Бесполое и половое размножение.
Размножение - универсальное свойство живых организмов, способность к воспроизведению себе подобных. Различают бесполое и половое размножение.
При бесполом размножении начало новому организму дает одна родительская особь. При этом потомки являются точными генетическими копиями родительского организма. Потомки одной родительской особи обычно называют клоном. В основе бесполого размножения лежит клеточное деление - митоз.
Биологическая роль бесполого размножения:
- быстрое увеличение количества потомства;
- сохранение генетической стабильности вида.
При половом размножении начало новому организму дают две родительские особи: мужская и женская. Потомки генетически отличны от родителей за счет явлений:
- кроссинговера и независимого расхождения гомологичных хромосом в анафазу I мейоза (происходят в процессе мейоза при образовании гамет);
- явления случайного оплодотворения.
Биологическая роль полового размножения: увеличение генетического разнообразия потомства, что повышает выживаемость в изменяющихся условиях среды и способствует успеху эволюции вида в целом.
3.2. Виды бесполого размножения у одноклеточных:
1. Деление на двое (в основе митоз):
- без определенной ориентации (амеба протей);
- продольно (эвглена зеленая);
- поперечно (инфузория туфелька).
2. Почкование (дрожжи) – сначала митозом делится ядро, затем на клетке появляется выпячивание, в него перемещается ядро, и выпячивание отшнуровывается.
3. Шизогония /множественное деление/ (малярийный плазмодий) – сначала многократно митозом делится ядро и образуется многоядерная клетка – шизонт. Затем вокруг каждого из ядер обособляется цитоплазма, и клетка распадается на множество более мелких клеток – мерозоитов.
4. Спорогония (малярийный плазмодий) – многократное деление содержимого ооцисты с образованием множества спорозоитов.
5. Спорообразование (хламидомонада) – хламидомонада теряет жгутики, покрывается оболочкой, делится 2 раза митозом, и образует 4 подвижные двужгутиковые зооспоры.
3.3. Виды бесполого размножения у многоклеточных:
1. Спорообразование – характерно для споровых растений (мхи, плауны и т.д.)
2. Полиэмбриония – разделение зиготы на несколько бластомеров, каждый из которых способен развиться в полноценный организм (однояйцевые близнецы у человека).
3. Вегетативное размножение – размножение частями организма.
А) У растений:
1) побегами – усами (земляника), укоренением надземных побегов (тополь), черенками (смородина), отводками (крыжовник), пневой порослью (тополь), корневищами (ландыш), луковицами (тюльпан), клубнями (картофель), клубнелуковицами (гладиолус);
2) корнями – корневыми черенками (малина), корневыми отпрысками (тополь);
3) листьями – листовыми черенками (бегония), листовыми пластинками (бегония);
4) специализированными образованиями (выводковые почки у каланхоэ).
Б) У животных:
1) фрагментация – распад тела на множество фрагментов, каждый из которых способен развиться в полноценный организм (белая планария – плоский червь);
2) упорядоченное деление на два (дождевой червь);
3) почкование (гидра).
3.4. Виды полового размножения у одноклеточных:
1. Агаметогамия – половой процесс, не сопровождающийся образованием гамет (коньюгация у инфузорий).
2. Гаметогамия – половой процесс, сопровождающийся образованием гамет. Выделяют 3 вида:
а) изогамия – мужские и женские гаметы подвижны и морфологически не различимы (хламидомонада);
б) гетерогамия – обе гаметы подвижны, но женская крупнее (хламидомонада);
в) овогамия – женская гамета крупная и неподвижная и называется яйцеклеткой, мужская гамета мелкая и подвижная и называется сперматозоидом (вольвокс).
3.5. Виды полового размножения у многоклеточных:
1. Половое размножение с участием мужской и женской родительских особей, заканчивающееся оплодотворением.
2. Половое размножение не сопровождающееся оплодотворением – партеногенез. Различают гиногенез и андрогенез.
