Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Естественнонаучные основы физической культуры (Биология). Курс лекций
.pdf
Раздел 2. Организм как уровень существования живого
Тема 3. Размножение и развитие организмов в природе
План:
1. Размножение - свойство живых организмов. Бесполое размно
жение.
2. Половое размножение.
3. Мейоз. Сперматогенез, овогенез. Отличия половых клеток от
соматических.
4. Онтогенез.
5. Характеристика постэмбрионального развития.
Размножение - свойство живых организмов
Размножение - свойство живых организмов воспроизводить себе
подобных. Выделяют две основные формы размножения: бесполое и
половое. Бесполое размножение способствует сохранению наиболь
шей приспособленности в неменяющихся условиях обитания, т.к. об
разуются генетически точные копии родителей.
Формы бесполого размножения:
1. Деление клетки надвое характерно для одноклеточных орга
низмов (простейших, бактерий).
2. Множественное деление - шизогония (малярийный плазмодий).
3. Спорообразование - размножение с помощью специальных
клеток-спор (грибы, папоротники, мхи, водоросли).
4. Почкование - на материнском организме образуется бугорок -
почка, развивающаяся в самостоятельный организм (кишечнополостные).
5. Фрагментация - распад тела на части, которые затем превра
щаются в полноценные организмы (кольчатые черви).
6. Вегетативное размножение - образование новой особи из части
родительской. Встречается у растений и грибов.
Половое размножение характерно для многоклеточных организ
мов, но существует и у одноклеточных. При половом размножении
происходит рекомбинация наследственного материала и появляется
потомство, генетически отличное от родителей.
Выделяют две формы полового процесса у одноклеточных орга
низмов:
1) конъюгация - при этой форме половые клетки не образуются;
31
2) гаметическая копуляция - когда формируются половые клетки
и происходит их попарное слияние.
Конъюгация как своеобразная форма полового процесса сущест
вует у инфузорий. Две инфузории временно соединяются, между ни
ми образуется цитоплазматический мостик, через который происхо
дит обмен наследственной информацией. Затем инфузории расходят
ся и у них появляются новые свойства и признаки.
Копуляцией называется половой процесс у одноклеточных орга
низмов, при котором две особи приобретают половое различие, т.е.
превращаются в гаметы и полностью сливаются, образуя зиготу.
Виды копуляции:
1) изогамия - две половые клетки не имеют внешних различий,
обе маленькие и подвижные;
2) анизогамия - мужская половая клетка маленькая и подвижная,
женская - крупная и тоже подвижная. Сливаться могут как маленькая
с большой, так и две маленькие;
3) овогамия - половые клетки различны по форме и размерам.
Общая характеристика бесполого и полового размножения пред
ставлена в таблице 1.
Таблица 1 . Общая характеристика бесполого и полового размножения
Показатель
Клеточные источни
ки наследственной
информации для раз
вития потомка
Родители
Бесполое Половое
Многоклеточные: одна
или несколько соматиче
ских клеток родителя.
Одноклеточные: клетка-
организм как целое.
Одна особь Обычно две особи
Способ размножения
Родители образуют половые
клетки, специализирован
ные к выполнению функции
размножения. Родитель
представлен в потомке ис
ходно одной клеткой
Потомство
Г лавный клеточный
механизм
Генетически точная копия
родителя, т.е. в отсутствие
соматических мутаций
клон организмов
Митоз Мейоз
32
Генетически отличны от
обоих родителей
Показатель
Способ размножения
Бесполое Половое
Способствует поддержа
Окончание таблицы 1
За счет генетического раз
нообразия создает предпо
нию наибольшей приспо
собленности в маломе-
Эволюционное зна
няющихся условиях оби
чение
тания, усиливает роль
стабилизирующего есте
ственного отбора
Гаметогенез - развитие половых клеток - гамет. Развитие мужских
половых клеток называется сперматогенез, а женских - овогенез.
