В чем заключается биологическое значение бесполого размножения у растений? Реферат половое размножение и его биологическое значение Большое значение полового размножения

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

КГБОУ НПО

Профессиональное училище №80

Профессия 110800.03 Электромонтёр по ремонту и

Обслуживанию электроустановок

В сельскохозяйственном производстве

Группа №153

Тема: Половое размножение и его биологическое значение

Учащийся: А.Е. Петренко

Преподаватель: М.А. Варочкин

1. Половое размножение

При половом размножении потомство получается в результате слияния генетического материала гаплоидных ядер. Обычно эти ядра содержатся в специализированных половых клетках - гаметах; при оплодотворении гаметы сливаются, образуя диплоидную зиготу, из которой в процессе развития получается зрелый организм. Гаметы гаплоидны - они содержат один набор хромосом, полученный в результате мейоза; они служат связующим звеном между данным поколением и следующим (при половом размножении цветковых растений сливаются не клетки, а ядра, но обычно эти ядра тоже называют гаметами.)

Мейоз - важный этап жизненных циклов, включающих половое размножение, так как он ведет к уменьшению количества генетического материала вдвое. Благодаря этому в ряду поколений, размножающихся половым путем, это количество остается постоянным, хотя при оплодотворении оно каждый раз удваивается. Во время мейоза в результате случайного расхождения хромосом (независимое распределение) и обмена генетическим материалом между гомологичными хромосомами (кроссинговер) возникают новые комбинации генов, попавших в одну гамету, и такая перетасовка повышает генетическое разнообразие. Слияние содержащихся в гаметах гаплоидных ядер называют оплодотворением или сингамией; оно приводит к образованию диплоидной зиготы, т. е. клетки, содержащей по одному хромосомному набору от каждого из родителей. Это объединение в зиготе двух наборов хромосом (генетическая рекомбинация) представляет собой генетическую основу внутривидовой изменчивости. Зигота растет и развивается в зрелый организм следующего поколения. Таким образом, при половом размножении в жизненном цикле происходит чередование диплоидной и гаплоидной фаз, причем у разных организмов эти фазы принимают различные формы.

Гаметы обычно бывают двух типов - мужские и женские, но некоторые примитивные организмы производят гаметы только одного типа. У организмов, образующих гаметы двух типов, их могут производить соответственно мужские и женские родительские особи, а может быть и так, что у одной и той же особи имеются и мужские, и женские половые органы. Виды, у которых существуют отдельные мужские и женские особи, называются раздельнополыми; таковы большинство животных и человек. Среди цветковых растений тоже есть раздельнополые виды; если у однодомных видов мужские и женские цветки образуются на одном и том же растении, как, например, у огурца и лещины, то у двудомных одни растения несут только мужские, а другие - только женские цветки, как у остролиста или у тиса.

Гермафродитизм.

Партеногенез.

Партеногенез - одна из модификаций полового размножения, при которой женская гамета развивается в новую особь без оплодотворения мужской гаметой. Партеногенетическое размножение встречается как в царстве животных, так и в царстве растений, и преимущество его состоит в том, что в некоторых случаях оно повышает скорость размножения.

Существует два вида партеногенеза - гаплоидный и диплоидный, в зависимости от числа хромосом в женской гамете. У многих насекомых, в том числе у муравьев, пчел и ос, в результате гаплоидного партеногенеза в пределах данного сообщества возникают различные касты организмов. У этих видов происходит мейоз и образуются гаплоидные гаметы. Некоторые яйцеклетки оплодотворяются, и из них развиваются диплоидные самки, тогда как из неоплодотворенных яйцеклеток развиваются фертильные гаплоидные самцы. Например, у медоносной пчелы матка откладывает оплодотворенные яйца (2n = 32), которые, развиваясь, дают самок (маток или рабочих особей), и неоплодотворенные яйца (n = 16), которые дают самцов (трутней), производящих спермии путем митоза, а не мейоза. Развитие особей этих трех типов у медоносной пчелы схематически представлено на. Такой механизм размножения у общественных насекомых имеет адаптивное значение, так как позволяет регулировать численность потомков каждого типа.

У тлей происходит диплоидный партеногенез, при котором ооциты самки претерпевают особую форму мейоза без расхождения хромосом - все хромосомы переходят в яйцеклетку, а полярные тельца не получают ни одной хромосомы. Яйцеклетки развиваются в материнском организме, так что молодые самки рождаются вполне сформировавшимися, а не вылупляются из яиц. Такой процесс называется живорождением. Он может продолжаться в течение нескольких поколений, особенно летом, до тех пор пока в одной из клеток не произойдет почти полное нерасхождение, в результате чего получается клетка, содержащая все пары аутосом и одну Х-хромосому. Из этой клетки партеногенетически развивается самец. Эти осенние самцы и партеногенетические самки производят в результате мейоза гаплоидные гаметы, участвующие в половом размножении. Оплодотворенные самки откладывают диплоидные яйца, которые перезимо-вывают, а весной из них вылупляются самки, размножающиеся партеногенетически и рождающие живых потомков. Несколько партеногенетических поколений сменяются поколением, возникающим в результате нормального полового размножения, что вносит в популяцию генетическое разнообразие в результате рекомбинации. Главное преимущество, которое дает тлям партеногенез, - это быстрый рост численности популяции, так как при этом все ее половозрелые члены способны к откладке яиц. Это особенно важно в периоды, когда условия среды благоприятны для существования большой популяции, т. е. в летние месяцы.

Партеногенез широко распространен у растений, где он принимает различные формы. Одна из них - апомиксис - представляет собой партеногенез, имитирующий половое размножение. Апомиксис наблюдается у некоторых цветковых растений, у которых диплоидная клетка семязачатка-либо клетка нуцеллуса, либо мегаспора - развивается в функциональный зародыш без участия мужской гаметы. Из остального семязачатка образуется семя, а из завязи развивается плод. В других случаях требуется присутствие пыльцевого зерна, которое стимулирует партеногенез, хотя и не прорастает; пыльцевое зерно индуцирует гормональные изменения, необходимые для развития зародыша, и на практике такие случаи трудно отличить от настоящего полового размножения.