Гиногенез – новый организм развивается из неоплодотворенной яйцеклетки (трутни у пчел), поэтому несет генетический материал материнского организма.
Андрогенез – новый организм развивается из неоплодотворенной яйцеклетки, однако ядро ее гибнет, и его место занимает ядро сперматозоида. Поэтому новый организм несет генетический материал отцовского организма.
Также выделяют факультативный партеногенез (временный – особи размножаются партеногенезом только часть жизненного цикла: пчелы) и облигатный партеногенез (постоянный , например, у кавказской наскальной ящерицы).
Задания для закрепления изучаемого материала
А. Вставьте необходимое по смыслу слово:
1. Разделение зиготы на несколько бластомеров, каждый из которых способен развиться в полноценный организм называется … .
2. Половой процесс, сопровождающийся образованием гамет называется … .
3. Половой процесс, сопровождающийся образованием гамет, называется … .
4. Вид партеногенеза, сопровождающийся заменой ядра яйцеклетки на ядро сперматозоида, называется … . Поэтому новый организм несет генетический материал отцовского организма.
5. Вид гаметогамии, при котором женская гамета крупная и неподвижная (яйцеклетка), мужская гамета мелкая и подвижная (сперматозоид), называется … .
6. Многоядерная клетка, образующаяся в ходе шизогогии, называется … .
7. В основе бесполого размножения лежит клеточное деление - … .
8. Вид размножения, при котором начало новому организму дает одна родительская особь, называется … .
9. Способность к воспроизведению себе подобных называется … .
10. В результате … размножения потомки генетически отличны от родительских организмов.
Б. Как вы понимаете слова и словосочетания? Задайте по два вопроса к каждому понятию (словосочетанию).
Половое размножение, бесполое размножение, почкование, шизогония, спорогония, вегетативное размножение, гаметогамия, агаметогамия, изогамия, овогамия, гетерогамия, партеногенез.
|
1. Размножение, при котором начало новому организму дает одна родительская особь и образующиеся потомки являются точными генетическими копиями родительского организма, называется:
а) половым
б) бесполым
в) нетипичным
г) генеративным
2. В основе бесполого размножения лежит клеточное деление:
а) мейоз
б) митоз
в) амитоз
г) некроз
3. Потомки одной родительской особи при бесполом размножении называют:
а) семьей
б) клоном
в) зиготой
г) сообществом
4. Биологическая роль бесполого размножения заключается в:
а) быстром увеличении численности потомства
б) увеличении генетического разнообразия потомства
в) увеличении числа мутантных особей
г) снижении стабильности вида
5. При половом размножении потомки генетически отличны от родителей за счет явлений:
а) кроссинговера
б) коньюгации
г) гаметогамии
д) партеногенеза
6. Разделение зиготы на несколько бластомеров, каждый из которых способен развиться в полноценный организм, называется:
а) партеногенезом
б) полиэмбрионией
в) гаметогамией
г) спорогонией
7. Фрагментация как способ бесполого размножения, характерна для:
а) амебы
б) малярийного плазмодия
в) человека
г) белой планарии
8. Шизогония как способ бесполого размножения, характерна для:
а) амебы
б) малярийного плазмодия
в) человека
г) белой планарии
9. Половое размножение, не сопровождающееся оплодотворением, называется:
а) андрогенезом
б) митозом
в) гаметогенезом
г) овогенезом
10. Вид гаметогамии, при котором обе гаметы подвижны, но женская крупнее, называется:
а) овогамией
б) шизогонией
в) гетерогамией
г) спорогонией.
Онтогенез
Периодизация онтогенеза
Онтогенез - процесс индивидуального развития организма, начиная с первого деления зиготы и заканчивая смертью (делением для одноклеточных).
В онтогенезе выделяют следующие периоды:
1. Доэмбриональный – включает гаметогенез и оплодотворение.
2. Эмбриональный период – начинается с первого деления зиготы и заканчивается выходом из яйцевых оболочек (вылуплением) или из зародышевых оболочек (рождением).
