Типы размножения организмов

Способность к размножению или самовоспроизведению является одним из обязательных и важнейших свойств живых организмов. Размножение поддерживает длительное существование вида, обеспечивает преемственность между родителями и их потомками в ряду многих поколений. Оно приводит к увеличению численности особей вида и способствует его расселению.

Различают два типа размножения: бесполое и половое

При бесполом размножении участвует только одна родительская особь, которая делится, почкуется или образует споры. При бесполом размножении организм возникает из соматических клеток и источником изменчивости могут быть случайные мутации.

В случае полового размножения особи нового поколения появляются при участии двух организмов: материнского и отцовского. Новый организм возникает из специализированных половых клеток или особей выполняющих эти функции.

Преимущество полового размножения (эволюционно оно появилось позднее бесполого) состоит в перекомбинации наследственных признаков обоих родителей, что является источником изменчивости. Потомство более жизнеспособное и приспособленное к условиям существования. Быстрее происходит эволюция.

В основе классификации форм размножения лежит тип деления клеток:
• Бесполое – за счет митотического деления, у растений редко за счет мейотического деления.
• Половое - за счет мейотического деления.

Схема форм размножения организмов:

Формы размножения организмов

Бесполое размножение у одноклеточных

1. Деление – характерно для одноклеточных (амебы, жгутиковые, инфузории), сначала происходит митотическое деление ядра, а затем в цитоплазме возникает перетяжка. При этом дочерние клетки получают равное количество информации. Органоиды распределяются равномерно. Делению предшествует репликация ДНК и удвоение количества органелл.
2. Эндогония – внутреннее почкование. Внутри материнской клетки, т.е. внутри оболочки образуются две дочерние клетки. Так размножается токсоплазма.
3. Шизогонии или множественное деление. Многократно делится ядро без цитокинеза, а затем и вся цитоплазма разделяется на частички, обособляющиеся вокруг ядер. Из одной клетки образуется много дочерних. Эта форма характерна для класса «Споровики», например, малярийный плазмодий из одной клетки может сразу образовывать 24 дочерние. Такая высокая плодовитость компенсирует большие потери из-за трудностей передачи паразита от одного хозяина к другому, а именно, от человека к малярийному комару и наоборот.
4. Почкование – на материнской клетке образуется небольшой бугорок, содержащий дочернее ядро или нуклеоид. Почка растет до материнских размеров и отделяется от нее. Например, бактерии, дрожжевые грибы. У дрожжевых грибов – дочерние особи не отделяются от материнской, возникают колонии.
5. Спорообразование – встречается у представителей класса «Споровики». Спора – одна из стадий жизненного цикла Споровиков, служащая для размножения. Спора - это клетка, покрытая оболочкой, которая защищает от неблагоприятных условий внешней среды.
Споры бактерий служат не для размножения, а для того, чтобы выжить при неблагоприятных условиях, поскольку каждая бактерия образует только одну спору. Бактериальные споры относятся к числу наиболее устойчивых к кипячению и дезинфицирующим веществам.
 

