Scisne?

Размножение

Комментарии: 0
Размножение

Если говорить о самой характерной особенности живых систем, которую можно было бы рассматривать как «сущность жизни», то это способность к самовоспроизведению, к продолжению своего вида. Даже мельчайшие вирусы, быть может не обладающие ни одним из других свойств живых организмов, способны воспроизводить себя, пусть с помощью клетки-хозяина. На молекулярном уровне процесс репродукции связан с уникальной способностью нуклеиновых кислот к самоудвоению, в основе которой лежит специфичность сравнительно слабых водородных связей между парами нуклеотидов. На уровне целого организма воспроизведение принимает весьма различные формы — от простого деления клеток у бактерий и других одноклеточных организмов (процесс, еще совсем не связанный с полом) до полового размножения высших растений и животных, неимоверно сложного в структурном, функциональном и поведенческом аспектах. У высших животных размножение не сводится к одним лишь генетическим процессам — к передаче генетической информации от одного поколения к другому; оно связано также с эндокринной регуляцией овогенеза, овуляции и сперматогенеза; со сложными формами поведения, обеспечивающими одновременное выделение мужских и женских гамет и их встречу, которая ведет к образованию оплодотворенного яйца, или зиготы, и, наконец, со сложнейшей цепью процессов развития и дифференцировки, в результате которых зигота превращается во взрослый организм.

Для сохранения каждого вида растений или животных необходимо, чтобы отдельные его представители размножались, производя новых особей для замены тех, которые погибли от хищников, паразитов или от старости. Процессы размножения у разных животных чрезвычайно разнообразны, хотя в общем существует два основных типа размножения: бесполое и половое. В бесполом размножении участвует только одна родительская особь, которая делится или почкуется, образуя две или большее число новых особей, идентичных по своим наследственным признакам родительской особи. Даже у высших животных встречается бесполое размножение; образование у человека однояйцовых близнецов при разделении одной оплодотворенной яйцеклетки — это тоже своего рода бесполое размножение. В половом размножении всегда участвуют две особи; каждая из них дает специализированную клетку — гамету (яйцо или сперматозоид), которые сливаются друг с другом, образуя зиготу, или оплодотворенное яйцо. Яйцо чаще всего представляет собой крупную неподвижную клетку, содержащую запас питательных веществ, которыми оно обеспечивает развивающийся организм, пока он не начнет получать пищу каким-нибудь иным способом. Сперматозоиды — это обычно очень мелкие клетки, снабженные длинным бичевидным хвостом, который позволяет им активно двигаться, приближаясь к яйцу. Биологическое преимущество полового размножения состоит в том, что при этом возможна перекомбинация лучших наследственных признаков обоих родителей, в результате чего потомство может оказаться более жизнеспособным, чем каждый из родителей. При половом размножении эволюция протекает значительно быстрее и эффективнее, чем при бесполом.

Бесполое размножение

Бесполое размножение широко распространено во всех группах растений — у бактерий, водорослей, грибов, мхов и сосудистых растений, а среди животных — у простейших, кишечнополостных, мшанок и оболочников. Простейшая форма бесполого размножения состоит в том, что тело родительской особи расщепляется на две более или менее одинаковые части, каждая из которых дает новый целый и самостоятельный организм. Этот способ размножения, называемый делением, встречается главным образом у самых простых организмов — одноклеточных растений и животных. При этом клетка делится путем митоза.

Гидры и дрожжевые грибы размножаются почкованием: небольшая часть тела родительской особи отделяется (отпочковывается) и развивается в новую особь. Эта новая особь либо совсем порывает связь с родительской особью и начинает самостоятельное существование, либо остается прикрепленной к ней и становится более или менее независимым членом колонии.

Хвостатые амфибии, ящерицы, морские звезды и крабы обладают способностью отращивать новый хвост, новую конечность или какой-либо другой орган взамен утраченного. Когда эта способность достигает крайней степени развития, она становится способом размножения: тело родительской особи распадается на несколько частей, а затем каждая из них восстанавливает все недостающие части и превращается в целый организм. Такой способ размножения, называемый фрагментацией, обычен у плоских червей, а также у морских звезд: из одного луча звезды может регенерировать целая новая особь. Морских звезд нельзя уничтожать, разрубая их пополам и бросая обратно в море: таким путем можно лишь удвоить число этих животных, наносящих ущерб устричному хозяйству.