2. Половое размножение у человека

Мужская половая система.

сперматозоид половой гаплоидный

Мужская половая система состоит из парных семенников (яичек), семявыносящих протоков, ряда придаточных желез и полового члена (пениса). Семенник - сложная трубчатая железа яйцевидной формы; она заключена в капсулу - белочную оболочку - и состоит примерно из тысячи сильно извитых семенных канальцев, погруженных в соединительную ткань, в которой содержатся интерстициальные (лейдиговы) клетки. В семенных канальцах образуются гаметы - спермии (сперматозоиды), а интерстициальные клетки вырабатывают мужской половой гормон тестостерон. Семенники расположены вне брюшной полости, в мошонке, а поэтому спермии развиваются при температуре, которая на 2-3°С ниже температуры внутренних областей тела. Более низкая температура мошонки частично определяется ее положением, а частично-сосудистым сплетением, образуемым артерией и веной семенника и действующим как противоточный теплообменник. Сокращения особых мышц перемещают семенники ближе или дальше от тела в зависимости от температуры воздуха, чтобы поддерживать температуру в мошонке на уровне, оптимальном для образования спермы. Если мужчина достиг половой зрелости, а семенники не опустились в мошонку (состояние, называемое крипторхизмом), то он навсегда остается стерильным, а у мужчин, носящих слишком тесные трусы или принимающих очень горячие ванны, образование спермиев может так сильно понизиться, что это приведет к бесплодию. Лишь у немногих млекопитающих, в том числе у китов и слонов, семенники всю жизнь находятся в брюшной полости.

Семенные канальцы достигают 50 см в длину и 200 мкм в диаметре и расположены в участках, называемых дольками семенника. Оба конца канальцев соединяются с центральной областью семенника - сетью семенника - короткими прямыми семенными канальцами. Здесь сперма собирается в 10-20 выносящих канальцах; по ним она переносится в головку придатка (эпидидимиса), где концентрируется в результате обратного всасывания жидкости, выделяемой семенными канальцами. В головке придатка спермии созревают, после чего они проходят по извитому 5-метровому выносящему канальцу к основанию придатка; здесь они остаются в течение короткого времени, прежде чем попадают в семявыносящий проток. Семявыносящий проток-это прямая трубка длиной около 40 см, которая вместе с артерией и веной семенника образует семенной канатик и переносит сперму в уретру (мочеиспускательный канал), проходящую внутри полового члена. Взаимоотношения между этими структурами, мужскими придаточными железами и половым членом показаны на.

Развитие сперматозоидов (сперматогенез).

Сперматозоиды (спермии) образуются в результате ряда последовательных клеточных делений, называемых в совокупности сперматогенезом, за которыми следует сложный процесс дифференцировки, называемый спермиогенезом. Процесс образования спермия занимает примерно 70 дней; на 1 г веса яичка образуется 107 спермиев в сутки. Эпителий семенного канальца состоит из наружного слоя клеток зачаткового эпителия и примерно шести слоев клеток, образовавшихся в результате многократных делений клеток этого слоя; эти слои соответствуют последовательным стадиям развития сперматозоидов. Сначала деление клеток зачаткового эпителия дает начало многочисленным сперматогониям, которые увеличиваются в размерах и становятся сперматоцитами первого порядка. Эти сперматоциты в результате первого деления мейоза образуют гаплоидные сперматоциты второго порядка, после чего претерпевают второе деление мейоза и превращаются в сперматиды. Между «тяжами» из развивающихся клеток расположены крупные клетки Сертоли, или трофические клетки, расположенные во всем пространстве от наружного слоя канальца до его просвета.

Сперматоциты располагаются в многочисленных впячиваниях на боковых поверхностях клеток Сертоли; здесь они превращаются в сперматиды, а затем переходят на тот край клетки Сертоли, который обращен к просвету семенного канальца, где они созревают, образуя спермин. По-видимому, клетки Сертоли обеспечивают созревающим спермиям механическую опору, защиту и питание. Все питательные вещества и кислород, доставляемые развивающимся гаметам по окружающим семенные канальцы кровеносным сосудам, и выделяемые в кровь отходы метаболизма проходят через клетки Сертоли. Эти клетки секретируют и жидкость, с которой спермии проходят по канальцам.

Сперматозоиды.

Сперматозоиды, или спермии, - это очень мелкие подвижные мужские гаметы, образуемые мужскими гонадами-семенниками; их количество исчисляется миллионами. Форма спермиев у разных животных различна, однако строение их однотипно. Каждый сперматозоид можно подразделить на пять участков. В головке сперматозоида находится ядро, содержащее гаплоидное число хромосом и прикрытое акросомой. Акросома - особая структура, ограниченная мембраной, - содержит гидролитические ферменты, способствующие проникновению спермия в ооцит непосредственно перед оплодотворением; таким образом, функционально ее можно рассматривать как увеличенную лизосому. В короткой шейке спермия расположена пара центриолей, лежащих под прямым углом друг к другу. Микротрубочки одной из центриолей удлиняются, образуя осевую нить жгутика, проходящую вдоль всей остальной части сперматозоида. Средняя часть расширена за счет содержащихся в ней многочисленных митохондрий, собранных в спираль вокруг жгутика. Эти митохондрий доставляют энергию для сократительных механизмов, обеспечивающих движения жгутика. Главная и хвостовая части сперматозоида имеют строение, характерное для жгутиков: на поперечном срезе видна типичная структура «9 + 2» - 9 пар периферических микротрубочек, окружающих пару центральных микротрубочек.

Если смотреть на головку человеческого спермия сверху, то она кажется округлой, а при взгляде сбоку - уплощенной. Одного только жгутикового движения недостаточно, чтобы сперматозоид мог пройти расстояние от влагалища до места, где происходит оплодотворение. Главная локомоторная задача спермиев состоит в том, чтобы скопиться вокруг ооцита и ориентироваться определенным образом, прежде чем проникнуть сквозь мембраны ооцита.

Женская половая система.

