Биология. Учебное пособие для 10 класса учреждений общего среднего образования с русским языком обучения (с электронным приложением для повышенного уровня)
 Скачать 6.77 Mb.
|
|
§ 29. Типы размножения. Способы бесполого размножения Вспомните, с какими типами размножения вы познакомились при изучении расти- тельного и животного мира. Как вы думаете? Почему типы размножения называют бесполым и половым? В чем заключаются их преимущества и недостатки? Вы узнаете, чем различаются бесполое и половое размножение организмов, какие способы бесполого размножения существуют у одноклеточных и многоклеточных организмов. Типы размножения организмов. Одним из основных свойств живой материи является размножение — способность живых организмов вос- производить себе подобных. Благодаря этому свойству обеспечивается непрерывность жизни на Земле. Размножение организмов определенного вида предоставляет возмож- ность воспроизведения признаков не только родительских особей, но и вида в целом. А увеличение численности особей в результате размно- жения способствует расселению вида и расширению его ареала. Сле- довательно, благодаря размножению обеспечивается непрерывность и преемственность в передаче наследственной информации от родителей к потомству в ряду поколений и поддерживается длительное существова- ние вида. Как вы уже знаете, наследственная информация хранится в хромосо- мах. При размножении организмов передача наследственной информации происходит с помощью хромосом. В соматических клетках (клетках тела) хромосомы парные. В каждой паре одна хромосома отцовская, другая — материнская, следовательно, в соматических клетках находится два набо- ра (двойной набор) хромосом — каждый набор содержит наследственную информацию одного из родителей. В половых клетках (гаметах) хромо- сомы непарные. Следовательно, гаметы содержат один набор (одинар- ный набор) хромосом, которые несут наследственную информацию только одного из родителей. В зависимости от типа клеток, являющихся основой для размноже- ния, различают два типа размножения: бесполое и половое. Их сходство заключается в том, что оба типа приводят к увеличению численности особей и тем самым способствуют сохранению вида. Однако между бес- полым и половым размножением существуют значительные различия по целому ряду признаков (табл. 16). Правообладатель Народная асвета 125 § 29. Типы размножения. Способы бесполого размножения Т а б л и ц а 16. Сравнительная характеристика бесполого и полового типов размножения Бесполое размножение Половое размножение Биологической основой для раз- множения является деление клеток с сохранением исходного двойного набора хромосом (за исключением спорообразования у растений) Биологической основой размножения является деление клеток с образова- нием гамет Принимает участие только одна особь Принимают участие, как правило, две особи Не происходит образование гамет Образуются гаметы Новая особь образуется из неспециа- лизированных соматических клеток или из спор Новая особь, как правило, образует- ся из зиготы, являющейся результа- том слияния гамет Дочерние организмы являются точ- ными копиями материнского орга- низма (за исключением потомства из спор у растений) Дочерние организмы не являются точными копиями материнского ор- ганизма Позволяет сохранить чистоту вида Создает разнообразие особей Обеспечивает быстрое увеличение численности особей, но снижает их приспособленность к изменяющим- ся условиям среды Численность особей увеличивает- ся относительно медленно, но особи лучше приспосабливаются к изме- няющимся условиям среды Наличие различий в характеристиках бесполого и полового размно- жения — причина их разных последствий для вида. Если вид размножается только бесполым путем, то будет происходить быстрое увеличение численности особей с сохранением постоянства при- знаков вида (п р е и м у щ е с т в о б е с п о л о г о р а з м н о ж е н и я). Однако в изменяющихся условиях среды приспособительные возможности особей и жизнеспособность их потомства будут снижаться, вид не сможет эволю- ционировать и, в конечном итоге, он обречен на вымирание (н е д о с т а т о к б е с п о л о г о р а з м н о ж е н и я). Правообладатель Народная асвета 126 Глава 3. Размножение и индивидуальное развитие организмов При размножении вида только половым путем увеличивается раз- нообразие особей в пределах вида, повышаются их приспособительные возможности