Экзамен по биологии. Общая биология 22 Определение биологии как науки. Связь биологии с другими науками. Значение биологии для
 Скачать 0.97 Mb.
|
|
Оплодотворение – это процесс слияния сперматозоида с яйцеклеткой с последующим слиянием их ядер и образованием диплоидной зиготы. Биологическое значение этого процесса состоит в том, что при слиянии мужских и женских гамет образуется новый организм, несущий признак обоих родительских организмов. Гаметы гаплоидны, они содержат половинный набор хромосом и образуются в результате мейоза. Одной из модификаций полового размножения является партеногенез. Партеногенез – это процесс, при котором женская гамета развивается в новую особь без оплодотворения (встречается у животных (пчёлы) и растений). Преимущество в том, что увеличивается скорость размножения. Эволюция размножения, формы размножения. Эволюция размножения стала важной движущей силой общей эволюции царства растений и привела к возникновению новых специализированных органов. Бесполое размножение — наиболее древний и, несомненно, изначальный способ размножения. Оно представлено у всех групп растений, включая покрытосеменные. Наиболее примитивный способ бесполого размножения — вегетативное. Его наблюдают на самых ранних этапах развития жизни — у доклеточных. У многих предъядерных (например, у бактерий) это и сейчас единственный способ размножения. Каждая крупная естественная группа растений нередко обладает свойственными только ей формами вегетативного размножения. Так, у сине-зеленых водорослей это гормогонии, у лишайников — изидии и соредии, у некоторых моховидных— выводковые тельца. Наиболее разнообразны формы вегетативного размножения у высших растений, особенно у покрытосеменных. Велико разнообразие спор собственно бесполого размножения. В процессе эволюции они утратили способность воспроизводить новую особь, сходную с материнской (спорофит), а дают начало половому поколению (гаметофиту). Половое размножение возникло на очень ранних этапах эволюции, но время его появления точно не установлено. У некоторых современных примитивных групп растений половой процесс неизвестен. Не вызывает сомнений, что такие природные группы, как сине-зеленые водоросли и большинство бактерий, никогда не имели полового размножения. Другие, например, некоторые грибы, возможно, утратили его. Половой процесс утрачен и у некоторых высокоорганизованных растений, например, у покрытосеменных (партеногенез). В настоящее время наука еще не располагает достаточными данными для воспроизведения полной картины эволюции полового процесса у растений. Твердо установлено, что у растений, стоящих на более низкой ступени эволюции, половой процесс протекает в более примитивной форме, чем у растений, стоящих на более высокой ступени эволюции. Один из показателей уровня эволюции — специализация гамет. Наиболее примитивен изогамный половой процесс. Более высокий уровень — гетерогамия. Наиболее специализированным половым процессом считают оогамию. Мужская гамета теряет подвижность, приспособившись к наземным условиям жизни, и доставляется к яйцеклетке пыльцевой трубкой. Таким образом, у семенных растений половой процесс не связан с наличием водной среды, это — приспособление к сухопутному образу жизни. Половое размножение развивалось не изолированно от бесполого, а во взаимной связи с ним. Каждая природная группа растений в жизненном цикле имеет свою закономерность смены бесполого и полового размножения. У многих низших растений смена ядерных фаз не выражена, спорофит почти полностью выпадает из жизненного цикла (диплоидна лишь зигота). В жизненном цикле некоторых низших растений и всех высших существует чередование спорофита и гаметофита. Степень их морфологической разнородности и преобладания в жизненном цикле служит важным показателем эволюционного уровня изучаемой группы растений. На основании работ В. Гофмейстера (1849, 1851) установлена важная общая закономерность: в процессе эволюции спорофит приобретает всё большее развитие и самостоятельность; гаметофит, напротив, все более редуцируется, полностью теряет свою самостоятельность и всецело зависит от спорофита, что и наблюдают у наиболее высокоорганизованных семенных растений — голосеменных и покрытосеменных. В. Гофмейстер, изучая жизненные циклы различных природных групп растений, показал, что между высшими споровыми и покрытосеменными нет такого большого разрыва, как предполагали ранее. 36. Характеристика основных этапов оплодотворения. Биологическое значение оплодотворения. Половой диморфизм. Характеристика основных этапов оплодтворения. Оплодотворение - процесс слияния гаплоидных половых клеток, или гамет, приводящий к образованию диплоидной клетки - зиготы. В процессе оплодотворения различают три этапа: 1. Дистантное взаимодействие и сближение гамет: При дистантном взаимодействии большое значение имеют хемотаксис и реотаксис. Хемотаксис - способность мужских половых клеток двигаться против градиента концентрации гамонов (химические вещества, выделяемые яйцеклеткой и спермиями). Концентрация гамонов выше всего около яйцеклетки, туда и направлено движение сперматозоидов. Реотаксис - способность двигаться против тока жидкости. Кроме таксисов сближению половых клеток способствуют перистальтика маточных труб и мерцательное движение ресничек эпителия маточных труб. На близком расстоянии встрече половых клеток способствует их противоположная заряженность. 