Сперматогенез
Развитие сперматозоидов происходит в извитых канальцах се
менника. Стенки этих канальцев состоят из соединительнотканной
основы и слоя сертолиевых клеток. Крупные клетки Сертоли обеспе
чивают созревающим сперматозоидам механическую опору, защиту и
питание. Эти клетки секретируют и жидкость, с которой спермато
сылки к освоению разно
образных условий обита
ния; дает эволюционные и
экологические перспекти
вы; способствует осущест
влению творческой роли
естественного отбора
зоиды проходят по канальцам семенника. Между клетками Сертоли
находятся половые клетки на различных стадиях развития. У человека
сперматозоиды образуются с момента наступления половой зрелости
до самой смерти.
В сперматогенезе различают несколько периодов (рис. 14 а):
Период размножения. На этой стадии из первичных половых
клеток образуются сперматогонии, которые несколько раз делятся пу
тем митоза, в результате чего их количество возрастает. Сперматого-
нии имеют округлую форму, относительно большое ядро и небольшое
количество цитоплазмы (2с2п).
Период роста. В этом периоде происходит рост половых клеток,
интерфаза мейоза (репликация ДНК), накопление питательных веществ,
образующиеся клетки носят название сперматоцитов I порядка (4с2п).
Ядро их проходит стадию профазы мейоза I, т.е. совершается конъюга
ция гомологичных хромосом, кроссинговер и образуются биваленты.
33
Период созревания заключается в том, что происходят два последо
вательных мейотических деления. В результате первого деления из ка
ждого сперматоцита I порядка образуются два сперматоцита II порядка
(2с 1 п), а после второго деления - 4 одинаковые по размерам спермати-
ды - мелкие округлые клетки. При этих делениях происходит уменьше
ние (редукция) числа хромосом вдвое (сДНК, п хромосом).
Сперматиды вступают в 4 период - формирования и превраща
ются в сперматозоиды. Сперматозоиды состоят из головки, шейки и
хвостовой части (жгутик). Основную массу головки сперматозоида
составляет ядро, цитоплазма практически отсутствует. В передней
части головки образуется акросома (преобразованный аппарат Голь-
джи), содержащая фермент гиалуронидазу, который растворяет обо-
лочки яйцеклетки во время оплодотворения. В средней части сперма
W
_
ТЛ W
_
тозоида - шейке - располагаются центриоль и спиральная нить, обра
зованная митохондриями. Микротрубочки одной из центриолей уд
линяются, образуя осевую нить жгутика. Хвостовая часть спермато
зоида образована 9 парами периферических микротрубочек, окру
жающих пару центральных (9+2).
Продолжительность сперматогенеза у человека около 80 суток.
Мужские половые клетки образуются в очень большом количестве.
Так, в 3 см3 эякулята содержится 120-150 млн. сперматозоидов. За
время половой жизни мужчина продуцирует не менее 500 млр. спер
матозоидов.
Овогенез (оогенез)
Овогенез (рис. 14 б) протекает в яичнике и включает периоды
размножения, роста, созревания. В период размножения из зачатко
вых клеток гонобластов путем митозов увеличивается число дипло
идных половых клеток - овогоний. Этот период завершается до рож
дения. Большая часть клеток гибнет.
Период роста - объем клеток увеличивается в сотни раз за счет
накопления желтка и образуется овоцит I порядка. Происходит реп
ликация ДНК (4с 2п). Овоциты I порядка вступают в профазу I деле
ния мейоза. Эта фаза у человека длится до полового созревания. С
момента полового созревания происходит завершение первого деле
ния мейоза и образуется маленькая клетка - направительное тельце и
крупный овоцит II порядка (2с 1 п). После второго деления мейоза
34
овоцит II порядка снова делится и образуется 1 овотида (гаплоидная
яйцеклетка) и направительное тельце. Первое направительное тельце
тоже делится на два. Образующиеся направительные клетки затем ис
чезают.
Рис. 14. Схема сперматогенеза (а) и овогенеза (б).
У позвоночных рост овоцитов сопровождается образованием
вокруг него фолликулярных клеток, которые регулируют синтез
желтка в клетке, а на поздних стадиях овогенеза секретируются
гормоны, индуцирующие созревание овоцита, фолликулярный слой
выполняет защитную функцию. У человека мейоз завершается по
сле оплодотворения.
Особенности овогенеза и сперматогенеза представлены в таблице 2.