и жизнеспособность потомства в изменяющихся условиях среды. В результате вид способен эволюционировать и длительно суще- ствовать (п р е и м у щ е с т в о п о л о в о г о р а з м н о ж е н и я). В то же время возникшие неудачные комбинации хромосом могут стать причиной гибе- ли организмов (н е д о с т а т о к п о л о в о г о р а з м н о ж е н и я). Бесполое и половое размножение у разных видов организмов может осуществляться разными способами. Способы бесполого размножения. У одноклеточных и многоклеточных организмов существуют разные по механизму протекания способы бес- полого размножения. Как видно из схемы, у одноклеточных организмов встречаются три основных способа бесполого размножения. СПОСОБЫ БЕСПОЛОГО РАЗМНОЖЕНИЯ Одноклеточные 1. Деление клетки 2. Почкование 3. Спорообразование 1. Фрагментация 2. Вегетативное размножение 3. Почкование 4. Спорообразование Многоклеточные Чаще всего имеет место деление клетки надвое. У бактерий (стреп- тококки, бациллы) бактериальная хромосома вначале удваивается, за- тем между двумя дочерними хромосомами закладываются клеточные оболочки, которые делят материнскую клетку пополам с образованием двух одинаковых дочерних клеток. У одноклеточных эукариот разде- лению тела материнской клетки предшествует деление ядра — образу- ются два дочерних ядра, идентичные как друг другу, так и материн- скому. У многих одноклеточных (эвглена зеленая, хламидомонада) деление ядра происходит в основном с разрушением ядерной оболоч- ки, расхождением дочерних хромосом к полюсам клетки и формиро- ванием двух новых ядер. После этого следует разделение цитоплазмы и образование двух дочерних клеток. Иногда при делении клетки ма- теринское ядро делится на дочерние ядра путем перетяжки без расхо- ждения хромосом к полюсам клетки (амеба обыкновенная, инфузория туфелька) (рис. 38). §29-1 Правообладатель Народная асвета 127 § 29. Типы размножения. Способы бесполого размножения У некоторых одноклеточ- ных встречается размноже- ние путем почкования. В этом случае перед делением ядра в материнской клетке форми- руется небольшой вырост обо- лочки с цитоплазмой, куда по том перемещается одно из образовавшихся дочерних ядер. Формируется почка, ко - торая отделяется от материн- ской клетки и превращается в малую дочернюю особь. Некоторое время она растет и развивается, достигая затем размеров материн- ского организма. Способом почкования размножаются и дрожжевые грибы (рис. 39). Спорообразование у одноклеточных эукариот (хлорелла, хламидомо- нада) происходит путем многократного синхронного деления ядра и со- держимого клетки с образованием вокруг дочерних клеток собственных клеточных оболочек при сохранении целостности оболочки материнской клетки (рис. 40, с. 128). В результате под общей оболочкой образуется много мелких клеток — спор. Например, у хлореллы в одной клетке может образоваться до 64 неподвижных спор. Споры, имеющие жгутики и способные к передвижению, называются зооспорами (хламидомонада). После разрыва оболочки материнской клетки споры выходят в окружаю- щую среду и превращаются в новый организм. Они могут разноситься ветром или водой, что приводит не только к размножению, но и к рас- селению особей. Рис. 38. Деление клеток амебы (1) и инфузории туфельки (2) как способ бесполого размножения одноклеточных 1 2 Рис. 39. Почкование дрожжей как способ бесполого размножения одноклеточных Правообладатель Народная асвета 128 Глава 3. Размножение и индивидуальное развитие организмов Это интересно. У бактерий при неблагоприятных условиях происходит об- разование спор, не участвующих в размножении. Бактериальные споры — это покоящиеся клетки со сниженным обменом веществ, окруженные многослой- ной оболочкой, устойчивые к высыханию и к другим неблагоприятным усло- виям, вызывающим гибель обычных клеток. Они служат для переживания таких условий, а также могут переноситься на большие расстояния с помощью ветра или воды. После попадания в благоприятную среду у спор разрушается прочная оболочка, и они превращаются в вегетативные (делящиеся) клетки. Таким образом, споры (от греч. sporаЂ — сеяние, посев) — микроско- пические специализированные клетки, служащие для бесполого размно- жения, расселения и (или) сохранения при неблагоприятных условиях. У многоклеточных организмов различают четыре основных способа бесполого размножения (см. схему на с. 126). Фрагментацияи вегетативное размножение