2. Контактное взаимодействие и активизация яйцеклетки: В данном этапе сперматозоиды прикрепляются к оболочке яйцеклетки и при помощи биения жгутиков вращают яйцеклетку вокруг её оси со скоростью 4 оборота в минуту. Это продолжаются около 12 часов. Проникновение спермия в яйцеклетку осуществляется с помощью акросомы и ее ферментов - спермолизинов. Ферменты, выделяемые из акросом сотен сперматозоидов, принимающих участие в осеменении, разрушают лучистый венец, расщепляют гликозаминогликаны блестящей оболочки яйцеклетки. Отделяющиеся фолликулярные клетки склеиваются в конгломерат, который вслед за яйцеклеткой перемещается по маточной трубе благодаря мерцанию ресничек эпителиальных клеток слизистой оболочки. У млекопитающих при оплодотворении в яйцеклетку проникает только один сперматозоид. Такое явление называется моноспермией, у некоторых животных, например, у птиц, в одну яйцеклетку могут проникнуть несколько сперматозоидов и такое явление называется полиспермием. 3. Вхождение сперматозоида в яйцеклетку и слияние ядер половых клеток. В ооплазму проникает головка и промежуточная часть хвостового отдела сперматозоида. После вхождения спермия на периферии ооплазмы происходит ее уплотнение (кортикальная реакция) и образуется оболочка оплодотворения. Кортикальная реакция – слияние плазмолеммы яйцеклетки с мембранами кортикальных гранул, в результате чего содержимое гранул способствует образованию оболочки оплодотворения толщиной 50 нм, препятствующей полиспермии – проникновению других сперматозоидов. Через несколько минут после проникновения сперматозоида включаются механизмы усиленного внутриклеточного обмена. Попавшее в яйцеклетку ядро спермия постепенно набухает, хроматин разрыхляется, и оно превращается в мужской пронуклеус (ядро сперматозоида).Коллоидные свойства цитоплазмы яйцеклетки изменяются, повышается ее вязкость. Мужской пронуклеус набухает до размеров женского пронуклеуса (ядра яйцеклетки), поворачивается на 180° и центросомой вперед движется в сторону женского пронуклеуса. В течение приблизительно 12 часов мужской и женский пронуклеусы сближаются, а затем объединяются, образуется зигота – одноклеточный зародыш. Таким образом происходит восстановление диплоидного набора хромосом, характерного для человека и образуется зигота. Биологическое значение оплодотворения. Биологическое значение оплодотворения состоит в том, что при слиянии мужских и женских половых клеток, происходящих обычно из разных организмов, образуется новый организм, несущий признаки отца и матери. При образовании половых клеток в мейозе возникают гаметы с разным сочетанием хромосом, поэтому после оплодотворения новые организмы могут сочетать в себе признаки обоих родителей в самых различных комбинациях. В результате этого происходит колоссальное увеличение наследственного разнообразия организмов, что увеличивает шансы выжить организма или вида при неблагоприятных или меняющихся условиях. Половой диморфизм. Половой диморфизм — анатомические различия между самцами и самками одного и того же биологического вида. Половой диморфизм может проявляться в различных физических признаках. Размер. У большинства млекопитающих и куриных птиц самцы более крупные и тяжёлые, чем самки. У многих птиц (особенно хищных), земноводных и членистоногих самки, как правило, крупнее самцов. У черепах и у змей самки крупнее самцов; у ящериц, напротив, как правило, самцы крупнее самок; исключение составляют гекконы, у которых большая величина также свойственна самкам. Волосяной покров. Борода у мужчин, грива у львов или бабуинов. Окраска. Цвет оперения у птиц, особенно у утиных. Кожа. Характерные наросты или дополнительные образования, такие как рога у оленевых, гребешок у петухов. Зубы. Бивни у самцов индийского слона, более крупные клыки у самцов моржей и кабанов. Некоторые животные, прежде всего рыбы, демонстрируют половой диморфизм только во время спаривания. Согласно одной из теорий, половой диморфизм выражен тем больше, чем различнее являются вклады обоих полов в уход за потомством. 37. Партеногенез. Классификация. Характеристика основных форм. Партеногенез — так называемое «однополое размножение» или «девственное размножение» — одна из форм полового размножения организмов, при которой женские половые клетки (яйцеклетки) развиваются во взрослом организме без оплодотворения. Хотя партеногенетическое размножение не недавно было показано, что в дифференциации мужского пола особая роль принадлежит гену SRY (читается: Эс Ар Уай), который кодирует белковый фактор развития семенников и локализован на коротком плече Y хромосомы. Мутации в гене SRY приводят к тому, что у лиц с кариотипом XY развивается женский фенотип. Эмбриональные гонады могут дифференцироваться в семенники и яичники. Если эмбриональные гонады находятся у плода мужского пола, то ген SRY, локализованный в Y-хромосоме, продуцирует фактор, детерминирующий дифференцировку эмбриональных семенников. В отсутствие гена SRY эмбриональные гонады дифференцируются в яичник. Дифференциация пола – это процесс