3. Постэмбриональный – начинается с выхода из яйцевых или зародышевых оболочек и заканчивается смертью.
Доэмбриональный период
Доэмбриональный период включает гаметогенез и оплодотворение.
4.2.1. Гаметогенез – процесс формирования половых клеток (гамет): женских (овогенез), мужских (сперматогенез).
Сперматогенез включает 4 стадии:
1. Размножение: сперматогонии делятся митозом и их число увеличивается.
2. Рост: сперматогония перестает делиться, вступает в стадию роста и превращается в сперматоцит первого порядка. В этот период клетка незначительно увеличивается в размерах, накапливает небольшой запас питательных веществ, необходимых как для последующего мейоза, так и для оплодотворения, переживает интерфазу, к концу которой имеет набор 2n4c.
3. Созревание: Сперматоцит первого порядка вступает в мейоз. В ходе первого деления мейоза из него образуются 2 сперматоцита второго порядка (1n2c). В ходе второго деления мейоза из каждого сперматоцита второго порядка образуются по 2 сперматиды (1n1c).
4. Формирование: сперматиды теряют большую часть цитоплазмы, у них образуется головка, шейка, хвост и они превращаются в сперматозоиды (1n1c).
Овогенезвключает три стадии:
1. Размножение: оогонии делятся митозом и их число увеличивается.
2. Рост: оогония перестает делиться, вступает в стадию роста и превращается в ооцит первого порядка. В этот период клетка значительно увеличивается в размерах, накапливает большой запас питательных веществ, необходимых как для последующего мейоза и оплодотворения, так и для дальнейшего развития зародыша, переживает интерфазу, к концу которой имеет набор 2n4c.
3. Созревание: ооцит первого порядка вступает в мейоз. В ходе первого деления мейоза идет неравномерное разделение цитоплазмы и из него образуются 1 ооцит второго порядка, захвативший большую часть цитоплазмы с питательными веществами, и направительное тельце первого порядка (1n2c). В ходе второго деления мейоза из ооцита второго порядка образуются 1 яйцеклетка, захватившая большую часть цитоплазмы, и направительное тельце. Из направительного тельца первого порядка образуются 2 направительных тельца. Таким образом, из одного ооцита первого порядка образуется 1 яйцеклетка и 3 направительных тельца (по 1n1c).
4.2.2. Оплодотворение – процесс слияния половых клеток с образованием одноклеточного зародыша – зиготы.
Включает три стадии:
1. Дистантное взаимодействие гамет. Сперматозоид вырабатывает андрогамоны. Яйцеклетка вырабатывает гиногамоны. Совместное действие гомонов обеспечивает, в конечном итоге, активизацию сперматозоидов и их целенаправленное движение по направлению к яйцеклетке. Движение сперматозоида по направлению к веществам, вырабатываемым яйцеклеткой, является примером положительного хемотаксиса.
2. Контактное взаимодействие гамет. Сначала происходит узнавание между сперматозоидом и яйцеклеткой на уровне рецепторов. Затем в сперматозоиде запускается акросомальная реакция: содержимое акросомы изливается в место контакта сперматозоида и яйцеклетки, оболочка яйцеклетки растворяется, пропуская ядро сперматозоида и центриоль. В ответ на это в яйцеклетке запускается кортикальная реакция: из кортикальных гранул, расположенных по периферии яйцеклетки, содержимое путем экзоцитоза выделяется на ее поверхность, и образуется оболочка оплодотворения, препятствующая проникновению других сперматозоидов.
3. Образование синкариона. Ядра сперматозоида и яйцеклетки объединяются и, в конечном итоге, образуется диплоидная зигота.
Значение оплодотворения:
1. Восстанавливает диплоидный набор хромосом, характерный для родительских организмов.
2. Способствует генетическому разнообразию потомства, что повышает выживаемость в изменяющихся условиях среды.
