Самостійна робота №6

Розмноження організмів

Інструкція №6

Для виконання самостійної поза аудиторної роботи студентів

Дисципліна: Біологія

Спеціальність: 5.12010101 «Лікувальна справа. Фармація»

5.12010102 «Сестринська справа»

Тема: Розмноження організмів (скласти тести до теми)

Робота виконується в кінці вивчення теми «Розмноження

та індивідуальний розвиток організмів»

Кількість годин: 2 години

Знати:

• Основні форми розмноження та їхнє біологічне значення;

• Типи запліднення у різних груп організмів;

• Основні етапи зародкового розвитку організмів;

• Типи після зародкового розвитку організмів.

Вміти:

• Розрізняти різні форми розмноження.

• Давати характеристику основним формам розмноження.

• Характеризувати основні етапи індивідуального розвитку організмів.

• Характеризувати різні життєві цикли організмів.

План

1. Типи розмноження організмів. Статеві і нестатеві розмноження.

2. Гаметогенез та запліднення.

3. Етапи індивідуального розвитку організмів.

4. Формування тканин та органів. Після зародковий розвиток тварин.

5. Поняття про прості та складні життєві цикли.

Література:

1. Кучеренко М.Є., Вервес Ю.Г., Балан П.Г. – Загальна біологія: Підручник для 10 класу загальноосвітніх шкільних закладів. – К.: Тенгіза: 2004, - 5 с.

2. Соболь В.І. Біологія. Довідник + тести. – Кам’янець-Подільський: ФОП Сисин О.В., 2010 – 262 с.

3. «Медична біологія». За рекомендацією В.П. Пішака, Ю.І. Бажори – Нова книга: 2004 – 129 с.

Методичні рекомендації

1. Ознайомитись з додатковою літературою вказаною в інструкції та проаналізувати вивчений матеріал. Скласти тести з теми «Розмноження та індивідуальний розвиток організмів» в кількості 20.

2. Оформити тестові завдання на окремих аркушах паперу формату А4.

3. Орієнтовні запитання при складанні тестів в кінці § 1-7 підручника Кучеренка М.Є…

Форма контролю

Перевірка конспекту

Розмноження

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.

Розмно́ження (відтворення, репродукція) — біологічний процес, за допомогою якого утворюються нові організми, відтворення собі подібних. Розмноження — фундаментальна особливість всіх відомих життєвих форм, кожен індивідуальний організм існує в результаті розмноження. Відомі способи розмноження поділяються на два головні типи: статеве і безстатеве (нестатеве).

При безстатевому розмноженні новий індивідуум утворюється за допомогою спор чи спеціальних клітин, без участі гамет. Поділ бактеріальних клітин на дві дочірні клітини — приклад безстатевого розмноження. Безстатеве копіювання не обмежується, проте, одноклітинними організмами. Більшість рослин, деякі тварини і деякі іншібагатоклітинні організми також мають здатність до безстатевого розмноження.

Статеве розмноження вимагає залучення двох індивідуумів, зазвичай різних статей. Розмноження людини — загальний приклад статевого розмноження.

[ред.]Статеве та безстатеве розмноження

[ред.]Нестатеве розмноження

Утворення нових індивідуальних рослин уздовж краю листка повітряної рослиниKalanchoe pinnata. Маленькі рослини на передньому плані мають близько 1 см заввишки. Поняття «індивідуума» очевидно розширене при такому процесі розмноження.

Докладніше: Безстатеве розмноження

Безстатеве розмноження — біологічний процес, у якому організм створює генетично подібну або ідентичну копію себе без вкладення генетичного матеріалу іншого індивідуума. Бактерії та археї діляться безстатево бінарним поділом (який, проте, може бути асиметричним), віруси використовують клітини інших організмів для отримання нових вірусів, проте зазвичай не вкладають у нові віруси генетичний матеріал клітин-хазяїв, багато безхребетних тварин (наприклад, гідри) та дріжджівзазвичай розмножуються брунькуванням, міцеліальні гриби розмножуються за допомогою росту міцелію.