формирования морфофизиологических и поведенческих различий между полами в онтогенезе. Она представляет собой цепь закономерно сменяющих друг друга этапов, причем каждый последующий этап основывается на предыдущем. Несмотря на разнообразие вариантов у разных животных, принципиальная схема дифференцировки весьма консервативна и представляет определенную последовательность событий. Необходимо отметить, что развитие в направлении женского организма – это «нормальная судьба» зиготы. Для развития в мужском направлении необходимы особые «переключатели», подавляющие самодифференциацию в женском направлении. В онтогенезе млекопитающих можно выделить 3 основных этапа дифференцировки. На 1-м этапе на основе детерминации пола происходит дифференциация гонад. На 2-м этапе дифференцированные гонады выделяют гормоны, которые активируют гены, обусловливающие половую дифференциацию фенотипа и мозга. На 3-м этапе вследствие дифференциации мозга и процессов социализации формируется половое поведение. У эмбриона млекопитающих происходит закладка бисексуальной системы эмбриональных гонад и двух пар половых протоков – мюллеровых и вольфовых каналов. Под действием гена SRY эмбриональные гонады преобразуются в семенники, а в случае отсутствия этого гена – в яичники. После дифференцировки эмбриональных гонад в семенники они начинают выделять гормоны – тестостерон и антимюллеровский гормон (АМН). АМН обусловливает дегенерацию мюллеровых каналов. Тестостерон обусловливает преобразование вольфовых каналов в семявыносящие протоки и придатки яичек; его можно считать вторым «главным переключателем», так как он является важнейшим фактором маскулинизации. Кастрированные на ранних стадиях зародыши развиваются по женскому типу, независимо от кариотипа. При дифференцировке эмбриональных гонад в яичники не происходит выделения тестостерона и АМН. Это сопровождается запрограммированным преобразованием мюллеровых каналов в женскую проводящую систему, состоящую из матки и яйцеводов. Вольфовы каналы дегенерируют. 39. Общая характеристика эмбрионального развития: зигота, дробление, гаструляция, гисто- и органогенез. Зародышевые оболочки. Взаимоотношение материнского организма и плода. Общая характеристика эмбрионального развития: зигота, дробление, гаструляция, гисто- и органогенез. Эмбриональный, или зародышевый, период онтогенеза начинается с момента оплодотворения и продолжается до выхода зародыша из яйцевых оболочек. У большинства позвоночных он включает стадии (фазы) дробления, гаструляции, гисто- и органогенеза. Зигота — диплоидная клетка, образующаяся в результате слияния яйцеклетки и сперматозоида, то есть в результате оплодотворения. Зигота является тотипотентной (то есть, способной породить любую другую) клеткой. У человека первое митотическое деление зиготы происходит спустя примерно 30 часов после оплодотворения, что обусловлено сложными процессами подготовки к первому акту дробления. Клетки, образовавшиеся в результате дробления зиготы называют бластомерами. Первые деления зиготы называют «дроблениями» потому, что клетка именно дробится: дочерние клетки после каждого деления становятся всё мельче, а между делениями отсутствует стадия клеточного роста. Дробление — ряд последовательных митотических делений оплодотворенного или инициированного к развитию яйца. Дробление представляет собой первый период эмбрионального развития, который присутствует в онтогенезе всех многоклеточных животных и приводит к образованию однослойного зародыша - бластулы. При этом масса зародыша и его объем не меняются, то есть они остаются такими же, как у зиготы, а яйцо разделяется на все более мелкие клетки — бластомеры. После каждого деления дробления клетки зародыша становятся все более мелкими, то есть меняются ядерно-плазменные отношения: ядро остается таким же, а объем цитоплазмы уменьшается. Процесс протекает до тех пор, пока эти показатели не достигнут значений, характерных для соматических клеток. Тип дробления зависит от количества желтка и его расположения в яйце. Если желтка мало, и он равномерно распределен в цитоплазме (изолецитальные яйца: иглокожие, плоские черви, млекопитающие), то дробление протекает по типу полного равномерного: бластомеры одинаковы по размерам, дробится все яйцо. Если желток распределен неравномерно (телолецитальные яйца: амфибии), то дробление протекает по типу полного неравномерного: бластомеры — разной величины, те, которые содержат желток — крупнее, яйцо дробится целиком. При неполном дроблении желтка в яйцах настолько много, что борозды дробления не могут разделить его целиком. Дробление яйца, у которого дробится только сконцентрированная на анимальном полюсе «шапочка» цитоплазмы, где находится ядро зиготы, называется неполным дискоидальным (телолецитальные яйца: пресмыкающиеся, птицы). При неполном поверхностном дроблении в глубине желтка происходят первые синхронные ядерные деления, не сопровождающиеся образованием межклеточных границ. Ядра, окруженные небольшим количеством цитоплазмы, равномерно распределяются в желтке. Когда их становится достаточно много, они мигрируют в цитоплазму, где затем после образования межклеточных границ возникает бластодерма (центролецитальные яйца: насекомые). |