Роль женщины в процессе размножения гораздо больше, чем роль мужчины, и она сопряжена с взаимодействиями между гипофизом, яичниками, маткой и плодом. Женская половая система состоит из парных яичников и фаллопиевых труб, матки, влагалища и наружных половых органов.

Яичники прикреплены к стенке брюшной полости с помощью складки брюшины и выполняют две функции: производят женские гаметы и секретируют женские половые гормоны. Яичник имеет миндалевидную форму, состоит из наружного коркового и внутреннего мозгового слоев и заключен в соединительнотканную оболочку, называемую белочной оболочкой. Наружный слой коркового вещества состоит из клеток зачаткового эпителия, из которого образуются гаметы. Корковое вещество образовано развивающимися фолликулами, а мозговое вещество - стромой, содержащей соединительную ткань, кровеносные сосуды и зрелые фолликулы.

Фаллопиева труба - это мышечная трубка длиной около 12 см, по которой женские гаметы выходят из яичника и попадают в матку. Отверстие фаллопиевой трубы заканчивается расширением, край которого образует бахромку, приближающуюся во время овуляции к яичнику. Просвет фаллопиевой трубы выстлан ресничным эпителием; перемещению женских гамет к матке способствуют перистальтические движения мышечной стенки фаллопиевой трубы.

Матка представляет собой толстостенный мешок длиной примерно 7, 5 см и шириной 5 см, состоящий из трех слоев. Наружный слой называется серозной оболочкой. Под нею находится самый толстый средний слой - миометрий; его образуют пучки гладких мышечных клеток, которые во время родов чувствительны к окситоцину. Внутренний слой - эндометрий - мягкий и гладкий; он состоит из эпителиальных клеток, простых трубчатых желез и спиральных артериол, снабжающих клетки кровью. Во время беременности полость матки может увеличиться в 500 раз - от 10 см3 до 5000 см3. Нижним входом в матку служит ее шейка, соединяющая матку с влагалищем. Вход во влагалище, наружное отверстие мочеиспускательного канала и клитор прикрыты двумя кожными складками - большими и малыми половыми губами, образующими вульву. Клитор - это небольшое способное к эрекции образование, гомологичное мужскому половому члену. В стенках вульвы находятся бартолиниевы железы, выделяющие при половом возбуждении слизь, которая увлажняет влагалище во время полового акта.

Менструальный цикл.

У мужчин образование и выделение гамет - процесс непрерывный, начинающийся с наступлением половой зрелости и продолжающийся в течение всей жизни. У женщин же это циклический процесс, повторяющийся примерно через каждые 28 дней и связанный с изменениями в строении и функциях всей репродуктивной системы. Процесс этот называется менструальным циклом, и его можно разделить на четыре стадии. В событиях, происходящих во время менструального цикла, участвуют яичники (овариальный цикл) и матка (маточный цикл), и они регулируются гормонами яичников, секреция которых в свою очередь регулируется гипофизарными гонадотропинами.

Овариальный цикл.

У взрослой женщины овариальный цикл начинается с развития нескольких первичных фолликулов (содержащих ооциты первого порядка) под действием фолликулостимулирующего гормона (ФСГ), выделяемого передней долей гипофиза. Из этих фолликулов только один продолжает расти, тогда, как остальные разрушаются в результате дегенеративного процесса (атрезия фолликулов). Клетки гранулезной оболочки растущего фолликула пролиферируют, образуя наружный волокнистый слой толщиной в несколько клеток, называемый theca extema, и внутренний слой, богатый кровеносными сосудами, - theca interna. Клетки гранулезной оболочки секретируют фолликулярную жидкость, которая накапливается в полости фолликула. Лютеинизирующий гормон (ЛГ), выделяемый гипофизом, стимулирует клетки, побуждая их вырабатывать стероиды, главным образом - эстрадиол. Возрастание уровня эстрадиола во время фолликулярной фазы действует на гипофиз по принципу отрицательной обратной связи, вызывая понижение уровней ФСГ в крови (4-й-11-й дни); уровень ЛГ остается неизменным. Уровень эстрогена достигает максимума примерно за три дня до овуляции и действует в это время на гипофиз по принципу положительной обратной связи, стимулируя выделение как ФСГ.так и ЛГ. Как полагают, ФСГ необходим для стимуляции роста фолликулов, но дальнейшее развитие фолликулов контролируется главным образом ЛГ. Гранулезные клетки располагаются по периферии, яйцо смещено к одной стороне фолликула, но все еще окружено слоем гранулезных клеток. Зрелый фолликул, называемый граафовым пузырьком, достигает примерно 1 см в диаметре и выступает над поверхностью яичника в виде бугорка. Механизм овуляции в точности неизвестен, но предполагается, что в нем участвуют ЛГ, ФСГ и простагландины.

Во время овуляции ооцит второго порядка отделяется от стенки лопнувшего фолликула, выходит в брюшную полость и попадает в фаллопиеву трубу.

Обычно каждый месяц освобождается только один ооцит одним из яичников, так что овуляция происходит поочередно то в одном, то в другом яичнике. Овулировавший ооцит представляет собой клетку, ядро которой находится в метафазе 1 мейоза; он окружен слоем клеток, называемым zona pellucida, и слоем гранулезных клеток (corona radiata), который создает защиту ооциту вплоть до оплодотворения. После овуляции уровень ЛГ падает до уровня, характерного для фолликулярной фазы, и под действием другого гонадотропина - пролактина - клетки лопнувшего фолликула изменяются, образуя желтое тело. Желтое тело начинает секретировать еще один женский гормон - прогестерон - и небольшие количества эстрогена. Эти два гормона поддерживают нормальное строение эндометрия, выстилающего матку, и ингибируют выделение ФСГ и ЛГ, воздействуя по принципу отрицательной обратной связи на гипоталамус. Если оплодотворения не произошло, то под действием факторов, которые будут описаны позднее, желтое тело подвергается инволюции и от него остается лишь небольшой рубец - corpus albicans; это сопровождается снижением уровней прогестерона и эстрогена, в результате чего прекращается ингибирование секреции ФСГ, его уровень повышается и начинается новый цикл развития фолликула.

Маточный цикл.