Бесполое размножение у многоклеточных организмов
 

1. Вегетативное – основано на способности организмов восстанавливать (регенерировать) недостающие части. У растений наблюдается разнообразие этой формы размножения: оно происходит путем образованием новых почек на стеблях, корнях, листьях, из которых вырастают новые растения. Они могут существовать самостоятельно, без связи с материнским организмом. Например, у многоклеточных водорослей, грибов, лишайников размножение осуществляется обрывками нитей, гиф, обломками слоевищ. Покрытосеменные могут размножаться: частями стебля (кактусы, элодея), листом (фиалка, бегония, лилия), корнями (малина, крыжовник, одуванчик), видоизмененными побегами: клубнями (картофель), луковицами (лук, чеснок, тюльпан, нарцисс), корневищами (пырей, хвощ, иван-чай), усами (земляника) и т.д. У животных в силу высокой специализации клеток организма вегетативное размножение встречается реже. Ресничные и кольчатые черви делятся перетяжками на несколько частей, в каждой из них восстанавливаются недостающие органы и, таким образом возникает сразу несколько особей. У кишечнополостных – полипы начинают быстро расти, формируются поперечные перетяжки, в результате которых образуются дочерние особи, и такой способ называется стробиляция. В этот момент полип напоминает стопку тарелок. Образовавшиеся особи – медузы отрываются и начинают самостоятельную жизнь. У некоторых видов млекопитающих (броненосец) и насекомых (осы-наездники) встречается вегетативное размножение зародышей, когда на ранних стадиях эмбрионального развития делящийся зародышевый диск дает начало нескольким особям (от 4 до 8). Подобное можно наблюдать у человека, когда разделяются бластомеры из которых будут развиваться монозиготные близнецы, (такое увеличение количества особей, называется полиэмбриония.)
2. Почкование характерно для кишечнополостных (гидра). В почку (выпячивание) входят клетки экто- и энтодермы. Почка увеличивается, на ней формируются щупальцы и эта почка отделяется от материнской особи.
3. Размножение фрагментами - (фрагментация) происходит при разделении особи на две или большее число частей, каждая из которых растет и образует новую особь. С фрагментацией связана регенерация, т.е. способность восстанавливать целостный организм. Фрагментация описана для плоских червей, немертин и морских звезд.
4. Спорообразование встречается у грибов, водорослей, мхов, плаунов, хвощей и папоротников. Споры образуются путем мейоза в обычных вегетативных клетках материнского организма или специальных органах – спорангиях и представляют собой микроскопические одноклеточные образования. При любой форме бесполого размножения – частями тела или спорами – наблюдается увеличение численности особей данного вида без повышения их генетического разнообразия: все особи являются точной копией материнского организма. Совокупность особей, произошедших от одного предка путем бесполого размножения называют - клонами (греч. clon – ветвь, отпрыск).
 

Половое размножение
 

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.
 

Половое размножение у одноклеточных животных
 

1. Коньюгация – когда специальные половые клетки (половые особи) не образуются. Например: а) у инфузорий - две особи попарно сближаются, между ними образуется протоплазматический мостик, по которому идет обмен микронуклеусами. Затем особи расходятся и сохраняют самостоятельность, но благодаря новой наследственной информации, появляются новые признаки; б) у бактерий – особи, отличающиеся физиологическими знаками, сближаются, и части ДНК переходят от одной особи к другой. Это приводит к комбинативной изменчивости; в) у нитчатых водорослей (спирогира) - две ниточки сближаются, образуется мостик, по которому идет обмен наследственной информацией.
2. Копуляция – это половой процесс у одноклеточных организмов, при котором две особи приобретают половые различия, т.е. превращаются в гаметы и полностью сливаются, образуя зиготу. В процессе эволюции формируется механизм отличия в строении гамет. На первом этапе полового размножения гаметы еще морфологически не отличаются – изогамия (гр. Isos – равный, gamos – брак), т.е. обе гаметы имеют малые размеры и обе подвижные. Например, такое размножение встречается у корненожек, жгутиковых, водорослей (хламидомонады). В дальнейшей эволюции гаметы дифференцируются на мелкие (мужские) и крупные (женские), но обе еще сохраняют подвижность, т.е. анизогамия (гр. anisos – неравный , gamos – брак). Например, такое размножение встречается у колониального жгутикового организма – Пандорины. Завершающий путь эволюции - Овогамия – когда крупная (женская) клетка теряет подвижность, а мелкая ( мужская) - подвижная. Например, у колонии вольвокс из класса Жгутиковые.
 

