Сущность полового размножения заключается в создании новых генетических комбинаций. В наиболее типичных случаях самец и самка спариваются и производят особей, генотипы которых не идентичны ни генотипу отца, ни генотипу матери У некоторых животных новые генотипы могут создаваться в результате процессов иного рода У таких простейших, как парамеции, происходит аутогамия, при которой одна особь создает новый гомозиготный генотип. Другие формы, в том числе некоторые плоские черви и моллюски, гермафродитны, т.е. имеют одновременно как мужские (производящие сперму), так и женские (производящие яйца) половые железы. Существуют гермафродитные формы, способные к самооплодотворению.
Не всякое размножение является половым (т. е создает новые генотипы). Например, парамеции способны делиться надвое с образованием двух новых дочерних организмов, генетически идентичных исходной особи Гидроидные полипы (одна из групп кишечнополостных) могут производить идентичных себе новых особей в результате процесса почкования При этом в одной зоне почкования может образоваться несколько новых организмов. Другие животные, в том числе многие насекомые и некоторые рыбы, способны к партеногенетическому размножению, при котором потомство развивается из неоплодотворенных яиц
Огромное большинство животных, особенно форм, возникших сравнительно недавно, размножается половым путем, т. е. путем слияния мужских и женских гамет. Теоретики расходятся во мнениях относительно причин такого преобладания полового процесса. Поскольку половое размножение требует известных затрат, оно, очевидно, должно давать какие-то существенные преимущества. Для объяснения выдвигались следующие главные причины:
1) эволюционное преимущество для популяций, способных изменяться быстрее других благодаря половому размножению;
2) эволюционное преимущество, связанное с тем, что такой способ размножения облегчает видообразование (возникновение новых видов);
3) то, что отдельные родительские особи могут создавать разнообразие в своем ближайшем потомстве, облегчая ему адаптацию к непредсказуемым изменениям среды.
При половом размножении в результате слияния гамет образуется оплодотворенная яйцеклетка - зигота, несущая наследственные задатки обоих родителей, благодаря чему резко увеличивается наследственная изменчивость потомков. В этом заключается преимущество полового размножения перед бесполым. Т.е. при наличии генетической рекомбинации родительские особи производят потомков, которые будут отличаться от них самым непредсказуемым образом, причем среди новых случайных сочетаний генов по крайней мере половина может оказаться хуже родительского генотипа, однако перетасовка генов в процессе полового размножения способствует выживанию вида при изменении условий среды. Если родительская особь производит много потомков с самыми разнообразными комбинациями генов, имеется больше шансов на то, что хотя бы один потомок окажется хорошо приспособленным для будущих жизненных обстоятельств, какими бы они ни были.
При наличии генетической рекомбинации родительские особи производят потомков, которые будут отличаться от них самым непредсказуемым образом, причем среди новых случайных сочетаний генов по крайней мере половина может оказаться хуже родительского генотипа, однако перетасовка генов в процессе полового размножения способствует выживанию вида при изменении условий среды. Если родительская особь производит много потомков с самыми разнообразными комбинациями генов, имеется больше шансов на то, что хотя бы один потомок окажется хорошо приспособленным для будущих жизненных обстоятельств, какими бы они ни были.
Для объяснения преимуществ полового размножения в борьбе за существование было предложено много гипотез. Одна из них дает представление о том, какими могли быть первые этапы эволюции полового размножения. Ход эволюции в значительной мере зависит от мутаций, которые изменяют существующие гены, образуя вместо них новые аллели (варианты) этих генов. Предположим, что у двух особей в некоторой популяции возникли благоприятные мутации, затрагивающие некоторые генетические локусы, а значит, и разные функции. У бесполого вида каждая из этих особей даст начало клону мутантных потомков, и два новых клона будут конкурировать до тех пор, пока один из них не одержит верх. Один из благоприятных аллелей, появившихся благодаря мутациям, будет, таким образом, распространяться, тогда как другой в конце концов исчезнет. Теперь представим себе, что один из исходных мутантов обладает генетически обусловленной особенностью, позволяющей ему время от времени включать в свой геном гены из других клонов. В условиях борьбы за существование приобретение генов у клеток конкурирующего клона равносильно созданию клетки, несущей все благоприятные мутации. Такая клетка будет обладать наибольшей приспособленностью, и полученные ею преимущества обеспечат распространение в популяции особенности, позволяющей включать в свой геном гены других клеток. Естественный отбор будет благоприятствовать такому примитивному половому размножению.
