротникообразных) яйцеклетки образуются не в одноклеточных оогониях, а в особом многоклеточном образовании – архегонии.

Этот женский орган полового размножения покрыт снаружи первичной покровной тканью – эпидермой – из одного слоя клеток. Колбообразный архегонии имеет расширенную часть – брюшко, где помещается яйцеклетка, и узкую часть – шейку. В месте перехода брюшка в шейку находится брюшная канальцевая клетка. В шейке расположены шейковые канальцевые клетки.

Антеридий у высших растений тоже многоклеточный. Снаружи имеется один слой клеток эпидермы. Внутри образуется спермагенная ткань, в каждой клетке которой возникает один или два сперматозоида. После расслизнения клеток эпидермы сперматозоиды выходят в воду, которая еще необходима для полового размножения.

У готовых к оплодотворению архегониев шейка вскрывается, шейковые и брюшная канальцевые клетки расслизняются, и сперматозоиды беспрепятственно могут проникнуть к яйцеклетке, которая остается в брюшке. Этому способствуют специальные химические вещества, вырабатываемые архегониями, которые привлекают сперматозоиды и направляют их к яйцеклетке. После оплодотворения возникает диплоидная зигота.

Сперматозоиды подвижны лишь в воде. Наличие капельножидкой воды – обязательное условие для оплодотворения всех растений, кроме семенных. У большинства семенных растений, наиболее приспособленных к условиям суши, мужские гаметы утратили жгутики и носят название спермии.

Оогамия – эволюционно наиболее продвинутый тип полового процесса. Крупная яйцеклетка обеспечивает запас питания для развития зиготы, а ее неподвижность способствует внутреннему оплодотворению и защите зиготы, которая развивается внутри архегония, погруженного в ткани растения, что очень важно в условиях суши. Очень мелкие сперматозоиды могут передвигаться в тонких пленках воды при выпадении росы, дождя, а увеличение их числа повышает вероятность оплодотворения.

Чередование поколений и смена ядерных фаз. В жизненном цикле каждого растения, имеющего половое размножение, существует смена ядерных фаз – гаплоидной и диплоидной.

Переход от гаплоидного состояния к диплоидному происходит в результате полового процесса при образовании зиготы, от диплоидного к гаплоидному–в результате мейоза, обычно при спорообразовании. Оплодотворение и мейоз взаимосвязаны, это две стороны жизненного процесса, поддерживающие постоянство числа хромосом.

Соотношение гаплоидной и диплоидной фаз варьирует у разных групп. У всех грибов и некоторых водорослей зигота – единственная диплоидная клетка; она сразу же делится мейотически, восстанавливая гаплоидное состояние организма.

У высших растений и некоторых водорослей происходит чередование поколений (Рис. 31) – бесполого (спорофита) и полового (гаметофита). Спорофит – растение, образующее споры, гаметофит – растение, образующее гаметы.

Рис. 31 Чередование поколений и смена ядерных фаз у растений

На диплоидном спорофите в спорангиях в результате мейотического деления образуются гаплоидные споры. Из споры развивается гаплоидный гаметофит, производящий гаплоидные гаметы. При их слиянии в зиготе восстанавливается диплоидный набор хромосом. Из зиготы вновь развивается диплоидный спорофит.