Половое размножение у многоклеточных животных
 

У многоклеточных животных при половом размножении имеет место лишь овогамная копуляция. Развитие гамет у многоклеточных животных происходит в половых железах – гонадах. Различают два типа половых клеток – мужские и женские.
1. Гермафродитизм – если мужские и женские половые клетки развиваются в одной особи. Гермафродитизм характерен для многих животных, стоящих на сравнительно низких ступенях эволюции органического мира: плоским, кольчатым червям, моллюскам, некоторым рыбам и ящерицам, а также большинству цветковых растений. Гермафродитизм - это своего рода способ приспособления к сидячему, малоподвижному или паразитическому образу жизни. Еще одно преимущество гермафродитизма – это возможность самооплодотворения для некоторых эндопаразитов (например, у представителей Класса Сосальщики и Ленточные), которые могут обитать в теле хозяина в одном экземпляре. Однако, у большинства гермафродитных видов в оплодотворении участвуют гаметы, происходящие от разных особей, и у них имеются различные генетические, морфологические и физиологические приспособления, препятствующие самооплодотворению и благоприятствующие перекрестному. Например, у кишечнополостных - яйца и спермии образуются в разное время. У некоторых моллюсков половая железа периодически продуцирует то яйцеклетки, то сперматозоиды. Это зависит как от возраста особи, так и от условий существования: температуры, питания и т.д.
2. С наружным оплодотворением. У большинства водных животных яйцеклетки и сперматозоиды выделяются в воду, где гаметы соединяются в значительной мере случайно. Например, у рыб и земноводных.
3. С внутренним оплодотворением. Такое размножение характерно для наземных животных, имеющих наружные половые органы для переноса спермы из тела самца в тело самки, где и происходит оплодотворение. Например, у пресмыкающихся, птиц, млекопитающих. У покрытосеменных растений – двойное оплодотворение.
4. Без оплодотворения.
Партеногенез (гр. parthenos – девственница, genos – рождение) – одна из модификаций полового размножения, при котором женская гамета развивается в новую особь без оплодотворения мужской гаметой. Встречается как в царстве животных, так и в царстве растений.
а) Естественный партеногенез:
- факультативный, то есть не обязательный, так как яйцо способно развиваться как без оплодотворения, так и после него. Встречается у пчел, муравьев, ос, коловраток. Факультативный партеногенез может быть диплоидным и гаплоидным. Факультативный диплоидный партеногенез (циклический) встречается у тлей, дафний, коловраток. В летнее время у них существуют только самки, а осенью партеногенез сменяется размножением с оплодотворением. В ядрах соматических клеток особей, развившихся из неоплодотворенных яиц, в ряде случаев имеется гаплоидный набор хромосом (например, мужские особи коловраток), а в других – диплоидный (тли, дафнии). Восстановление диплоидного набора может происходить различными путями: 1) когда при овогенезе не идет второе деление и восстанавливается диплоидный набор хромосом; 2) когда редукционное тельце сливается с яйцеклеткой. Естественный партеногенез может быть факультативный гаплоидный: у пчел – мужские особи (трутни) – гаплоидны, которые развиваются из неоплодотворенных яйцеклеток, а матки и рабочие пчелы – из оплодотворенных яиц.
- Облигатный партеногенез (лат. obligato – обязательство), т.е. обязательный. Яйцо развивается без оплодотворения, например, у Кавказской скальной ящерицы. Этот вид сохраняется благодаря партеногенезу, т.к. встреча особей затруднена. Виды представлены только самками, самостоятельно производящими только самок. Партеногенез может быть и у птиц. У одной из пород индеек некоторые яйца развиваются партеногенетически, из них появляются только самцы.
б) Искусственный партеногенез.
Искусственный партеногенез обнаружен в 1886г А.А. Тихомировым. Его можно вызвать у тутового шелкопряда, а так же у млекопитающих путем воздействия на яйцеклетки различными химическими веществами (кислотами) и физическими факторами (температурой, светом, электричеством). Широко распространен партеногенез у личиночных стадий сосальщиков и других паразитов, что обеспечивает им интенсивное размножение и выживание, несмотря на массовую гибель на различных этапах жизненного цикла.
 

Половой диморфизм
 

Это различия между самцами и самками в строении тела, окраске, инстинктах и ряде других признаков. Половой диморфизм проявляется уже на ранних ступенях эволюции.
Например, у круглых червей - самки крупнее, самец имеет загнутый конец тела, у членистоногих самки и самцы различаются по величине и окраске, у рыб – по величине окраске и особенностям строения тела. У тритонов – самцы в брачный период имеют яркую окраску брюшка и гребень на спине. У птиц – самцы в брачный период имеют яркую окраску.

У человека, женщины и мужчины отличаются такими признаками как: рост, массивность костей скелета, массивностью мускулатуры, величиной черепа (больше у мужчин) и соотношением лицевой и мозговой его частей, шириной таза и плеч, растительностью на лице, низким тембром голоса, выступающим вперед щитовидным хрящом гортани (кадык), развитием грудных желез, развитием подкожной жировой клетчатки.

Отличительные половые признаки