Сперматозоиды - одни из главных действующих лиц полового размножения
Дрожжи помогли учёным показать, что межпопуляционное скрещивание ведёт к
большей экологической приспособляемости вида.
Выживание вида связано с накоплением генетических изменений, которые помогают
организму существовать в определённой среде обитания. Считается, что половое
размножение, в результате которого повышается генетическая изменчивость,
способствует быстрейшей эволюции вида. Но в случае полового размножения
потомство берёт себе гены двух разных особей. Представим, что мать и отец пришли
из разных популяций; гены матери позволяют ей выжить при одних условиях, а гены
отца «заточены» под другие. Потомство в этом случае окажется не приспособленным
ни к тем, ни к другим: гены ослабят друг друга и не смогут адекватно работать
вообще ни в каких условиях. Получается, что половое размножение не способствует
выживанию вида?
Исследователи из Университета Окленда (Новая Зеландия) поставили эксперимент, который должен был прямо ответить на вопрос, помогает ли межпопуляционное скрещивание эволюции или тормозит её. Учёные использовали дрожжи, которые могут размножаться как бесполым, так и половым путём. Первую культуру выращивали при одних условиях, вторую - при иных. В какой-то момент у дрожжей включали механизм полового размножения и давали возможность грибам из разных популяций найти друг друга.
В статье, опубликованной в журнале Ecology Letters, авторы пишут, что потомство, полученное в результате полового размножения, быстрее приспосабливалось к среде. Если родители были из разных популяций, то их дети чувствовали себя одинаково хорошо как в «материнских», так и в «отцовских» экологических условиях. То есть половое размножение не только не мешает, но ещё и стимулирует эволюцию вида, особенно когда встречаются особи из разных популяций.
На самом деле результаты эксперимента подтверждают одну альтернативную, но относительно малоизвестную гипотезу, согласно которой гены, «заточенные» под одни условия, не обязательно мешают жить в других. Гены для разных сред обитания не вступают в конфронтацию, а мирно сосуществуют в одном геноме, включаясь и выключаясь по мере надобности.
Раньше биологам-эволюционистам приходилось выдумывать хитроумные уловки, которые должны были мешать особям из разных популяций скрещиваться друг с другом и тем самым ослаблять эволюционные позиции вида. И хотя, как уже было сказано, существовала альтернативная гипотеза, необходимо было экспериментальное подтверждение, чтобы поднять её над всеми остальными. При подготовке статьи использовалась информация компьюленты .
При бесполом размножении наследственные особенности в ряду поколений передаются без изменений. Генотип потомков в этом случае может изменяться лишь за счет случайных мутаций. Изменчивость таких организмов обычно незначительна.
Преимущество полового размножения по сравнению с бесполым заключается в том, что в диплоидной зиготе объединяются гаплоидные наборы хромосом разных клонов организмов, а, кроме того, при последующем образовании гамет происходит обмен гомологичными участками хромосом между гомологичными хромосомами исходных гаплоидных наборов ( кроссинговер). Таким образом, особи, возникшие при половом размножении, имеют новые, различающиеся между собой генотипы. При этом достигается перекомбинация наследственных свойств родителей, что увеличивает изменчивость и дает более богатый материал для естественного отбора. Приспособительные возможности и скорость эволюции организмов, размножающихся половым путем, оказывается, таким образом, существенно выше.
Одной из основных способностей всех живых организмов является размножение. Существует два основных варианта образования новых особей. Специалисты выделяют и бесполое.
Способы самовоспроизведения
Каждый живой организм может создавать себе подобных особей. Многие растения и низшие животные используют бесполый способ самовоспроизведения. Для получения потомства достаточно одной родительской особи, которая способна формировать дочерние организмы.