основаны на способности организмов к регенерации (восстановлению недостающих частей тела). У водорослей, грибов, лишайников размножение происходит фраг- ментами таллома (тела, не разделенного на органы), то есть способом фрагментации. Этот способ наблюдается также у кишечнополостных, Рис. 40. Спорообразование у хлореллы (1) и хламидомонады (2) как способ бесполого размножения одноклеточных Жгутик Ядро Оболочка Зооспоры 1 2 Правообладатель Народная асвета 129 § 29. Типы размножения. Способы бесполого размножения плоских (рис. 41) и кольчатых червей, морских звезд. При вегетативном размноже- нии дочерний организм формирует- ся за счет вегетативного органа или его видоизменения (см. рис. 1). Ве- гетативное размножение у растений может осуществляться с помощью стебля (кактусы, элодея), листа (фи- алка, бегония), корня (малина, сли- ва, вишня). У некоторых растений для размножения используются ви- доизмененные побеги: луковицы (лук, чеснок, тюльпан, нарцисс), корневи- ще (пырей, ландыш), усы (земляни- ка), клубни (картофель), корневые клубни (георгин). Для размножения культурных растений человек приме- няет такие способы вегетативного размножения, как отводки и черен- ки, деление куста (смородина, крыжовник, малина). В садоводстве часто применяется прививка, когда хотят соединить ценные потребительские качества сорта прививаемого растения (привой) с неприхотливостью рас- тения, на которое проводится прививка (подвой). Почкование среди многоклеточных наиболее характерно для двух- слойных животных — кишечнополостных. У гидры, например, двух- слойная стенка тела образует вырост (почку), на верхушке которого прорывается ротовое отверстие и образуются щупальца. Затем дочерняя особь отделяется, прикрепляется к субстрату, растет и становится само- стоятельным организмом (рис. 42). Почкование встречается у некоторых видов грибов, мхов, водорослей, а также у ряда видов червей. Рис. 41. Фрагментация тела планарии как способ бесполого размножения многоклеточных Рис. 42. Почкование гидры как способ бесполого размножения многоклеточных §29-2 Правообладатель Народная асвета 130 Глава 3. Размножение и индивидуальное развитие организмов Спорообразование наблюдается у водорослей, грибов, мхов, хвощей, плаунов, папоротников (рис. 43). У растений и некоторых видов грибов (мукор) споры образуются в специальных органах (спорангиях). У большинства грибов и водорослей нет спорангиев и споры образуются открытым способом. Повторим главное. Размножение организмов в природе обеспечи- вает преемственность поколений и сохранение видов. Выделяют два типа размножения — бесполое и половое. У одноклеточных бесполое размножение может осуществляться делением клетки надвое, почко- ванием и спорообразованием. Многоклеточные организмы, обладаю- щие способностью к регенерации, могут размножаться фрагментаци- ей и вегетативным способом. У некоторых видов грибов, водорослей, мхов и ряда видов животных наблюдается почкование. Спорообразо- вание у многоклеточных может осуществляться как открытым спосо- бом, так и в спорангиях. Ключевые вопросы. 1. Какие типы размножения известны в природе? 2. В чем состоят преимущество и недостаток бесполого размножения по сравнению с половым? Назовите способы бесполого размножения. 3. В чем заключаются преимущество и недостаток по- лового размножения? Проверим знания Рис. 43. Спорообразование у папоротника (1), мха кукушкина льна (2) и спорыньевого гриба (3) как способ бесполого размножения многоклеточных 1 2 3 §29-3 Правообладатель Народная асвета 131 § 30. Понятие полового размножения и полового процесса Сложные вопросы. 1. Установите соответствие между одноклеточными организма- ми и способами их бесполого размножения. Организмы: дрожжи, кишечная палочка, амеба обыкновенная, хлорелла, хламидомонада. Способы бесполого размножения: деление клетки, спорообразование, почкование. 2. Составьте пары «способ бесполо- го размножения у многоклеточных — организм». Способы бесполого размножения: спорообразование, почкование, фрагментация, вегетативное размножение. Организ- мы: дождевой червь, пеницилл, пырей, гидра, фиалка, головневый гриб, георгин. 