Задания для закрепления изучаемого материала
А. Вставьте необходимое по смыслу слово:
1. Основные события доэмбрионального периода … и … .
2. Период, начинающийся с первого деления зиготы и заканчивающийся выходом из яйцевых оболочек или из зародышевых оболочек, называется … .
3. Период, начинающийся с выхода их яйцевых или зародышевых оболочек и заканчивающийся смертью, называется … .
4. Сперматоцит первого порядка в ходе сперматогенеза образуется на стадии … .
5.Сперматиды в ходе сперматогенеза образуются на стадии … .
6. В ходе сперматогенеза мейоз происходит на стадии … .
7. В овогенезе на стадии роста женская половая клетка называется … .
8. После первого деления мейоза на стадии созревания из овоцита первого порядка образуются овоцит второго порядка и … … .
9. В ходе оплодотворения акросомальная реакция происходит на стадии … … … .
10. Вещества, выделяемые сперматозоидом на стадии дистантного взаимодействия гамет, называются … .
Б. Как вы понимаете слова и словосочетания? Задайте по два вопроса к каждому понятию (словосочетанию).
Гаметогенез, овогенез, сперматогенез, сперматозоид, дистантное взаимодействие гамет, андрогамоны, гиногамоны, акросомальная реакция, кортикальная реакция, оплодотворение, зигота.
|
1. Клетка, образующаяся в ходе сперматогенеза на стадии роста, называется:
а) сперматоцит I
б) сперматогония
в) сперматозоид
г) сперматида
2. Гаплоидный набор хромосом характерен для:
а) сперматоцита I
б) сперматогонии
в) овогонии
г) сперматиды
3. В процессе овогенеза в ходе второго деления мейоза образуется:
а) овоцит I
б) овоцит II
в) яйцеклетка
г) овогония
4. В отличие от сперматогенеза в овогенезе отсутствует стадия:
а) роста
б) формирования
в) созревания
г) размножения
5. Овоцит II в ходе овогенеза образуется на стадии:
а) роста
б) формирования
в) созревания
г) размножения
6. Положительный хемотаксис характерен для:
а) сперматозоида
б) сперматогонии
в) овогонии
г) сперматиды
7. При оплодотворении оболочка яйцеклетки растворяется под действием ферментов, выделяемых в ходе:
а) кортикальной реакции
б) акросомальной реакции
в) хемотаксиса
г) гаметогенеза
8. Оболочка оплодотворения, препятствующая полиспермии, образуется в ходе:
а) кортикальной реакции
б) акросомальной реакции
в) хемотаксиса
г) гаметогенеза
9. В ходе гаметогенеза мейоз происходит на стадии:
а) размножения
б) роста
в) созревания
г) формирования
10. Результатом оплодотворения является образование:
а) гамет
б) зиготы
в) бластулы
д) яйцеклетки
| Сперматогенез | Овогенез |
| |
| |
| Сперматоцит первого порядка (сперматоцит I) 2n4c Рост незначителен сперматоцит I | Овоцит первого порядка (овоцит I) 2n4c Накапливает больше питательных веществ, необходимых для последующего развития зародыша овоцит I |
| |
| два сперматоцита второго порядка по 1n2c | Один овоцит второго порядка (1n2c) и одно направительное тельце (1n2c) Цитоплазма делится неравномерно, и овоцит IIзахватывает ее большую часть с питательными веществами овоцит II направительное тельце |
| В ходе второго деления мейоза образуются: | |
| Четыре сперматиды(по 1n1c) | (цитоплазма делится неравномерно) Одна яйцеклетка (1n1c) и три направительных тельца (по 1n1c) яйцеклетка направительные тельца |
| 4. Стадия формирования | |
| Спрематиды подвергаются морфофункциональным преобразованиям (теряют большую часть цитоплазмы, образуется головка, шейка, хвост) и превращаются в сперматозоиды (по 1n1c) | нет |
Эмбриональный период
Дробление
Дробление – ряд последовательных митотических делений зиготы, не сопровождающихся ростом новообразующихся клеток – бластомеров и приводящих к образованию однослойного зародыша – бластулы. В бластуле выделяют: стенку – бластодерму, состоящую из отдельных клеток – бластомеров и полость – бластоцель.