Но этой информации недостаточно для того, чтобы понять, чем половое размножение отличается от бесполого. Эти формы воспроизведения потомства принципиально разные. Так, половое размножение возможно лишь при участии двух родительских особей. Половой способ характеризуется тем, что образуются гаметы. Это специальные репродуктивные клетки с гаплоидным набором хромосом.
Основные отличия
Половой способ считают более прогрессивным по сравнению с бесполым. Он используется подавляющим большинством живых существ для получения потомства. Понять, чем половое размножение отличается от бесполого, можно, если знать следующее.
При первой форме воспроизведения необходимо участие двух родительских особей. В каждой из них вырабатываются специальные половые клетки - гаметы. В процессе размножения они сливаются и образуют зиготу. Именно из нее образуется новый организм.
В процессе гаметы не нужны. Новая особь образуется из соматических клеток. Она является точной копией родительского организма. Этот способ размножения дает возможность быстро получать потомство.
Особенности бесполого размножения
Самовоспроизведение новых организмов из имеет свои преимущества. Зная их, легко объяснить, чем отличается половое размножение от бесполого. Оно дает возможность создавать большое число особей в короткие сроки. При этом полученное потомство ничем не отличается от родительской особи. Дочерние организмы являются точными копиями.
Такой способ размножения выгоден тем организмам, которые обитают в неизменяющихся условиях. Генетическая изменчивость при бесполом размножении может возникнуть лишь в результате генетических мутаций. В процессе такого самовоспроизведения клетки делятся, как правило, путем митоза.
Высшие животные не могут воспроизводить себе подобных бесполым способом. Исключение составляет лишь клонирование их искусственным способом.
Виды бесполого воспроизведения
Существует несколько вариантов создания организмами себе подобных без участия специализированных половых клеток. Выясняя, чем половое размножение отличается от бесполого, не стоит забывать, что последний способ воспроизведения потомства разделяется на несколько видов.
Отдельно выделяют деление, спорообразование, вегетативное размножение, в том числе почкование, и фрагментацию. При каждом из этих методов новая особь формируется из одной или группы соматических клеток. Делением размножаются простейшие: амеба, парамеция. Также этот способ используют определенные бактерии.
Спорообразованием размножаются все группы зеленых растений, грибов, некоторые бактерии и простейшие. Споры образуются в специальных структурах - спорогониях.
Выясняя отличия полового и бесполого размножения, не стоит забывать, что эти способы существенно различаются. Ведь при самовоспроизведении без участия гамет начинают делиться соматические клетки. Например, возможно с помощью черенков, усов, корней, корневищ, клубней, луковиц, клубнелуковиц.
Особенности полового размножения
Для получения потомства данным методом нужны две особи одного вида, которые вырабатывают специальные половые клетки. Появление потомства возможно при их слиянии и образовании зигот. Именно об этом стоит вспомнить, рассказывая, чем отличается половое размножение от бесполого.
Гаметы содержат в себе гаплоидный (одинарный) набор хромосом. Эти клетки образуются в процессе мейоза. Именно с их помощью передается генетическая информация от обоих родителей дочерним организмам. Процесс слияния гамет называется оплодотворением. В результате гаплоидные ядра объединяются и образуется зигота с Именно на этом основана внутривидовая изменчивость организмов.
Выясняя особенности бесполого и полового размножения, нельзя забывать о том, что гаметы бывают двух видов. Их производят мужские и женские особи. Но в природе существуют такие виды организмов, которые могут вырабатывать одновременно два вида половых клеток. Их называют гермафродитами. Так размножаться могут мелкие ракообразные, улитки, некоторые рыбы.
Возможные исключения
Разобраться, чем половое размножение отличается от бесполого, можно, если знать, что для первого способа характерно формирование специальных гамет, а при втором делиться начинают соматические клетки родительского организма.
Важно, что для бесполого воспроизведения достаточно одной особи, а для полового надо две. Правда, не стоит забывать об исключениях. К ним относят гермафродитизм и партеногенез. Хотя при первой указанной форме размножения часто участвуют гаметы от разных особей, а в организме происходят процессы, мешающие самооплодотворению.
Также одной из разновидностей полового размножения является партеногенез. При этом способе женские половые клетки способны развиваться в новую особь без участия мужских гамет. Производить потомство таким образом могут как некоторые животные, так и растения.