Ці організми не мають різних статей і здібні до «розщеплення» себе на два або більше індивідууми. Деякі безстатеві види, подібно до гідри, можуть також розмножуватися статевим шляхом. Бактерії також інколи можуть обмінюватися генетичною інформацією за допомогою горизонтального переносу генів, а дріжджі — спаровуватися за допомогою примітивного статевого процесу.

Наявність статі не обов'язково заважає безстатевому розмноженню. Наприклад, більшість рослин здатні до вегетативного розмноження без насіння або спор, хоча також можуть розмножуватись статево.

Інші шляхи безстатевого розмноження включають партеногенез, фрагментацію і утворення спор, де залучається тільки мітоз.Партеногенез (від грец. παρθένος — «діва», «незаймана» + γένεσις «походження», «утворення») — утворення і розвитокембріону або насіння без запліднення самцем (іншим організмом). Партеногенез природно відбувається в деяких видів, зокрема в нижчих рослин, безхребетних (наприклад, у водних блох, тлі, деяких бджіл і паразитичних ос) і хребетних(наприклад, у деяких плазунів^[1], риб, зокрема в акул^[2], та, дуже рідко, у птахів^[3]) тваринах. Цей же термін іноді також використовується для опису розмноження вгермафродитних видах, здатних до самозапліднення.

]Статеве розмноження

Дзюрчалки спаровуються в повітрі

Докладніше: Статеве розмноження

Статеве розмноження є типом розмноження, при якому організми утворюють нащадків, що мають комбінацію генетичного матеріалу від більш ніж одного (зазвичай двох) різних представників виду. Кожен з двох організмів-батьків надає приблизно половину генетичної інформації нащадкові, продукуючи гаплоїдні гамети. Більшість організмів формують два різні типи гамет. У анізогамних видів гамети різні, у такому випадку розрізняють дві статі — самця (виробляє сперму або мікроспори) ісамку (виробляє яйцеклітини або мегаспори). Крайній випадок ізогамії, коли гамети дуже різні, називається оогамією. Уізогамних видів гамети подібні або ідентичні за формою, хоча можуть мати різні окремі властивості і тому мати різні назви. Наприклад, в зеленої водорості Chlamydomonas reinhardtii є так звані «плюс» і «мінус» гамети. Кілька видів організмів, наприклад, ворсинчасті, мають більш ніж два види гамет.

Більшість тварин (зокрема людина) і рослин зазвичай розмножуються статевим шляхом. Статеві організми мають два набори генів для кожної ознаки (так звані аллелі). Нащадки успадковують одну аллель для кожної ознаки від кожного з батьків, таким чином, нащадки гарантовано мають комбінацію генів батьків. Наявність двох екземплярів кожного гена часто дозволяє організму гарантувати наявність життєздатного організму, навіть якщо один з генів пошкоджений.

Проте, спаровування не обов'язково залучає двох особин, для багатьох організмів можливе і самозапліднення. Для опису першого випадку використовується терміналогамія — запліднення яйця від одного індивідуума сперматозоїдом іншого. Протилежний випадок, аутогамія або самозапліднення, зустрічається у гермафродитнихорганізмах, де зливаються дві гамети одного й того ж організму. Хоча у аутогамії і залучається статевий апарат, нащадок отримує гени лише від однієї батьківської особини, тобто є прикладом безстатевого розмноження.