Почти все растения на определенной стадии жизненного цикла размножаются бесполым путем при помощи спор — особых клеток, обычно имеющих защитную оболочку и способных выдерживать холод, перегревание, высыхание и иные неблагоприятные условия. Простейшие, относящиеся к классу споровиков (Sporozoa), в фазе роста обычно существуют как внутриклеточные паразиты и размножаются спорами. Споровики вызывают ряд серьезных заболеваний, в частности малярию у человека и животных и кокцидиоз у кур. Спора, проникнув в клетку, становится трофозоитом (питающейся формой), созревает и путем множественного деления, или шизогонии, образует одноядерные новые клетки, каждая из которых заражает новую клетку того же хозяина и опять развивается как трофозоит. В конце концов некоторые трофозоиты превращаются в половые формы: женские особи становятся яйцеклетками, а мужские в результате ряда делений образуют сперматозоиды. После оплодотворения зигота растет и претерпевает множественное деление, образуя споры, способные заражать новых хозяев. У большинства споровиков споры заключены в капсулу, предохраняющую их от высыхания, но у форм, паразитирующих в крови (например, у малярийных плазмодиев), споры голые и должны быть непосредственно перенесены в кровяное русло нового хозяина. Развитие трофозоитов происходит обычно в одном хозяине, а образование яйцеклеток и сперматозоидов и развитие инфекционных спор — в другом; так, у малярийного плазмодия первым хозяином служит человек или обезьяна, а вторым — комар.

Половое размножение у растений

В ряду форм, начинающемся с бактерий и сине-зеленых водорослей, у которых половое размножение отсутствует или встречается редко, и включающем зеленые водоросли, мхи и, наконец, семенные растения, роль полового размножения в жизненном цикле постепенно возрастает; при этом все большую часть цикла занимает диплоидная фаза. Но даже семенные растения размножаются бесполым путем — при помощи столонов или усов (горизонтальных стеблей, растущих по поверхности земли), корневищ (таких же подземных стеблей) или клубней. Цветоводы и фермеры используют черенки и отводки для размножения многих культурных сортов деревьев, кустарников и травянистых растений. В эволюции растений наблюдается тенденция к прогрессивному развитию спорофита и редукции гаметофита в цикле чередования поколений. Это позволяет наземным растениям при размножении обходиться без водной пленки, необходимой плавающим сперматозоидам. Перенос сперматозоидов к яйцеклетке совершается при помощи пыльцевой трубки. Оплодотворенная яйцеклетка может развиваться за счет собственных запасов питательных веществ, пока у зародыша не образуются листья и он не станет самостоятельным растением.

Половое размножение у животных

Кишечнополостным и некоторым другим животным свойственно чередование полового и бесполого поколений, внешне напоминающее жизненный цикл растений, но у кишечнополостных оба поколения диплоидные. Большинство животных обычно размножается только половым путем и имеет постоянные половые органы. У некоторых простейших, например у парамеций, наблюдается сложный процесс полового размножения (конъюгация), при котором две диплоидные особи соединяются оральными поверхностями тела (поверхностями, на которых расположен рот), сливаются и обмениваются ядерным материалом. Исходный микронуклеус каждой особи делится путем мейоза, и три из четырех получающихся при этом ядер дегенерируют. Оставшееся гаплоидное ядро делится митотически, и одно из двух дочерних ядер переходит по цитоплазматическому мостику в другую особь, где сливается с одним из ее гаплоидных ядер. Таким образом, происходит два акта оплодотворения, и оба новых ядра идентичны друг другу. После этого инфузории расходятся и происходит еще одно деление ядер и цитоплазмы, в результате чего образуются четыре особи, каждая из которых имеет один микронуклеус и один макронуклеус.

Все губки, по-видимому, диплоидны, и у них происходят обычные процессы овогенеза и сперматогенеза. Образующиеся яйцеклетки лежат непосредственно под слоем хоаноцитов и оплодотворяются сперматозоидами, приносимыми током воды. У губок нет специальных гонад, и половые клетки образуются у них из хоаноцитов, амебоцитов или из недифференцированных клеток, находящихся в основном веществе.

Гермафродитизм. Многие низшие животные являются гермафродитами, т. е. у одной и той же особи имеются одновременно и яичники и семенники и она производит как яйца, так и сперму (слово «гермафродит» происходит от имен бога мужской красоты Гермеса и богини женской красоты Афродиты у древних греков). Некоторые гермафродитные животные, например паразитические ленточные черви, способны к самооплодотворению. Поскольку в организме хозяина часто живет лишь одна особь паразита, эта способность имеет важное значение для сохранения вида. Для большинства гермафродитных форм, однако, характерно не самооплодотворение, а соединение двух особей в процессе копуляции, причем каждая особь оплодотворяет другую; так обстоит дело у дождевых червей. У других видов самооплодотворению препятствует развитие семенников и яичников в разные сроки; у устриц семенники и яичники образуют гаметы не одновременно, что также исключает возможность самооплодотворения.