35
Таблица 2. Отличия сперматогенеза от овогенеза у человека
Сперматогенез Овогенез
Фаза размножения происходит толь
ко с момента полового созревания и
продолжается в течение всей жизни
Фаза роста сразу следует за размно
жением, короткая
Фаза созревания характеризуется
равномерным делением сперматоци-
тов
Есть фаза формирования Фаза формирования отсутствует
«Экономичность» сперматогенеза: из
одной сперматогонии образуется 4
сперматозоида
Продолжается в течение всей жизни
мужчины
Фаза размножения происходит только в
эмбриональном периоде и непродолжи
тельное время после рождения
Фаза роста очень длительная, делится на
малый рост и большой рост
Фаза созревания характеризуется нерав
номерным делением овоцитов: образует
ся одна яйцеклетка и три редукционных
тельца
«Расточительность» овогенеза: из одной
овогонии образуется одна крупная яйце
клетка и 3 мелких редукционных тельца
Прекращается после менопаузы
Гермафродитизм - наличие органов мужского и женского пола у
одной и той же особи. Различают гермафродитизм естественный и
аномальный.
Естественный гермафродитизм широко распространен у живот
ных (плоские черви). Организм продуцирует как яйцеклетки, так и
сперматозоиды.
Аномальный гермафродитизм наблюдается как у животных, так и
у человека. Он может быть истинным, когда у одной особи имеются
либо одновременно мужские и женские половые железы, либо одна
половая железа, содержащая как женские, так и мужские половые
клетки. Или ложным, когда у особи имеются половые железы одного
пола, а наружные половые органы и вторичные половые признаки
полностью или частично соответствуют признакам другого пола. На
пример, мужеподобные самки и женоподобные самцы.
Мейоз - особый способ деления клеток, в результате которого
происходит редукция (уменьшение) числа хромосом и переход клеток
из диплоидного состояния в гаплоидное. Мейоз открыт немецким
ученым В. Флемингом у животных (1882 г.).
36
Мейоз состоит из двух последовательных делений, в процессе
которых удвоение количества ДНК происходит только 1 раз - в ин
терфазе, предшествующей 1 делению мейоза (4с 2п), а результат мей-
оза - образование двух дочерних гаплоидных клеток 1с 1п (рис.15).
Рис. 15. Схема мейоза
Биологическое значение мейоза:
1. Редукция числа хромосом и количества ДНК в ядре половых
клеток.
2. Перекомбинация генетического материала в результате кроссин-
говера приводит к генетической изменчивости будущего потомства. Пе-
рекомбинация - источник комбинативной изменчивости организма,
дающий материал для отбора, который действует в ходе эволюции.
Отличия половых клеток от соматических состоят в следующем:
1. Набор хромосом у половых клеток гаплоидный, у соматиче
ских клеток - диплоидный.
2. Для половых клеток характерно сложное, стадийное развитие;
при этом имеет место особый способ деления - мейоз.
3. Половые клетки имеют специальные приспособления: сперма
тозоид имеет акросому (для проникновения через оболочки яйцеклет
ки) и мощный двигательный аппарат - хвостик; яйцеклетка имеет
37
желток (запас питательных веществ и строительных материалов) и
оболочки (I, II, а у некоторых видов и III).
4. У половых клеток особое ядерно-цитоплазматическое отноше
ние: у мужских половых клеток очень высокое (преобладает ядро над
цитоплазмой), в женских половых клетках очень низкое (преобладает
цитоплазма над ядром).
5. Обмен веществ в зрелых половых клетках до оплодотворения
находится на очень низком уровне (почти до анабиоза).
6. Биологическое назначение: если из соматической клетки может
образоваться лишь такая же дочерняя клетка, то из половых клеток
формируется целый новый организм.
Особенности строения и типы яйцеклеток
Яйцеклетки (или яйца) - женские половые клетки высокоспециа
лизированные, относительно крупные и неподвижные. Принципиаль
ных различий в строении яйцеклетки и соматических клеток не суще
ствует: они имеют ядро, цитоплазму, органоиды, включения. Вместе с
тем яйцеклетка имеет ряд особенностей, отличающих её от соматиче
ских клеток. К ним относятся:
а) содержат гаплоидный набор хромосом;
б) яйцеклетки крупнее, чем соматические клетки;
в) наличие оболочек, расположенных поверх цитоплазматической
мембраны (яйца млекопитающих имеют желточную оболочку, кото
рая называется прозрачной. Снаружи она окружена слоем фоллику
лярных клеток. Они выполняют защитную и ряд других функций);
г) присутствие в цитоплазме запасных питательных веществ в
виде желтка.