[ред.]Порівняння двох типів розмноження

Організми, які розмножуються за допомогою безстатевого механізму, витрачають на розмноження значно менше ресурсів і мають можливість швидкого збільшення розміру популяції. Проте статеве розмноження також має кілька переваг, адже "статеві" організми мають більше можливостей для адаптації до умов навколишнього середовища. Для забезпечення достатнього рівня генетичних змін, пристосування до нових умов обидва типи організмів повинні забезпечити певний рівень мутацій у своїх геномах. Проте безстатеві організми при цьому втрачають початкові варіанти генів, що зберігаються в популяції. Крім того, організми із статевим розмноженням мають можливість змінюватися значно сильніше, прискорюючи процес еволюції. Про переваги статевого розмноження свідчить той факт, що генетичний алгоритм, математична модель, побудована на його основі, має значні переваги для пошуку мінімуму на складній багатовимірній поверхні, ніж еволюційні алгоритми, аналогічні безстатевому розмноженню.

Багато організмів можуть розмножатися як статевим шляхом, так і безстатевим. Попелиці, слизисті гриби, актинії, деякі види морських зірок та більшість рослин мають можливость розмножуватися брунькуванням або фрагментацією.

Коли зовнішні фактори сприятливі, зазвичай використовується безстатеве розмноження, максимально експлуатуючи ресурси навколишнього середовища. Популяція у такому випадку експоненційно зростає, а безстатеве розмноження надає перевагу швидшого росту.

Коли джерела їжі виснажуються, клімат погіршується або виникає інша несприятлива зміна, ці організми перемикаються на статеву форму розмноження. Статеве розмноження гарантує змішування генофонду виду. Зміни, отримані нащадками в результаті статевого розмноження, дозволяють деяким індивідуумам краще пристосуватися до виживання у нових умовах і забезпечують механізм добірної адаптації. Крім того, статеве розмноження часто приводить до утворення стійкішої життєвої стадії, яка може витримати умови, що загрожують нащадкам, отриманим безстатевим шляхом. Тому насіння, спори, яйця, лялечки та інші «зимуючі» стадії гарантують виживання протягом несприятливого часу і дають можливість організму «чекати» покращення зовнішніх умов.

Безстатеве розмноження виникло набагато раніше за статеве у процесі еволюції. Вважається, що це був перший тип розмноження, що виник у момент отримання організмами індивідуальності. Хоча переваги статевого розмноження серед багатоклітинних організмів добре відомі, їх кількісний внесок та еволюція статевого розмноження все ще активно досліджуються.

2.

Гаметогенез (від гамети і грец. genesis — походження) — процес формування і утворення статевих клітин — гамет.

Гаметогенез у тварин і рослин протікає по різному, залежно від місця мейозу в життєвому циклі цих організмів. Чоловічі гамети - розвиваються в чоловічих сім'яниках. Сперматозоїди після досягнення чоловіком статевої зрілості, утворюються практично протягом усього життя. Жіноча статева клітина - найбільша в організмі. Не рухлива, має круглу чи овальну форму (діаметр 140-160 м.к.м.). Яйцеклітина має середовище, яке забезпечує розвиток зиготи.

Гаметогенез починається в організмі людини під час ембріонального розвитку.

Заплі́днення (сингамія) — процес злиття чоловічої та жіночої статевих клітин (гамет) рослинних і тваринних організмів, що лежить в основі статевого розмноження. Внаслідок запліднення утворюється зигота, яка дає початок новому організмові.