В зависимости от количества хромосом в женских половых клетках, выделяют диплоидный и гаплоидный партеногенез. Этот механизм размножения позволяет регулировать количество потомков и их типы. Например, матка пчел может откладывать яйца, из которых выйдут самки (матки, рабочие особи) либо самцы (трутни). Размножение - половое и бесполое - в классических вариантах не обладает такими возможностями.
Размножение – важнейшее свойство всего живого. Вид, размножающийся только бесполым путем, может процветать достаточно длительное время, если он обитает в относительно постоянных условиях. При возникновении в среде его обитания изменений, которые вызывают гибель отдельных особей, весьма вероятно, что погибнут все особи, потому что они очень сходны генетически.
При половом материнским и отцовским организмами вырабатываются специализированные половые клетки – . Женские неподвижные гаметы называются яйцеклетками, мужские неподвижные – спермиями, а подвижные – сперматозоидами. Эти половые клетки сливаются с образованием зиготы, т.е. происходит оплодотворение. Половые клетки, как правило, имеют половинный набор хромосом (), так что при их слиянии восстанавливается двойной (диплоидный) набор, из зиготы развивается новая особь. При половом размножении потомство образуется при слиянии гаплоидных ядер. Гаплоидные ядра образуются в результате мейотического деления.
Мейоз ведет к уменьшению генетического материала вдвое, благодаря чему количество генетического материала у особей данного вида в ряду поколений остается постоянным. Во время мейоза происходит несколько важных процессов: случайное расхождение хромосом (независимое расчленение), обмен материалом между гомологичными хромосомами (кроссинговер). В результате этих процессов возникают новые комбинации генов. Поскольку ядро зиготы после оплодотворения содержит генетический материал двух родительских особей, это повышает генетическое разнообразие внутри вида. Если суть и биологическое значение полового процесса едины для всех организмов, то его формы очень разнообразны и зависят от уровня развития, среды обитания, образа жизни и некоторых других особенностей.
Половое размножение есть у всех групп растений. Мхи растут дернинами. Мужские и женские растения оказываются рядом. Дождевая вода помогает сперматозоидам попасть на верхушки женских растений, где они сливаются с яйцеклетками, образуется зигота, из которой развивается сидящая на длинной ножке коробочка со спорами. У половые клетки развиваются на заростке, образовавшемся в результате прорастания споры. На нижней стороне заростка женские органы – архегонии, мужские – антеридии. Во влажной среде половые клетки сливаются, зигота дает начало зародышу, из которого вырастает молодой . У цветковых растений самое сложное половое размножение – двойное оплодотворение. Пыльца (мужские половые клетки) попадает на рыльце пестика (женский половой орган) и прорастает. По пыльцевой трубке спермии движутся к . Спермии проникают в зародышевый мешок. Один сливается с яйцеклеткой и дает начало зародышу, второй спермий сливается с центральной клеткой и дает начало эндосперму – запасу питательных веществ.
Половое размножение имеет очень большие преимущества по сравнению с бесполым. Сущность полового размножения заключается в объединении в наследственном материале потомка генетической информации из двух разных источников – родителей. Оплодотворение у животных может быть наружным или внутренним. При слиянии образуется зигота с двойным набором хромосом.
В ядре зиготы все хромосомы становятся парными: в каждой паре одна из хромосом отцовская, другая – материнская. Дочерний организм, который разовьется из такой зиготы, в одинаковой мере снабжен наследственной информацией обоих родителей.
Биологический смысл полового размножения состоит в том, что возникающие организмы могут сочетать полезные признаки отца и матери. Такие организмы более жизнеспособны. Половое размножение играет важную роль в эволюции организмов.
Вопрос 1. В чем преимущество полового размножения перед бесполым?
Половое размножение имеет очень большие эволюционные преимущества по сравнению с бесполым. Это обусловлено тем, что генотип потомков возникает путем комбинации генов, принадлежащих обоим родителям. В результате повышаются возможности организмов в приспособлении к условиям окружающей среды. Половой процесс заключается в слиянии двух клеток – гамет. Формированию гамет предшествует особая форма деления – мейоз, который приводит к уменьшению количества хромосом вдвое.