Маточный цикл делится на три фазы, связанные с определенными структурными и функциональными изменениями эндометрия.

1. МЕНСТРУАЛЬНАЯ ФАЗА. В этой фазе происходит отторжение эпителиального слоя эндометрия. Перед самой менструацией кровоснабжение этой области уменьшается в результате сужения спиральных артериол в стенке матки, вызываемого падением уровня прогестерона в крови после инволюции желтого тела. Недостаточное кровоснабжение приводит к гибели эпителиальных клеток. Затем сужение спиральных артериол сменяется их расширением, и под действием усилившегося притока крови эпителий отторгается и его остатки выводятся вместе с кровью в виде менструальных выделений.

2. ПРОЛИФЕРАТИВНАЯ ФАЗА. ЭТа фаза совпадает с фолликулярной фазой овариального цикла и состоит в быстрой пролиферации клеток эндометрия, приводящей к его утолщению под контролем эстрогена, выделяемого развивающимся фолликулом.

З. СЕКРЕТОРНАЯ ФАЗА. Во время этой фазы прогестерон, выделяемый желтым телом, стимулирует секрецию слизи трубчатыми железами; это поддерживает выстилку матки в состоянии, при котором возможна имплантация в нее оплодотворенного яйца.

3. Что происходит, если оплодотворение не состоялось?

Если в течение суток после овуляции оплодотворения не произойдет, то ооцит второго порядка претерпевает автолиз в фаллопиевой трубе; то же самое происходит со спермиями, оставшимися в половых путях женщины. Желтое тело сохраняется в течение 10-14 дней после овуляции (обычно до 26-го дня цикла), но затем перестает секретировать прогестерон и эстроген из-за недостаточного уровня ЛГ в крови и подвергается автолизу. Как показали недавние исследования, у некоторых видов стенка матки, не содержащая оплодотворенного яйца, по-видимому, выделяет фактор, названный лютеолиэшом; этот фактор представляет собой простагландин (простагландин F2?). Как полагают, лютеолизин поступает с кровью в яичник, где он вызывает инволюцию желтого тела, разрушая лизосомы в гранулезных клетках последнего, что приводит к их автолизу.

Результаты оплодотворения.

Если происходит оплодотворение, то из образовавшейся зиготы развивается бластоциста, которая через 8 дней после овуляции погружается в стенку матки. Наружные клетки бластоцисты, образующие трофобласт, начинают затем секретировать гормон - хорнонический гонадотропии, по своей функции сходный с лютеинизирующим гормоном. Эта функция включает предотвращение автолиза желтого тела и побуждение его к секреции больших количеств прогестерона и эстрогенов, которые вызывают усиленный рост эндометрия. Отторжение эпителиальной выстилки эндометрия подавляется, и очередная менструация не наступает, что служит самым ранним признаком беременности. (Хорионический гонадотропин стимулирует также интерстициальные клетки семенников у зародыша мужского пола и заставляет их вырабатывать тестостерон, который индуцирует рост мужских половых органов.) Роль плаценты возрастает примерно на 10-ю неделю беременности, когда она начинает сама секретировать большую часть прогестерона и эстрогена, необходимых для нормального течения беременности. Преждевременное прекращение активности желтого тела (до того как плацента в полной мере проявит свою секреторную способность) - частая причина выкидыша на 10-й-12-й неделях беременности.

Во время беременности хорионический гонадотропин можно обнаружить в моче, и на этом основаны тесты на беременность. В настоящее время применяется тест, основанный на подавлении агглютинации: частицы латекса, покрытые хорионическим гонадотропином, добавляют к смеси мочи с антисывороткой, агглютинирующей этот гормон. Если он присутствует в моче, то он будет реагировать с агглютинирующей антисывороткой, а не с частицами латекса. Отсутствие агглютинации латекса служит показателем беременности; этот тест можно применять уже через 14 дней после несостоявшейся менструации.

Копуляция.

Внутреннее оплодотворение составляет важную часть репродуктивного цикла у наземных организмов, и у многих из них, в том числе у человека, оно облегчается благодаря совокупительному органу - мужскому половому члену, который вводится во влагалище и вносит гаметы как можно глубже в половые пути самки. Эрекция полового члена происходит вследствие локального повышения кровяного давления в его эректильной ткани в результате сужения вен и расширения артерий. Эта реакция обусловлена активацией парасимпатической нервной системы при половом возбуждении, В таком состоянии половой член может быть введен во влагалище, где трение, создаваемое ритмическими движениями во время полового акта, производит тактильное раздражение сенсорных клеток в головке полового члена. Это активирует симпатические нейроны, которые вызывают сокращение внутреннего сфинктера мочевого пузыря, гладкой мускулатуры эпидидимиса, семявыносящего протока и придаточных желез (семенного пузырька, простаты и бульбоуретральных желез). В результате всего этого будущие компоненты семенной жидкости выталкиваются в проксимальную часть уретры, где они смешиваются. Возросшее давление в проксимальной части уретры вызывает рефлекторную активность двигательных нейронов, иннервирующих мышцы у основания полового члена. Ритмические волнообразные сокращения этих мышц проталкивают семенную жидкость через дистальную часть уретры, и происходит эякуляция (выбрасывание спермы) - кульминационный момент полового акта. Ощущения, связанные с этим моментом как у мужчины, так и у женщины, объединяются под названием оргазма. Смазку во время полового акта обеспечивают главным образом секреты желез влагалища и вульвы, а частично также прозрачная слизь, выделяемая бульбоуретральными железами мужчины после эрекции. Секреты придаточных мужских желез имеют щелочную реакцию и содержат слизь, фруктозу, витамин С, лимонную кислоту, простагландины и различные ферменты; они повышают рН среды во влагалище, которая обычно бывает кислой, до 6-6, 5, что является оптимальным для подвижности спермиев после эякуляции. Количество семенной жидкости, извергаемой при эякуляции, составляет около 3 мл, из которых лишь 10% составляют спермии. Несмотря на такой низкий процент, сперма содержит примерно 108 спермиев на 1 мл.

Оплодотворение.