Біологічне значення запліднення полягає у тому, що внаслідок злиття клітин з різною спадковістю при статевому розмноженні утворюється більш життєздатне потомство, ніж при безстатевому розмноженні. Подвійне запліднення забезпечує утворення зародка та запасу поживних речовин в покритонасінних. Розрізняють зовнішнє З., при якому злиття гамет відбувається поза тілом самки, і внутрішнє З., при якому гамети зливаються у тілі самки. Зовнішнє запліднення спостерігається у багатьохбезхребетних, риб, безхвостих земноводних, які відкладають статеві продукти у навколишнє середовище. Запліднення у цих тварин, а також розвиток зиготи залежить від умов середовища. У тварин з внутрішнім заплідненням (переважно наземних тварин) є спец. придаткові статеві органи для переносу сперми з тіла самців у тіло самок. Цей процес потребує узгодження дій самця і самки, і тому у тварин виробилися складні форми поведінки (статеві інстинкти), які забезпечують цю узгодженість. З. відбувається в результаті активного руху сперматозоїда до яйцеклітини, завдяки виділюваними гаметами речовинами. При злитті чоловічої та жіночої статевих клітин, що мають одинарний набір хромосом, відновлюється диплоїдний набір хромосом, характерний для соматичних клітин організму. У бактерій, синьо-зелених водоростей та деяких грибів типового статевого процесу немає. У нижчих рослин спостерігаються різні види статевого процесу: ізогамія (злиття однакових за розміром гамет),гетерогамія (злиття різних за розміром гамет), оогамія (запліднення рухливою дрібною чоловічою клітиною нерухливої і більшої за розміром жіночої), Кон'югація та ін. Умохоподібних і папоротеподібних сперматозоїди, які розвиваються в антеридіях, рухаються у водному середовищі до архегонія, в якому і відбувається З. яйцеклітини. Вищим рослинам властива оогамія. У квіткових рослин З. передує запилення. У покритонасінних відбувається т. зв. подвійне запилення.

3. Онтогенез (від грец. онтос — існуюче та генезіс — походження) - це індивідуальний розвиток особини від її зародження до смерті. У різних груп організмів онтогенез має свої особливості, які, зокрема, залежать від способу розмноження. В одноклітинних організмів он­тогенез збігається з клітинним циклом.

Тривалість онтогенезу може бути різною. Наприклад, секвоя може жити понад 3 000 років, деякі види черепах живуть до 150 років, білу­га (представник осетероподібних) — до 100 років. З безхребетних тва­рин значна тривалість життя спостерігається у деяких молюсків, чле­нистоногих (наприклад, у річкового рака — до 20 років).

При вегетативному розмноженні онтогенез зводиться до диференціації клітин і органів багатоклітинного зачатка (певного фрагмента, бруньки тощо) та росту. Під час нестатевого розмноження спорами у рослин та грибів під їхніми оболон­ками єдина клітина ділиться на багато дочірніх (зародкова меристема рослин, подібна сукупність клітин грибів). Згодом спора або проростає у багатоклітинну нитку (нитчасті водорості, міцелій грибів, протонема - ниткоподібне утворення у мохів, або з неї розвивається заросток (папороті, плауни, хвощі). При статевому розмноженні вихідною стадією онтогенезу є зигота (при партеногенезі - незапліднена яйцеклітина).

Онтогенез поділяють на ембріональний та постембріональний періоди.

Ембріональний (зародковий) період - це час, коли новий ор­ганізм (ембріон) розвивається всередині материнського організму або всередині яйця, насінини тощо. Він завершується народжен­ням (вилупленням, проростанням).

Постембріональний (післязародковий) період триває від момен­ту народження (виходу із зародкових оболонок, покривів насінини) і три­ває до моменту набуття організмом здатності до розмноження.

В організмів деяких видів після розмноження настає смерть (комахи-одноденки, лососеві риби — кета, горбуша тощо). В інших організмів (більшість хребетних тварин, річковий рак, деякі кома­хи, павукоподібні, молюски, багаторічні рослини тощо) здатність до розмноження зберігається певний час - період статевої зрілості. Після її втрати смерть у таких організмів настає не відразу, а через деякий час (від кількох днів у комах до кількох років і десятків ро­ків у великих ссавців, дерев тощо). Цей час називається періодом старіння, коли знижується рівень обміну речовин, відбуваються необоротні зміни в організмі, які, врешті-решт, призводять до смерті. Проблеми старіння у людей вивчає наука геронтологія (від грец. геронтос - дід, старий).