Желток содержит белки, жиры, углеводы, минеральные вещества,
основную массу составляют липопротеины и гликопротеины.
Типы и периоды онтогенеза
Онтогенез - процесс индивидуального развития особи от зиготы
при половом размножении (или появлении дочерней особи при бес
полом) до конца жизни. Термин «онтогенез» в 1866г. предложил не
мецкий ученый Э. Геккель. В основе онтогенеза лежит реализация на
следственной информации на всех этапах развития.
Различают 3 типа онтогенеза:
1. Прямое развитие (неличиночное) характерно для рыб, репти
лий, птиц. При таком типе онтогенеза из яйцевых оболочек выходит
38
особь, похожая на взрослый организм. В дальнейшем развитии про
исходит увеличение размеров тела организма и достижение половой
зрелости.
2. Непрямое развитие (личиночное). Личиночный тип развития со
провождается метаморфозом, который характеризуется структурными
преобразованиями особи. Различают развитие с неполным метаморфо
зом: 3 стадии (земноводные, прямокрылые) и с полным метаморфозом:
4 стадии (двукрылые, чешуекрылые). При развитии с неполным мета
морфозом выделяются следующие стадии развития: яйцо ^ личинка ^
взрослая особь (имаго). Развитие с полным метаморфозом включает
стадии: яйцо ^ личинка ^ куколка ^ взрослая особь.
3. Внутриутробное развитие (млекопитающие, человек).
Онтогенез многоклеточных организмов подразделяют на 3 пе
риода:
- прогенез (предэмбриональный) - формирование гамет, их слия
ние и образование зиготы;
- эмбриогенез (эмбриональный) - начинается с момента образо
вания зиготы и заканчивается рождением или выходом из яйцевых
оболочек;
- постэмбриональный период начинается после рождения или
выхода из яйцевых оболочек и завершается старением и смертью.
Для плацентарных млекопитающих и человека онтогенез принято де
лить на пренатальный (до рождения) и постнатальный (после рождения).
Эмбриональный период развития, его этапы
Период эмбрионального развития наиболее сложен у высших жи
вотных и состоит из нескольких этапов: образование зиготы, дробле
ние, образование бластулы, гаструляция, гисто- и органогенез.
Первый этап эмбрионального периода - образование зиготы. Зи-
гота-одноклеточный зародыш или одноклеточная стадия развития ор
ганизма.
В зиготе происходит ряд процессов:
а) перемещение цитоплазмы (цитоплазматических структур) -
это ведёт к образованию двусторонней симметрии и полярности.
б) перестройка цитоплазматической мембраны. Появляется по
верхностный (кортикальный) слой. Это исключает слияние зиготы с
другими мужскими половыми клетками.
39
в) образование ядерной оболочки вокруг слившихся пронукле
усов (синкариона).
г) осуществляется синтез РНК, синтез белка.
Дробление сопровождается митозом, в результате которого одно
клеточный зародыш становится многоклеточным. Однако зародыш не
увеличивается в размерах, нет роста клеток, объем зародыша не изме
няется, очень короткая интерфаза, отсутствует G1. Клетки, образую
щиеся в процессе дробления, называются
ток с каждым делением становится всё мельче.
Характер дробления не одинаков у разных животных и зависит от
количества желтка и распределения его в цитоплазме. Чем больше
желтка, тем медленнее делится эта часть цитоплазмы.
бластомерами. Размер кле
Рис. 16. Схема эмбрионального развития:
а — оплодотворенное яйцо; б — стадия 2 клеток; в — стадия 4 клеток; г —
стадия 8 клеток; д — стадия 16 клеток; е — стадия 32 клеток; ж — бластула; з —
бластула в разрезе; и — начало образования гаструлы; к — гаструла; л — ранняя
нейрула; м — нейрула; 1 — бластоцель; 2 — эктодерма; 3 — энтодерма; 4 — по
лость первичной кишки; 5 — мезодерма; 6 — нервная пластинка; 7 — хорда.
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]