Сперма изливается глубоко во влагалище, вблизи шейки матки. Как показали исследования, сперматозоиды проходят из влагалища в матку и доходят до верхнего конца фаллопиевых труб за пять минут благодаря сокращениям матки и труб. Как полагают, эти сокращения инициируются окситоцином, выделяющимся во время полового акта, и локальным воздействием простагландинов, содержащихся в семенной жидкости, на матку и фаллопиевы трубы. Спермии сохраняют жизнеспособность в женских половых путях в течение 24-72 ч, но остаются высокофертильными лишь 12-24ч. Сперматозоид способен оплодотворить ооцит только после того, как он проведет в половых путях несколько часов, претерпевая процесс так называемой капацитации; при этом свойства мембраны, покрывающей акросому, изменяются, что делает возможным оплодотворение, которое обычно происходит в верхней части фаллопиевой трубы.

Когда спермии приближается к ооциту, его наружная мембрана, покрывающая область акросомы, и мембраны самой акросомы разрываются, и находившиеся в акросоме ферменты - гиалуронидаза и протеаза - «переваривают» окружающие ооцит клеточные слои. Эти изменения в головке спермия называют акросомальной реакцией. В результате дальнейших изменений в головке спермия внутренняя мембрана акросомы выворачивается наизнанку, что позволяет спермию проникнуть сквозь плазматическую мембрану в ооцит; у человека сперматозоид входит в ооцит целиком. После того как в яйцеклетку проник один спермии, расположенные под ее плазматической мембраной кортикальные гранулы разрываются, начиная с места вхождения спермия, и освобождают вещество, под действием которого zona pellucida утолщается и отделяется от плазматической мембраны яйцеклетки. Эта так называемая кортикальная реакция распространяется по всей клетке, в результате чего zona pellucida образует непроницаемую преграду-оболочку оплодотворения, которая препятствует проникновению в ооцит других спермиев, т. е. явлению полиспермии.

Проникновение сперматозоида служит стимулом для завершения второго деления мейоза, и ооцит второго порядка становится зрелым яйцом. При этом образуется также второе полярное тельце, которое тотчас же дегенерирует, а хвост сперматозоида рассасывается в цитоплазме яйца. Ядра обеих гамет превращаются в пронуклеусы и сближаются. Мембраны пронуклеусов разрушаются, а отцовские и материнские хромосомы прикрепляются к образовавшимся нитям веретена. К этому времени оба гаплоидных набора, содержащих у человека по 23 хромосомы, уже реплицировались, и возникшие в результате 46 пар хроматид выстраиваются по экватору веретена, как в метафазе митоза. Слияние пронуклеусов называется кариогамией. На этой стадии восстанавливается диплоидное число хромосом, и оплодотворенное яйцо получает название зиготы.

Зигота проходит стадии анафазы и телофазы и завершает свое первое митотическое деление. Следующий за этим цитокинез приводит к образованию двух диплоидных дочерних клеток.

Заключение

Генетическая изменчивость выгодна виду, так как он поставляет «сырье» для естественного отбора, а значит, и для эволюции. Потомки, оказавшиеся наиболее приспособленными к среде, будут обладать преимуществом в конкуренции с другими представителями того же вида и будут иметь больше шансов выжить и передать свои гены следующему поколению. Благодаря этому виду способны изменяться, т.е. возможен процесс видообразования. Повышение изменчивости может быть достигнуто путем смещения генов двух разных особей - процесса, называемого генетической рекомбинацией и составляющего важную особенность полового размножения; в примитивной форме генетическая рекомендация встречается уже у некоторых бактерий.

Литература

1. Слюсарев А.А.- Биология с общей генетикой. 1978.

2. Боген Г. -Современная биология. - М.: Мир, 1970.

3. Вилли К.- Биология (биологические законы и процессы). 1974.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Половой процесс и эволюция размножения. Бесполое размножение. Размножение делением, спорами, вегетативное размножение. Половое размножение. Гаметы и гонады. Осеменение. Усложнение половой системы. Спаривание. Способы воспроизведения потомства.

реферат , добавлен 31.10.2008

Размножение - способность живых организмов к сохранению генофонда популяции. Цитологическая основа и формы бесполого размножения: деление, шизогония, почкование, спорообразование, фрагментация. Половое размножение: гермафродитизм, партеногенез, апомиксис.

презентация , добавлен 24.02.2013

Бесполое, вегетативное, половое размножение организмов. Партеногенез и полиэмбриония. Способы вегетативного размножения: почкование, упорядоченное или неупорядоченное деление тела. Процесс развития нескольких зародышей из одной оплодотворенной яйцеклетки.

презентация , добавлен 20.03.2012

Способность размножаться как одна из основных способностей живых организмов, ее роль в жизнедеятельности, выживании организмов. Типы размножения, их характеристика, особенности. Преимущества полового размножения перед бесполым. Этапы развития организмов.

реферат , добавлен 09.02.2009

Роль наследственной предрасположенности и неблагоприятных факторов в половом развитии девочек. Аномалии половой системы. Преждевременное половое развитие. Задержка полового развития. Причины функциональных расстройств. Динамика полового развития.

презентация , добавлен 10.11.2015

Необходимые условия размножения. Сроки полового созревания у различных видов животных. Элементы и функции полового аппарата самцов, периоды сперматогенеза. Схема яичника у самки и овулярный цикл. Особенности процессов оплодотворения, беременности и родов.

презентация , добавлен 05.12.2013

Соперничество самцов как основной фактор определения результата внутриполового отбора. Объяснение межполового отбора и учение Дарвина, Фишера и Захави. Различия между полами - результат полового отбора. Признак полового размножения и половой диморфизм.

курсовая работа , добавлен 08.08.2009

Изучение особенностей строения и основных этапов развития мужской половой системы, которая выполняет две функции: генеративную, связанную с выработкой половых клеток и эндокринную, которая заключается в выработке половых гормонов. Процесс сперматогенеза.

реферат , добавлен 04.12.2011

Основные способы размножения организмов в зависимости от их анатомических и физиологических свойств. Бесполое, половое размножение, оплодотворение. Чередование поколений, половой диморфизм, гермафродитизм. Онтогенез организма, его типы и периодизация.