3. Какой из способов размножения организмов (вегетативное, бесполое, половое) воз- ник позже в процессе развития органического мира? Дайте аргументированный ответ с использованием дополнительной информации. § 30. Понятие полового размножения и полового процесса Вспомните, по каким особенностям можно отличить половое размножение от бесполого. Как вы думаете? Чем отличаются понятия «половое размножение» и «половой процесс»? Есть ли различия в процессах образования мужских и женских половых клеток у млекопитающих? Вы узнаете о сути понятий «половое размножение» и «половой процесс», как протекают процессы образования мужских и женских половых клеток у млекопитающих, что у них общего и в чем различие. Понятие полового размножения и полового процесса. Как вы уже знаете из предыдущего параграфа, половое размножение протекает с уча- стием половых клеток (гамет). Оно обеспечивает наследственное разно- образие потомства и повышает его приспособленность к условиям среды обитания. Половой процесс — биологическое явление, приводящее к обмену наследственным материалом между особями одного вида или к его объеди- нению, что создает условия для возникновения разнообразия наследствен- ной информации. Половой процесс представляет собой начало полового размножения, происходящего с участием гамет. Но эти два явления нельзя отождест- влять, так как половой процесс не всегда приводит к увеличению чис- ла особей. Иногда половой процесс отождествляют с оплодотворением, то есть слиянием женской и мужской гамет. Этого тоже делать нельзя, поскольку половой процесс может протекать и без участия гамет (водо- росли, инфузории). Формами полового процесса являются конъюгация и копуляция. Конъюгация — особая форма полового процесса, при которой про- исходит контакт одноклеточных организмов или соматических клеток Правообладатель Народная асвета 132 Глава 3. Размножение и индивидуальное развитие организмов многоклеточных организмов с образованием цитоплазматических мости- ков для перехода ядер или всего содержимого клеток. Конъюгация у одноклеточных организмов (инфузории) несколько отличается от тако- вой у многоклеточных водорослей (спирогира). У инфузорий (инфузория туфелька) во время конъюгации две особи вступают в контакт и по цито- плазматическому мостику обмениваются подвижными малыми ядрами. Большие ядра у них погибают и в половом процессе не участвуют. При этом не происходит увеличения числа особей, но обеспечивается пере- комбинация наследственного материала. У водорослей (спирогира) через цитоплазматический мостик происходит направленный перенос всего со- держимого из одной вегетативной клетки в другую. В результате образу- ется крупная клетка, которая делится на две дочерние клетки, дающие начало двум новым особям. При этом количество особей увеличивается, так как в конъюгации могут участвовать многие клетки многоклеточных нитей водоросли. Копуляция (слияние) — форма полового процесса, при которой у мно- гоклеточных и одноклеточных организмов две различающиеся по полу клетки (гаметы) сливаются и образуют зиготу, содержащую одно ядро с новым набором наследственного материала. Из зиготы развивается новый организм. Со строением мужских и женских половых клеток человека вы по- знакомились в курсе биологии 9-го класса. Известно, что главным отличием половых клеток от соматических является наличие поло- винного набора хромосом одного из родителей. Мужские половые клетки — сперма- тозоиды — мелкие, подвижные клетки, которые перемещаются с помощью одно- го или нескольких жгутиков. Форма мужских половых клеток у разных ви- дов животных различна. Для позвоноч- ных животных наиболее типичны спер- матозоиды, имеющие головку, шейку и длинный жгутик для активного передви- жения (рис. 44). Именно такое строение имеют сперматозоиды человека. Женская половая клетка — яйце- клетка — крупная, неподвижная клет- ка, которая содержит запас питательных веществ (желток). Яйцеклетка обычно значительно крупнее соматических кле- Рис. 44. Строение сперматозоида Головка Шейка Жгутик Правообладатель Народная асвета 133 Рис. 46. Схема строения стенки семенного канальца млекопитающих: 1 — зона размножения; 2 — зона роста; 3 — зона созревания; 4 — зона формирования; 5 — сперматозоиды ток и чаще всего имеет сфери- ческую форму (рис. 45). Особен- но больших размеров достигают яйцеклетки животных, эмбрио- нальное развитие которых про- исходит вне тела матери (яйца птиц и рептилий, икра амфибий и рыб). Они имеют очень большой запас желтка. Особенности образования по- ловых клеток у животных. Про- цесс образования и развития половых клеток у животных протекает в специальных половых желе- зах — г о н а д а х. Однако