У вищих рослин всі вказані етапи онтогенезу відрізняються від тва­ринних, їхня зигота внаслідок поділу продукує зародкову меристему, з якої формується зародок. Він складається із зародкових корінця та пагона, який несе зародкові листочки (сім'ядолі). На верхівці зарод­кового пагона розташована твірна тканина (брунечка). Проростаю­чи, ці структури дають початок відповідним органам дорослої росли­ни. У вищих спорових рослин зародок розвивається із зиготи, захищеної стінками архегонія. У голонасінних і покритонасінних зародок є скла­довою частиною насінини, яка вкрита покривами (шкіркою) і містить запас поживних речовин (мол. 59). Ви вже знаєте, що насіння форму­ється після запліднення з насінного зачатка.

Ембріональний розвиток, або ембріогенез, тваринного орга­нізму починається з дробіння зиготи. Дробіння — це ряд послідов­них мітотичних поділів зиготи або партеногенетичної яйцеклітини, за якого утворені клітини (бластомери) в інтерфазі не ростуть, і тому їхні розміри зменшуються після кожного поділу.

Лінії, які розділяють бластомери, називають борознами дробін­ня. Процес дробіння завершується утворенням бластули (від грец. бластос — заросток, зародок) (мол. 61), яка є наступною стадією ем­бріогенезу. Вона має вигляд порожнистого утвору різної форми, стін­ки якого складаються з одного шару бластомерів.

У частини тварин (деякі кишковопорожнинні, плоскі черви, членистоногі, біль­шість ссавців) внаслідок дробіння утворюється стадія морули (від лат. морум -тутова ягода), яка відповідає бластулі, однак (мал.61) морула не має порожнини і становить собою скупчення бластомерів, більш-менш щільно притиснутих один до одного.

Гаструляція. Формування зародкових листків. Після утво­рення бластули починається гаструляція — процес формування двошарового зародка — гаструли.

Гаструлу (від грец. гастер - шлунок) вперше описав українсь­кий учений О.О. Ковалевський (мал.2), яку він назвав «кишковою личинкою». А назву «гаструла» запропонував пізніше німецький вче­ний Е.Геккель (мал.Г).

Утворення гаструли можливе чотирма основними способами, з яких найпоширенішими є вгинання (інвагінація) та заповзання (іммі­грація) (мал.62).

Під час інвагінації частина бластодерми вгинається всередину бластули (наприклад, у ланцетника). При цьому утворюється двоша­ровий зародок - гаструла, шари клітин якої (зовнішній - ектодерма та внутрішній—ектодерма) дістали назву зародкових листків, що вперше встановив естонський учений Карл Бер (мал.1). У подальшо­му онтогенезі з зародкових листків виникають усі тканини й органи дорослої особини. На місці вгинання утворюється первинний рот, який веде в замкнену порожнину первинної кишки. Між ектодер­мою та ентодермою зостаються залишки порожнини бластули.

Імміграція - це переміщення частини бластомерів у порожнину бластули, де вони згодом утворюють внутрішній зародковий листок ентодерму (наприклад, у частини кишковопорожнинних) (мол. 63).

На етапі гаструли завершується ембріональний розвиток так зва­них двошарових тварин (наприклад, кишковопорожнинних), у яких тіло дорослих особин зберігає двошаровість гаструли, первинний рот і порожнину первинної кишки.

У більшості багатоклітинних тварин після гаструляції настає етап формування третього (середнього) зародкового листка - мезодер­ми, — розташованого між зовнішнім та внутрішнім, і закладки ор­ганів та їхніх систем.

Мезодерма закладається різними шляхами. У більшості безхре­бетних дві чи кілька клітин зародка переміщуються у простір між екто- та ентодермою та розміщуються з боків первинного рота. Вна­слідок кількох поділів ці клітини утворюють мезодерму (мал.63).

В інших тварин (голкошкірі, хордові) у бластоцель вп'ячуються бічні вирости стінки первинної кишки. Вони відокремлюються й утворюють замкнені мішки, з яких згодом і формується мезодерма.

4. Післязародковий (постембріональний) розвиток - це період, який триває від народження або виходу із оболонок, що вкривають зародок, до настання здатності до розмноження. У цей період відбуваються ріст організму і диференціювання деяких органів (наприклад, статевих залоз).