реферат , добавлен 27.01.2010

Типы размножения, их отличительные черты и характерные признаки, свойственность для тех или иных типов и классов водорослей. Схема бесполого размножения, механизмы освобождения клеток. Половое размножение и факторы внешней среды, провоцирующие его.

Размножение обеспечивает самовоспроизведение живых организмов, необходимое для существования вида. В основе размножения лежит генетическая информация, зашифрованная в ДНК.

Размножение может быть бесполое и половое. При половом размножении имеет место половой процесс, заключающийся в обмене клеток генетическим материалом. Чаще всего происходит образование специализированных половых клеток с гаплоидным (одинарным) набором хромосом - гамет с последующим их слиянием - оплодотворением.

Бесполое размножение может происходить путем митоза (у микроорганизмов и других одноклеточных), спорами (у папоротников), почкованием (у гидры), частями организма и вегетативными органами (вегетативное размножение растений). При бесполом размножении обеспечивается быстрое образование многочисленного потомства с теми же признаками, что и у родителей. Что полезно в благоприятных условиях, например, летом у водорослей.

Половое размножение приводит к образованию новых сочетаний генов, что повышает шанс на выживание части потомства при изменении условий среды. Половое размножение делает возможным естественный отбор на основе наследственной изменчивости - основной движущий фактор эволюции.

Человек применяет вегетативное размножение плодовых растений (черенкование смородины, прививка яблони, корневые отпрыски у малины, усы у земляники) для сохранения ценных качеств сорта, которые будут утеряны при половом размножении. Половое размножение у таких растений незаменимо при выведении новых сортов.

При скрещивании разных сортов растений, пород животных возникает явление гетерозиса - гибридной силы. Такое потомство обладает повышенной выносливостью (мул - гибрид осла и кобылы), быстрее растут (бройлерные цыплята), более урожайны (гибриды F1 у огурцов).

2. Позвоночные животные, их классификация. Усложнение млекопитающих в процессе эволюции. Определите место вида лисицы обыкновенной в системе животного мира (тип, класс, отряд, семейство, род).

Тип Хордовых включает подтип Черепные, или Позвоночные. В школьном курсе изучают классы:

Хрящевые рыбы,
Костные рыбы,
Земноводные, или Амфибии,
Пресмыкающиеся, или Рептилии,
Птицы,
Млекопитающие, или Звери.

Классы делятся на отряды, семейства, роды и виды. Название вида состоит из названия рода и видового определения. В науке используется систематика на латинском языке.

Так, систематика лисицы, будет следующая:

Тип Хордовые,
Класс Млекопитающие,
Отряд Хищные,
Семейство Собачьи (Волчьи),
Род Лисица,
Вид Лисица обыкновенная.

Характерные особенности класса Млекопитающие

Млекопитающие являются группой, продвинутой в эволюционном плане. Они обладают рядом характерных признаков, позволяющих успешно приспосабливаться к окружающей среде:

Млекопитающие - теплокровные животные, с постоянной температурой тела. Большинство активны круглый год. Высокий уровень обмена веществ достигается наличием альвеолярных легких, четырехкамерного сердца и двух кругов кровообращения.
Рождают живых детенышей, вскармливают их молоком, характерна забота о потомстве.
Зубы дифференцированы на резцы, клыки и коренные. Закрепляются в альвеолах (ячейках в челюстях).
Волосяной покров, в коже имеются железы.
Высокий уровень развития нервной системы, в первую очередь коры больших полушарий, обеспечивает сложное поведение зверей.

3. Раскройте особенности газообмена в легких и тканях, взаимосвязь дыхательной и кровеносной систем. В чем состоит доврачебная помощь при остановке дыхания?

Газообмен в легких заключается в обогащении крови кислородом и удалении из крови углекислого газа. В этом заключается роль дыхательной системы, дальнейшую транспортировку кислорода ко всем клеткам организма осуществляет кровеносная система. При этом кислород связан с гемоглобином, содержащимся в эритроцитах, что придает крови ярко-алый цвет.

В тканях кислород крови используется для так называемого тканевого дыхания: органические вещества окисляются с участием кислорода до углекислого газа и воды, выделяющаяся при этом энергия запасается в виде АТФ. Образующийся при этом углекислый газ уносится кровью и удаляется через легкие.

Остановка дыхания даже на несколько минут лишает ткани кислорода и приводит к необратимым изменениям, прежде всего в клетках головного мозга. В таком случае необходимо производить искусственное дыхание. Оно должно производиться, пока больной не начнет дышать самостоятельно, или до прибытия скорой помощи.

Для этого, пострадавший укладывается на спину, голова слегка запрокидывается назад. После чего производится вдыхание воздуха способом «рот в рот» или «рот в нос» через носовой платок или специальную маску, имеющуюся в автомобильной аптечке. Частота вдохов 10–12 в минуту для взрослых людей, для ребенка чаще при неглубоком выдохе. (При этом в кровь пострадавшего поступает кислород, содержание которого на выдохе около 16%, а повышенное содержание углекислого газа стимулирует дыхательный центр).

В старых учебниках рекомендовалось до начала искусственного дыхания освободить дыхательные пути от воды и ила. В последние годы этот этап рекомендуется пропускать как малоэффективный, чтобы не терять драгоценные секунды, которые могут спасти человеку жизнь.

Если несчастный случай произошел при пожаре, пострадавшего выносят на свежий воздух, после возобновления дыхания полезно дать кислородную маску.

Увеличение количества особей своего вида - важнейшая задача любого организма. Именно поэтому наряду с половым размножением появилось бесполое. Растения по-своему приспособились к эффективному распространению, используя для этого органы своего тела. В чем заключается биологическое значение Каковы преимущества и недостатки этого способа?

Что такое бесполое размножение?

Одна из целей существования живого организма - воспроизведение себе подобных. Для решения этой задачи растения, животные, бактерии и другие представители биологического мира нашли свои способы для увеличения численности. Не зря размножение относят к одному из параметров всего живого наряду с ростом, обменом энергии, постоянством внутренней среды и т. д.