Дробление может быть: полным (голобластическим) и неполным (меробластическим).
Голобластическое дробление может быть: а) равномерным (если все бластомеры одинаковой величины) и неравномерным (бластомеры разной величины); б) синхронным (бластомеры делятся одновременно) и асинхронным.
Меробластическое дробление может быть поверхностным и дискоидальным.
Тип дробления во многом определяется количеством желтка в яйцеклетке, давшей начало зиготе.
По количеству желтка яйцеклетки делятся на:
- маложелтковые (олиголецитальные),
- среднежелтковые (мезолецитальные)
- многожелтковые (полилецитальные).
По распределению желтка яйцеклетки делятся на:
- изолецитальные (желток распределен равномерно),
- умеренно телолецитальные (желток сосредоточен у одного из полюсов – вегетативного полюса, противоположный полюс, свободный от желтка и содержащий цитоплазму с органоидами и ядро называется анимальным),
- резко телолецитальные (большая часть яйцеклетки занята желтком, свободная от желтка цитоплазма имеет вид небольшого диска на его поверхности);
- центролецитальные (в центре яйцеклетки находится ядро, вокруг него слой желтка и затем ободок цитоплазмы с органоидами).
Рассмотрим на конкретных примерах.
У ланцетника яйцеклетки олиголецитальные, изолецитальные. Поэтому дробление полное равномерное и синхронное. В результате образуется целобластула. Она характеризуется крупной бластоцелью в центре и бластодермой из одинаковых бластомеров.
У амфибий яйцеклетки мезолецитальные, умеренно телолецитальные. Цитоплазма переполненная желтком дробится медленнее. Поэтому дробление полное, но неравномерное и асинхронное. В результате образуется амфибластула. На анимальном полюсе у амфибластулы находятся мелкие бластомеры – микромеры, а на вегетативном полюсе – меньшее количество более крупных макромеров. Бластоцель смещена к анимальному полюсу.
У пресмыкающихся и птиц яйцеклетки полилецитальные, резко телолецитальные. Дробление неполное дискоидальное. Цитоплазма, переполненная желтком, не дробится вообще. Дроблению подвергается только небольшой диск цитоплазмы, свободный от желтка. В результате образуется дискобластула.
У человека и плацентарных млекопитающих яйцеклетки вторично олиголецитальные и изолецитальные. Дробление полное, но неравномерное и асинхронное. В результате образуется аналог бластулы – бластоциста. В ней выделяют стенку – трофобласт (он затем входит в состав плаценты) и внутренний узелок клеток – эмбриобласт (дает начало зародышу).
В зависимости от симметрии расположения бластомеров при дроблении, выделяют дробление:
- радиальное – амфибии, иглокожие, ланцетник;
- спиральное – кольчатые черви, большинство моллюсков;
- билатеральное – аскарида;
- анархическое – паразитические плоские.
Задания для закрепления изучаемого материала
А. Вставьте необходимое по смыслу слово:
1. Дроблению подвергается одноклеточный зародыш - … .
2. Результатом дробления является образование … .
3. В ходе дробления клетки делятся … .
4. Яйцеклетка, содержащая много желтка, называется … .
5. Бластула, образующаяся в ходе дробления у ланцетника, называется … .
6. Бластула, образующаяся в ходе дробления у амфибий, называется … .
7. Бластула, образующаяся в ходе дробления у птиц, называется … .
8. Если в ходе дробления образуются бластомеры одинаковой величины, то такое дробление называется … .
9. Стенка бластулы получила название … .
10. Полное равномерное и синхронное дробление характерно для оплодотворенных яйцеклеток … .