Яким може бути післязародковий розвиток тварин?

Післязародковий розвиток тварин може бути прямим або непрямим. За прямого розвитку щойно народжена тварина загалом нагадує дорослу. Прямий розвиток можливий завдяки ембріонізації.

Ембріонізація - явище, коли зародковий період подовжується за рахунок живлення зародка поживними речовинами материнського організму (плацентарні ссавці, деякі хрящові риби) або яйця (плазуни, птахи) (мал. 24).

Біологічне значення ембріонізації розвитку полягає в тому, що народжується або вилуплюється з яйцевих оболонок тварина на вищому рівні розвитку. Це зменшує вразливість організму при дії зовнішніх чинників. У плацентарних ссавців, деяких сумчастих, акул, скорпіонів одна із зародкових оболонок зростається зі стінками розширеної частини яйцепроводів (матки). Через стінки цього органа до зародка надходять поживні речовини та кисень і виводяться продукти обміну речовин та вуглекислий газ. 

Процес появи на світ такого зародка називають справжнім живонародженням.

Якщо зародок розвивається за рахунок запасних поживних речовин яйця всередині материнського організму і звільняється від яйцевих оболонок ще в органах статевої системи, то таке явище називають яйцеживонародженням (деякі ящірки, змії, акваріумні риби - гуппі та мечоносці, попелиці тощо).

Коли зародок розвивається в яйці поза материнським організмом і молодий організм виходить із нього безпосередньо у зовнішнє середовище, то таке явище дістало назву яйценародження (більшість плазунів, птахи, членистоногі, кишковопорожнинні тощо).

Прямий розвиток характерний також для деяких кишковопорожнинних (гідри), малощетинкових червів, деяких ракоподібних (дафнії, річковий рак), павуків, деяких молюсків (прісноводні та наземні черевоногі, головоногі), хрящових риб, плазунів, птахів, ссавців.

Непрямий розвиток супроводжується значними змінами у будові організму, завдяки яким личинка перетворюється на дорослу особину. Личинка - фаза післязародкового розвитку багатьох безхребетних (більшість кишковопорожнинних, плоских, круглих і кільчастих червів, молюсків, комахи, голкошкірі тощо) і деяких хребетних (ланцетники, кісткові риби, земноводні тощо) тварин, у яких запаси поживних речовин в яйці недостатні для завершення процесів формування органів та їхніх систем, притаманних дорослій особині.

Непрямий розвиток відбувається в кілька послідовних етапів (фаз), на кожному з яких тварина характеризується певними особливостями будови та життєвих функцій. Наприклад, у процесі розвитку комах з неповним перетворенням виділяють фази яйця, личинки та дорослої комахи (клопи, бабки, таргани, прямокрилі, воші) (мал. 26), а при розвитку з повним перетворенням - яйця, личинки, лялечки та дорослої комахи (метелики, жуки, перетинчастокрилі, блохи тощо) (мал. 27).

При цьому особливе значення має фаза лялечки, на якій відбувається докорінна перебудова організму: за участю лізосом перетравлюється більшість внутрішніх органів личинки (травна, м'язова, видільна системи тощо), а з особливих зародкових клітин формуються тканини та органи дорослої комахи.

Непрямий тип розвитку забезпечує кілька важливих біологічних функцій, які сприяють існуванню виду.

Живильна функція. На певній фазі розвитку тварина отримує найбільше поживних речовин, потрібних для завершення розвитку. У комах цю функцію здійснює личинка (так, гусінь метеликів за час свого розвитку може збільшувати масу тіла в 10 000 разів і більше). Дорослі комахи, як вам відомо, не ростуть і живляться тільки для підтримання обміну речовин чи розвитку статевих продуктів, а деякі не живляться взагалі, використовуючи запаси поживних речовин, накопичені личинкою (наприклад, одноденки, шовковичний шовкопряд, оводи).