Тема 4. Размножение и индивидуальное развитие организмов

Каждая особь любого вида растений и животных смертна, и существование видов возможно благодаря размножению – свойству организмов оставлять потомство.

В основе всех способов размножения организмов лежит деление клеток. Рост организма происходит за счет деления клеток.

Период от окончания одного деления до начала следующего называется жизненным или клеточным циклом.

Для высокоспециализированных клеток цикл длится от момента образования клетки до ее смерти.

В жизненном цикле клетки выделяют два периода:

I -период между делениями – интерфаза, когда клетка растет, функционирует и готовится к делению.

II - период деления.

I период – интерфаза: происходит редупликация ДНК, удвоение числа хромосом, образование белков ахроматинового веретена деления, синтез АТ, рост биомассы клетки.

Различают три периода интерфазы

1 пресинтетический – клетки растут, синтезируют РНК, белки, АТФ, но синтез ДНК не происходит, клетка содержит диплоидный набор (2п) хромосом (каждая хромосома состоит из 1-ой хроматиды);

2 синтетический – в клетках идет синтез ДНК, каждая хромосома достраивает недостающую хроматиду (количество хромосом 2п);

3 постсинтетический, или предмитотический – в клетке синтезируются белки митотического аппарата, удваиваются центриоли, накапливается энергия (количество хромосом 2п)

Далее следует деление клетки, которое может быть непрямым (митоз) и прямым (амитоз).

Митоз – способ деления, при котором каждая дочерняя клетка получает такие и столько хромосом, какие и сколько было у материнской клетки.

Профаза – увеличивается объем ядра и клетки. Функциональная активность прекращается. Центриоли расходятся к полюсам. Хромосомы спирализируются, утолщаются и укорачиваются, в результате чего считывание генетической информации с молекул ДНК становится невозможным. В конце профазы ядерная оболочка распадается и хромосомы беспорядочно рассеиваются в цитоплазме.

Метафаза – спирализация хромосом достигает максимума, они располагаются по экватору (хромосома состоит из 2-х хроматид, соединенных только в области центромеры, к которым подходят нити веретена деления).

Анафаза – каждая хромосома распадается на две хроматиды (они называются дочерними хромосомами). Каждая хроматида (дочерняя хромосома) расходится к полюсам клетки.

Телофаза – хромосомы раскручиваются, деспирализуются. Образуется ядерная оболочка из мембранных структур клетки. Образуется перетяжка, и получаются две дочерние клетки с 2п хромосомами.

Митоз обеспечивает эмбриональное развитие, рост, поддержание структурной целостности тканей при постоянной гибели клеток в процессе их функционирования, восстановление органов и тканей при постоянной гибели клеток в процессе их функционирования, восстановление органов и тканей после повреждения; обеспечивает бесполое и вегетативное размножение организмов.

Мейоз – особая форма деления, в результате которого клетки из диплоидного состояния переходят в гаплоидное, что необходимо для восстановления при копуляции диплоидного набора хромосом.

У высших растений у мхов и папоротников с помощью мейоза образуются споры, а у животных гаметы (мужские половые клетки в семенниках в процессе сперматогенеза, женские клетки в яичниках в процессе оогенеза).

Фазы мейоза те же, что и при митозе. Перед первым делением мейоза происходит синтез ДНК, удвоение хромосом, т.е. образование хроматид.

Первое деление мейоза

Профаза – спирализация хромосом; конъюгация, в ходе которой хромосомы каждой пары (гомологичные) соединяются по всей длине и скручиваются, в это время некоторые гомологичные хромосомы обмениваются участками – генами (этот процесс называется кроссинговер), а, следовательно, наследственной информацией, и расходятся; образуется веретено деления.

Метафаза – хромосомы располагаются в плоскости экватора.

Анафаза – к полюсам клетки отходят целые хромосомы (каждая состоит из двух хроматид).

Телофаза – образуются две клетки с гаплоидным набором гомологичных хромосом (каждая состоит из двух хроматид).

Второе деление мейоза (перед профазой синтез ДНК не происходит) идет по схеме митоза.