Б. Как вы понимаете слова и словосочетания? Задайте по два вопроса к каждому понятию (словосочетанию).
Дробление, голобластическое дробление, меробластическое дробление, целобластула, амфибластула, дискобластула, олиголецитальная яйцеклетка, умеренно телолецитальная яйцеклетка, центролецитальная яйцеклетка, бластоциста.
|
1. Одноклеточный зародыш, подвергающийся дроблению, называется:
а) зигота
б) бластула
в) морула
г) бластоциста
2. В ходе дробления зигота делится:
а) митозом
б) амитозом
в) мейозом
г) спорогонией
3. Стенка бластулы образована:
а) эктодермой
б) бластомерами
в) бластоцелью
г) энтодермой
4. Бластула, характерная для ланцетника, называется:
а) целобластулой
б) амфибластулой
в) бластоцистой
г) дискобластулой
5. Бластула, характерная для амфибий, называется:
а) целобластулой
б) амфибластулой
в) бластоцистой
г) дискобластулой
6. Бластула, характерная для птиц, называется:
а) целобластулой
б) амфибластулой
в) бластоцистой
г) дискобластулой
7. Если в результате дробления образуются бластомеры разной величины, то дробление называется:
а) равномерным
б) неравномерным
в) неполным
г) асинхронным
8. Если дроблению подвергается только часть зиготы, такое дробление называется:
а) равномерным
б) неравномерным
в) меробластическим
г) асинхронным
9. Полное, но неравномерное и асинхронное дробление характерно для
а) птиц
б) пресмыкающихся
в) рыб
г) амфибий
10. В результате неполного дискоидального дробления образуется:
а) целобластула
б) амфибластула
в) дискобластула
г) бластоциста
Гаструляция
- процесс образования зародышевых листков: сначала эктодермы и энтодермы (ранняя гаструляция), затем мезодермы (поздняя гаструляция). Гаструляция – процесс образования 2-х или 3-х слойного зародыша.
Способы образования ранней гаструляции:
1. Инвагинация (впячивание)– характерна для целобластулы ланцетника. Бластомеры на вегетативном полюсе бластулы впячиваются внутрь, давая начало энтодерме, наружный слой клеток становится эктодермой. В результате образуется 2-х слойный зародыш – гаструла.В гаструле выделяют наружный слой клеток – эктодерму, внутренний слой клеток – энтодерму, между ними сохраняется полость – остатки бластоцеля. Возникает новая полость – гастроцель, в которую ведет первичный рот – бластопор. Клеточный материал, окружающий первичный рот называется губами бластопора.
2. Эпиболия (обрастание)– характерна для амфибластулы ланцетника. Микромеры анимального полюса амфибластулы делятся быстрее макромеров вегетативного полюса и обрастают их снаружи, давая начало эктодерме. Макромеры, распределяясь вторым внутренним слоем, дают начало энтодерме.
3. Деламинация (расслоение)– характерна для дискобластулы птиц. Клетки дискобластулы делятся параллельно поверхности желтка и разделяются на 2 слоя: внутренний, лежащий на желтке, - энтодерму и наружный – эктодерму.
4. Иммиграция (перемещение)– характерна для бластулы кишечнополостных. Некоторые бластомеры мигрируют в полость бластулы, давая начало энтодерме. Бластомеры, оставшиеся снаружи образуют эктодерму.
Способы образования мезодермы (поздней гаструляции):
1. Телобластический (первичноротые). На границе между эктодермой и энтодермой обособляются особые клетки – телобласты. Они делятся, заполняя полость между эктодермой и энтодермой, и образуют мезодерму.
2. Энтероцельный (иглокожие, ланцетник, низшие позвоночные). Энтодерма образует шаровидные выпячивания в сторону эктодермы, они отшнуровываются, их клетки делятся и дают начало мезодерме.
3. Путем миграции клеток первичной эктодермы через утолщения первичной полоски и последующего погружения под эктодерму (пресмыкающиеся, птицы, млекопитающие).