Бесполое размножение - это способ, при котором участие половых клеток не требуется. Гаметы играют исключительную роль в образовании нового генетического материала зародыша, однако, не всегда существует возможность перейти на половой способ репродукции. В чем состоит биологическое значение бесполого размножения?

Для некоторых организмов, например, бактерий - это единственный способ увеличения численности популяции. Для остальных же представителей животного и растительного мира бесполое и половое размножение нужны в равной степени. Если первое используется для количественного увеличения численности, то второе - для качественного (то есть изменение генетического материала).

Виды бесполого размножения

Воспроизведение себе подобных с большой скоростью - вот в чем заключается биологическое значение бесполого размножения организмов. Этот тип репродукции является более древним, и поэтому пик его доминирования приходится на низко развитые организмы. Далее будут представлены виды бесполого размножения, которые могут встречаться у разных таксономических групп.

Бинарное деление. Такой тип размножения характерен для большинства представителей прокариот и простейших. Клетка образует поперечную перегородку, которая делит ее пополам, тем самым образуя две дочерние клетки.
Шизогония. Этот способ можно считать улучшенной версией бинарного деления, когда из одной клетки развивается сразу несколько дочерних. Сначала делится ядро, а затем - сама клетка. Такой тип размножения можно наблюдать в жизненном цикле споровиков (например, а также некоторых водорослей.
Почкование. Несмотря на простоту бинарного деления и шизогонии, не для всех организмов эти способы размножения могут быть эффективны. Для таких примитивных многоклеточных животных, как Кишечнополостные, характерно почкование - образование нового организма в виде выроста, который сначала соединен с родительской особью, а затем отрывается. Если такая «почка» не отсоединяется, образуются колонии из нескольких организмов. Почкование также характерно для дрожжей.
тип размножения основан на способности организма к регенерации. Он характерен для планарий, немертин, губок, некоторых нитчатых водорослей. При механическом повреждении родительская особь может разделяться на несколько частей, каждая из которых дает начало новому организму.
Споруляция, или спорообразование. Самый прогрессивный тип бесполого размножения, поскольку при происходит обмен генетической информацией. В итоге генотип потомков несколько отличается от такового у родительской особи. Спорообразование можно наблюдать у грибов, водорослей, хвощей, папоротников, плаунов, мхов.

В чем заключается биологическое значение бесполого размножения растений?

Царство Растения условно делится на споровые и семенные. К первым относятся мхи, а ко вторым - голосеменные и покрытосеменные. Бесполое размножение споровых растений заключается преимущественно в образовании спор. У голосеменных и покрытосеменных спорообразование осталось как промежуточный этап в появлении гамет (микроспоры и мегаспоры). Воспроизводство с помощью органов тела - вот в чем заключается биологическое значение бесполого размножения у растений.

Характерно только для высокоразвитых представителей флоры, и оно же является единственным типом бесполого размножения. У споровых подобный способ встречается крайне редко. Вот, собственно, еще один аспект, в чем заключается биологическое значение бесполого размножения у растений.

Каким образом осуществляется репродукция особей вегетативно?

Видоизменения стебля. Сюда относят луковицы, клубнелуковицы, корневища, столоны, клубни, усы. На таких органах растения образуются зачаточные почки, из которых вырастают новые побеги. Этот способ размножения можно встретить у тюльпана, нарцисса, лука, ежевики, ириса, земляники, картофеля и т. д.
Корневые клубни (корнеклубни). Эти органы представляют собой придаточные корни, в которых запасаются питательные вещества. Корнеклубнями размножаются фиалка, топинамбур, георгина.
Черенками. Черенок - это любая часть стебля, которая содержит хотя бы один узел с придаточными почками. Иногда для размножения хватает просто листа без стебля. Примеры растений: бегония, фуксия, драцена и т. д.

Биологическая роль бесполого размножения растений

Процесс образования гамет зависит от множества факторов. Зачастую бесполое размножение может быть эффективнее, ведь его можно осуществить без участия гамет. Для споровых растений это и вовсе является главной составляющей жизненного цикла. Для семенных - это вегетативное размножение, при котором можно легко увеличить численность особей.

В чем заключается биологическое значение бесполого размножения? Это не только быстрота, но и легкость в осуществлении процесса. Если для полового размножения необходимы оптимальные условия среды, зрелость самого растения, то бесполое может наблюдаться практически в любое время жизни особи.

Однако вегетативное размножение обладает своими недостатками. Например, при таком типе репродукции не происходит обмен генетической информацией. Это значит, что растение не приспосабливается в ряду поколений к новым условиям среды, и это может привести к потере популяции полученных клонов.

Применение бесполого размножения растений человеком

Процесс репродукции активно используется в хозяйственной деятельности. позволяет засеивать огромные участки земли картофелем, луком, свеклой, морковью, земляникой, клубникой и т. д.

Также вегетативное размножение дает возможность увеличивать количество ценных кормовых, овощных, декоративных культур, усиливать стойкость растения к неблагоприятным условиям среды с помощью прививок.

Половое размножение существует на Земле уже более 3 млрд. лет

Половое размножение - процесс у большинства эукариот, связанный с развитием новых организмов из половых клеток (у одноклеточных эукариот при конъюгации функции половых клеток выполняют половые ядра).

Формы ПР

Одноклеточные:

- копуляция - слиянии двух особей в одну, объединении и рекомбинации наследственного материала. Далее такая особь размножается делением.

- коньюгация - во временном соединении двух особей с целью обмена (рекомбинации) наследственным материалом. В результате появляются особи, генетически отличные от родительских организмов. В дальнейшем они осуществляют бесполое размножение. Поскольку количество инфузорий после конъюгации остается неизменным, говорить о размножении в прямом смысле нет оснований

Схема конъюгации у инфузорий: 1 - микронуклеус (ми) и макронуклеус (ма); 2 - первое деление микронуклеусов, видны 4 хромосомы в каждом; 3 - второе деление, при котором число хромосом редуцируется до 2; 4 - по 3 из образовавшихся микронуклеусов уплотняются и гибнут; 5 - третье деление микронуклеуса; 6 и 7 - обмен ядрами (♂ - подвижное ядро, ♀ - остающееся в клетке ядро; при их слиянии восстанавливается двойной набор хромосом); 8 - 10 - образование нового макронуклеуса за счёт деления микронуклеуса.