Профаза – короткая.

Метафаза – хромосомы располагаются в плоскости экватора и прикрепляются к нитям веретена деления.

Анафаза – хроматиды расходятся к полюсам клетки, и в каждой дочерней клетке оказывается по одной дочерней хромосоме.

Телофаза – из двух клеток образуется 4 клетки с гаплоидным набором гомологичных хромосом.

Амитоз (в природе встречается редко). Вначале делится ядро на две или несколько частей без спирализации хромосом. Далее перешнуровывается цитоплазма и образуется несколько новых клеток. Делятся простейшие, одноклеточные растения и некоторые клетки многоклеточных (клетки эпителия печени).

Формы размножения организмов

Бесполое размножение: в размножении участвуют одна родительская особь, которая может делиться, почковаться, или образовывать споры.

• Делением - размножаются бактерии, одноклеточные водоросли, простейшие, при этом их тело делится пополам.

• Почкованием – размножаются дрожжи, гидроидные полипы и некоторые другие беспозвоночные животные.

• Спорами – особыми клетками, возникающими в результате митоза; они покрыты плотной оболочкой, спорообразование характерно для многих растений, грибов, а также встречается у некоторых животных.

• Вегетативное – один из способов бесполого размножения, широко распространено в природе и в практике сельского хозяйства.

При бесполом размножении образуется две или более дочерних особей, наследственные признаки у них такие же, как и у родительской особи.

Половое размножение - в этом процессе участвуют две особи: мужская и женская, образуются половые клетки – гаметы: сперматозоиды и яйцеклетки; оплодотворенная яйцеклетка называется зиготой.

Значение: создается возможность наследования признаков обоих родителей, перекомбинации этих признаков, поэтому потомство может быть более жизнеспособным, чем каждая из родительских особей, в потомстве наблюдается большая изменчивость.

Индивидуальное развитие организмов (онтогенез)

Процесс индивидуального развития особи с момента образования зиготы до конца жизни организма носит название – онтогенеза. Зигота образуется в процессе оплодотворения – слияния мужской и женской половых клеток.

I период включает

• дробление – зигота претерпевает ряд митотических делений (клетки быстро делятся, но не растут; деления чередуются: клетки делятся сначала в продольном направлении, а затем в поперечном, образуются 2, 4, 8, 16, 32, и т. д.); яйцо, имеющее небольшое количество желтка, подвергается дроблению полностью; у рыб, пресмыкающихся, птиц дроблению подвергается только зародышевый диск;

• стадия бластулы: дробление заканчивается образованием небольшого полого пузырька, стенка которого состоит из одного слоя клеток.

• образование гаструлы: продолжается митотическое деление клеток; внутрь полости бластулы погружается стенка – образуется двухслойный мешок – гаструла; тело зародыша состоит из эктодермы и энтодермы (2 зародышевых листков); образуется мезодерма: средний зародышевый листок; происходит обособление хорды, формирование кишечника, развитие центральной нервной системы; в конце гаструляции клетки эктодермы (перед отверстием первичного рта) быстро делятся и образуют нервную пластинку, которая тянется по всей спинной стороне зародыша; центральная часть пластинки образует нервный желобок, из которого формируется нервная трубка;

II период включает

Постэмбриональное развитие (послезародышевое) – развитие от момента выхода организма из яйцевых оболочек или с момента рождения.

Постэмбриональное развитие организма может быть:

• прямое, когда родившийся организм сходен со взрослым (пиявки, многоножки, пауки, большинство позвоночных);

• непрямое, когда вначале появляется личинка, не похожая на взрослый организм (у кишечнополостных, например у медуз; плоских и многощетинковых червей; ракообразных; насекомых; у позвоночных у амфибий);

• непрямое развитие бывает с неполным превращением (яйцо, личинка, взрослое животное) или с полным превращением (яйцо, личинка, куколка, взрослое животное).

Значение: личинки и взрослые организмы, как правило, живут в разных средах обитания и не конкурируют за место и пищу; личинки способствуют распространению вида (беззубки, перловицы и др.)