Партеногенез. Довольно редкую разновидность полового размножения, характерную для пчел, ос и некоторых других членистоногих, представляет партеногенез (девственное размножение), т. е. развитие взрослого животного из неоплодотворенного яйца. Некоторые виды членистоногих состоят, по-видимому, только из самок, размножающихся этим способом. У других видов в течение нескольких поколений наблюдается партеногенез, а затем появляются самцы, которые спариваются с самками и оплодотворяют яйца. У медоносной пчелы самец осеменяет самку (матку) лишь один раз в течение всей ее жизни — во время «брачного полета». Полученная сперма сохраняется у матки в небольшом мешочке, соединенном с половым трактом и закрывающемся при помощи мышечного клапана. При откладке яиц матка может либо открыть этот клапан, позволяя сперматозоидам выходить и оплодотворять яйца, либо оставить его закрытым, так что яйца развиваются партеногенетически. Оплодотворение обычно происходит осенью, и оплодотворенные яйца проводят зиму в состоянии покоя. Из оплодотворенных яиц выводятся самки — матки и рабочие пчелы; неоплодотворенные яйца дают самцов (трутней). У некоторых видов ос наблюдается чередование партеногенетических поколений и поколений, развивающихся из оплодотворенных яиц.

У тех видов, у которых в нормальных условиях не бывает партеногенеза, можно искусственно побуждать яйца к развитию без оплодотворения, изменяя температуру, pH или соленость окружающей воды, а также путем химической или механической стимуляции; яйцо лягушки можно стимулировать, уколов его тонкой иглой. Были получены искусственным путем партеногенетические особи лягушек, тритонов и различных морских беспозвоночных. Удалось даже стимулировать к развитию неоплодотворенные яйца кролика; такие яйца начинают дробиться, а для того, чтобы они могли завершить развитие, их помещают затем в матку крольчихи, которую подготовили к этому введением соответствующих гормонов.

Оплодотворение

Большинство водных животных просто выделяют свои яйца и сперму в воду, так что гаметы соединяются по воле случая. Этот примитивный и довольно ненадежный способ соединения гамет называют наружным оплодотворением. У животных с таким типом оплодотворения обычно не бывает никаких дополнительных половых структур, кроме протоков, выводящих гаметы из организма наружу.

Другие животные, в особенности наземные. имеют придаточные половые органы для переноса спермы из тела самца в тело самки, где и происходит оплодотворение. Этот способ, называемый внутренним оплодотворением, требует согласованных действий самца и самки, и у многих видов выработались сложные формы поведения, обеспечивающие встречу особей разного пола, их спаривание в определенное время и заботу о потомстве. Возникли также разнообразные вторичные половые признаки, которые служат для привлечения особей другого пола и вызывают реакции, необходимые для спаривания.

Самец тритона взбирается на самку, обхватывает ее лапами и трется подбородком об ее нос; затем он слезает с самки и откладывает перед ней сперматофор — мешочек, содержащий сперму. Самка переносит сперматофор в свою клоаку; здесь он разрывается и освобождает сперму, оплодотворяющую яйца.

У некоторых видов размножение связано с опасностью или даже с гибелью животных; например, лососевые рыбы поднимаются для нереста на сотни километров вверх по рекам и, отметав икру, погибают; у пауков самка часто съедает самца, после того как он совершит акт осеменения. Однако во всех этих случаях гибель отдельных особей обеспечивает сохранение вида.

Процесс оплодотворения — это не только проникновение сперматозоида в яйцо, но также слияние ядер обеих гамет и активация яйца к дроблению и развитию. Сперматозоид может проникнуть в яйцо, находящееся на любой стадии созревания — от овоцита первого порядка до зрелой яйцеклетки; однако слияние ядер может произойти только после того, как ядро яйцеклетки проделает два мейотических деления и превратится в зрелое яйцо. У некоторых видов важным компонентом студенистой оболочки, окружающей яйцо, является фертилизин, выделяемый яйцеклеткой. Под действием фертилизина сперматозоиды склеиваются и прилипают к поверхности яйца. Из студенистой оболочки яйца выделены также вещества (возможно, идентичные фертилизину), которые стимулируют дыхание и подвижность сперматозоидов и позволяют им дольше сохранять жизнеспособность.

У некоторых видов после проникновения сперматозоида в яйцеклетку вокруг нее образуется так называемая оболочка оплодотворения, преграждающая доступ в яйцо другим сперматозоидам. Это предотвращает полиспермию, в результате которой с ядром яйцеклетки могли бы слиться два или больше ядер мужских гамет; присутствие лишнего мужского ядра может привести к образованию трехполюсных веретен деления и к нарушению нормального развития.

У всех птиц, большинства насекомых и многих водных беспозвоночных самки откладывают яйца, из которых впоследствии выводится потомство; таких животных называют яйцекладущими. Мелкие яйца млекопитающих развиваются в матке, и зародыш получает питательные вещества из крови матери, пока организм не достигнет такой стадии развития, когда сможет существовать самостоятельно; таких животных называют живородящими. Самки акул, ящериц и некоторых насекомых и змей относятся к категории яйцеживородящих; их крупные, наполненные желтком яйца после оплодотворения довольно длительное время остаются в половых путях самки. Развивающийся эмбрион обычно не имеет тесной связи со стенкой яйцевода или «матки» и не получает никаких питательных веществ из материнской крови.

chel-o-vek.ru
Комментарии: 0