у кишечнополостных половые железы отсут- ствуют, и половые клетки образуются из резервных соматических клеток. Сперматозоиды и яйцеклетки обычно формируются соответственно особями мужского и женского пола. Виды, у которых организмы делятся на самцов и самок, называются раздельнополыми. Встречаются виды, у которых один и тот же организм может образовывать как мужские, так и женские половые клетки. Такие организмы называются гермафродита- ми. Гермафродитизм наблюдается у многих видов моллюсков, плоских и кольчатых червей, но практически не встречается у хордовых животных. Процесс образования половых клеток у животных включает ряд слож- ных преобразований исходных материнских клеток-предшественниц. Мужские половые клетки образуются в мужских половых железах — семенниках. Семенники млекопитающих животных состо- ят из извитых семенных канальцев. В стен- ках канальцев клетки находятся на разных стадиях развития и формируют зоны: раз- множения, роста, созревания и формирова- ния (рис. 46). Процесс образования мужских половых клеток начинается в период полового созре- вания и продолжается в течение всей жизни. 1 2 3 4 5 Рис. 45. Строение яйцеклетки Цитоплазма Ядро § 30. Понятие полового размножения и полового процесса Правообладатель Народная асвета 134 Глава 3. Размножение и индивидуальное развитие организмов Он включает четыре периода: размножение, рост, созревание и форми- рование. Каждый период протекает в одноименной зоне стенки семенного канальца и характеризуется специфическими процессами образования определенного типа клеток. В период размножения материнские клетки- предшественницы многократно делятся без стадии роста между деления- ми. Образуется большое количество мелких клеток, идентичных материн- ским. Они перемещаются в зону роста, где увеличиваются в размерах за счет накопления цитоплазмы. Далее они перемещаются в зону созрева- ния, где претерпевают два деления с уменьшением вдвое числа хромосом. В зоне формирования у каждой клетки появляются головка, шейка и жгу- тик, и она превращается в сперматозоид. Таким образом, из каждой мате- ринской клетки-предшественницы образуется 4 сперматозоида. У муж- чин сперматозоиды образуются непрерывно — примерно 125 млн еже- дневно — и теоретически постоянно способны к оплодотворению. Развитие женских половых клеток — яйцеклеток — начинается в женских половых железах — яичниках, а созревание яйцеклеток про- исходит в маточной трубе. Процесс образования яйцеклеток включает три периода: размножение, рост и созревание, в ходе которых протека- ют процессы, сходные с периодами образования сперматозоидов. Период размножения материнских клеток-предшественниц у женщины начина- ется еще во время внутриутробного развития и заканчивается к моменту рождения. Количество яйцеклеток, образующихся у женщин в течение жизни, индивидуально и колеблется в пределах 400—500. Особенность процесса образования женских половых клеток по срав- нению с образованием сперматозоидов состоит в том, что у женщины он прекращается после наступления менопаузы (климакса) — угасания гормональной функции яичников. Повторим главное. Половой процесс обеспечивает обмен наслед- ственным материалом между особями и создает условия для возникно- вения разнообразия наследственной информации. Формами полового процесса являются конъюгация и копуляция. При половом размно- жении половой процесс протекает в форме копуляции. У животных мужские половые клетки — сперматозоиды — образуются в семен- никах. Процесс их образования протекает в семенных канальцах и включает периоды размножения, роста, созревания и формирования. Женские половые клетки — яйцеклетки — образуются в яичниках. В процессе их образования отсутствует период формирования. Правообладатель Народная асвета 135 § 31. Осеме нение и оплодотворение у животных Ключевые вопросы. 1. Дайте определение понятий «половой процесс» и «половое размно- жение». 2. Какие формы полового процесса известны? Чем они отличаются друг от друга? 3. Охарактеризуйте строение сперматозоида с точки зрения соответствия его функции. Сложные вопросы. 1. Сравните процессы образования яйцеклеток и сперматозоидов. Ис- пользуя дополнительные источники информации, установите, в чем их существенные отли- чия. 2. Почему у мужчин способность к образованию половых клеток сохраняется до конца жизни, а у женщин — только до наступления менопаузы? Дайте аргументированный ответ. |