Вопрос 3. Как устроен сперматозоид?
Сперматозоиды очень малы и подвижны. У млекопитающих сперматозоид состоит из головки (ее длина около 5-10 мкм), шейки и хвостика (их общая длина примерно 60 мкм). В головке расположено ядро, содержащее гаплоидный набор хромосом. Цитоплазмы в головке очень мало. В шейке находится небольшое число митохондрий, вырабатывающих энергию для движения сперматозоида, и центриоль, обеспечивающая колебания жгутика, лежащего вдоль оси хвостика.
Вопрос 4. Из каких стадий состоит мейоз?
Мейоз состоит из 2-х последовательных делений:
I деление называется редукционное или уменьшительное.
II деление называется эквационное или уравнительное, т.е. идет по типу митоза (значит число хромосом в материнской и дочерних клетках остается прежним).
Фазы называются также как и в митозе, а перед началом мейоза клетка также проходит интерфазу.
Профаза I – самая продолжительная фаза и ее условно делят на 5 стадий:
1) Лептонема,
2) Зигонема (зиготена, греч. сливающиеся нити) - стадия парных нитей;
3) Пахинема (пахитена, греч. толстая) – стадия толстых нитей; Идет дальнейшая спирализация хромосом;
4) Диплонема (диплотена)– стадия двойных нитей;
5) Диакинез – стадия обособленных двойных нитей. На этой стадии хромосомы полностью уплотнены и интенсивно окрашиваются.
Хромосомный набор профазы I составляет - 2п4с.
Таким образом, В профазу I происходит:
1. конъюгация гомологичных хромосом;
2. образование бивалентов или тетрад;
3. кроссинговер.
Метафаза I – спирализация хромосом достигает максимума. Биваленты выстраиваются вдоль экватора клетки, образуя метафазную пластинку. Хромосомный набор метафазы I составляет - 2п4с.
Анафаза I –к полюсам клетки расходятся целые хромосомы, а не хроматиды. В дочерние клетки попадает только по одной из пары гомологичных хромосом, т.е. идет их случайное перераспреде-ление. На каждом полюсе, оказывается, по набору хромосом - 1п2с, а в целом хромосомный набор анафазы I составляет - 2п4с.
Телофаза I – по полюсам клетки находится целые хромосомы, состоящие из 2-х хроматид, но количество их стало в 2 раза меньше.
У животных и некоторых растений хроматиды деспирализуются. Вокруг них на каждом полюсе формируется ядерная мембрана. Затем идет цитокинез.
Хромосомный набор образовавшихся после первого деления клеток составляет - п2с. Между I и II делениями нет S-периода и не идет репликация ДНК, т.к. хромосомы уже удвоены и состоят из сестринских хроматид, поэтому интерфазу II называют интеркинезом – т.е. происходит перемещение между двумя делениями.
Профаза II – очень короткая и идет без особых изменений, если в телофазу I не образуется ядерная оболочка, то сразу образуются нити веретена деления.
Метафаза II – хромосомы выстраиваются вдоль экватора. Нити веретена деления крепятся к центромерам хромосом.
Хромосомный набор метафазы II составляет - п2с.
Анафаза II – центромеры делятся и нити веретена деления разводят хроматиды к разным полюсам. Сестринские хроматиды называются дочерними хромосомами(или материнские хроматиды это и будут дочерние хромосомы).
Хромосомный набор анафазы II составляет - 2п2с.
Телофаза II – хромосомы деспирализуются, растягиваются и после этого плохо различимы. Образуются ядерные оболочки, ядрышки. Телофаза II завершается цитокинезом.
Хромосомный набор после телофазы II составляет – nс.
Вопрос 5. Сколько клеток из одной образуется при мейозе? Сколько в них хромосом?
При мейозе из одной материнской клетки образуются четыре клетки с гаплоидным набором хромосом. У мужских особей все четыре клетки созревают в сперматозоиды. В женской особи из образовавшихся четырех клеток лишь одна становится полноценной яйцеклеткой, а остальные четыре - придаточные клетки. При слиянии гаплоидных яйцеклетки и сперматозоида в оплодотворенной клетке восстанавливается диплоидный набор хромосом.