Многоклеточные:

С оплодотворением

При наружном типе оплодотворение происходит в воде, и развитие зародыша также происходит в водной среде (ланцетник, рыбы, земноводные).

При внутреннем типе оплодотворение происходит в половых путях самки, а развитие зародыша может происходить или во внешней среде (рептилии, птицы), или внутри организма матери в особом органе – матке (плацентарные млекопитающие, человек).

Без оплодотворения

Партеногенез - так называемое «девственное размножение», одна из форм полового размножения организмов, при которой женские половые клетки (яйцеклетки) развиваются во взрослый организм без оплодотворения. Хотя партеногенетическое размножение не предусматривает слияния мужских и женских гамет, партеногенез все равно считается половым размножением, так как организм развивается из половой клетки. Считается, что партеногенез возник в процессе эволюции у раздельнополых форм.

Андрогене́з - развитие яйцеклетки с мужским ядром, привнесённым в неё спермием в процессе оплодотворения.

Андрогенез наблюдается у отдельных видов животных (шелкопряд) и растений (табак, кукуруза) в тех случаях, когда материнское ядро погибает до оплодотворения, которое при этом является ложным, то есть женское и мужское ядра не сливаются (Псевдогамия) и в дроблении участвует только мужское ядро.

Гиногенез - частный случай партеногенеза, особая форма полового размножения, при которой после проникновения спермия в яйцеклетку их ядра не сливаются, и в последующем развитии участвует только ядро яйцеклетки, либо не происходит оплодотворения. При этом нет объединения наследственного материала родителей посредством слияния ядер их половых клеток (пчелы, муравьи)

Биологическое значение

Оно обеспечивает значительное генетическое разнообразие

Фенотипическую изменчивость потомства.

Большие эволюционные и экологические (расселение в разные среды) возможности

Объединение в наследственном материале потомка генетической информации из двух разных источников – родителей.

Возникающие организмы могут сочетать полезные признаки отца и матери.

Такие организмы более жизнеспособны

Министерство общего и профессионального образования Свердловской области
ГБОУ СПО СО
«ЕКАТЕРИНБУРГСКИЙ КОЛЛЕДЖ ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА»

Реферат
По дисциплине: Биология
Тема: «Половое размножение и его биологическое значение

Специальность 270802 «строительство и эксплуатация городских зданий и сооружений»

Выполнил Урванов Н.Н
Студент гр. ПГС-11
Проверила Сосновских О.М

Содержание 2
Введение 3
1. Типы размножения 4
1.1 Бесполое размножение 5
1.2 Половое размножение 7
2. Индивидуальное развитие организмов 11
2.1 Эмбриональный период развития 12
2.2 Постэмбриональный период развития 15
2.3 Общие закономерности развития. Биогенетический закон 17
3. Биологическое значение полового размножения 19
Заключение 21
Список литературы 22
Приложения 23

Введение
Способность размножаться, т.е. производить новое поколение особей того же вида, - одна из основных особенностей живых организмов. В процессе размножения происходит передача генетического материала от родительского поколения следующему поколению, что обеспечивает воспроизведение признаков не только данного вида, но конкретных родительских особей. Для вида смысл размножения состоит в замещении тех его представителей, которые гибнут, что обеспечивает непрерывность существования вида; кроме того, при подходящих условиях размножение позволяет увеличить общую численность вида.
Каждая новая особь, прежде чем достигнуть стадии, на которой она будет способна к размножению, должна пройти ряд стадий роста и развития. Некоторые особи погибают, не достигнув репродуктивной стадии (или половозрелости) в результате уничтожения хищниками, болезней и разного рода случайных событий; поэтому вид может сохраниться лишь при условии, что каждое поколение будет производить больше потомков, чем было родительских особей, принимавших участие в размножении. Численность популяций колеблется в зависимости от баланса между размножением и вымиранием особей. Существует ряд различных стратегий размножения, каждая из которых имеет определенные преимущества и недостатки; все они будут описаны в этом реферате.

Типы размножения
Известны различные формы размножения, но все они могут быть объединены в два типа: половое и бесполое.
Половым размножением называют смену поколений и развитие организмов из специализированных – половых – клеток, образуются в половых железах. При этом новый организм развивается в результате слияния двух половых клеток, образованных разными родителями. Однако у беспозвоночных животных нередко сперматозоиды и яйцеклетки формируются в теле одного организма. Такое явление - обоеполость - называют гермафродитизмом. Цветковые растения также бывают обоеполыми. У большинства видов покрытосеменных (цветковых) растений обоеполый цветок включает и тычинки, образующие мужские половые клетки - спермин, и пестики, содержащие яйцеклетки. Примерно у четвертой части видов мужскиe (тычиночные) и женские (пестичные) цветки развиваются независимо, т.е. у них цветки однополые. Примером может служить конопля. У некоторых растений - кукурузы, березы - и мужские и женские цветки возникают на одной особи.
У некоторых видов животных и растений наблюдается развитие
неоплодотворенной яйцеклетки. Такое размножение называют девственным или партеногенетическим.
Бесполое размножение характеризуется тем, что новая особь развивается из неполовых, соматических (телесных) клеток.

Бесполое размножение
При бесполом размножении новый организм может возникнуть из одной клетки или из нескольких неполовых (соматических) клеток материнской особи. В бесполом размножении участвует только одна родительская особь. Поскольку клетки, дающие начало дочерним организмам, возникают в результате митоза, то все потомки окажутся сходными по наследственным признакам с материнской особью.

Рис. 1. Размножение эвглены зеленой

Многие простейшие (амебы, эвглена зеленая и др.), одноклеточные водоросли (хламидомонада) размножаются путем митотического деления клетки (рис. 1). Другим одноклеточным - некоторым низшим грибам, водорослям (хлорелла), животным, например возбудителю малярии - малярийному плазмодию, свойственно спорообразование. При этом клетка распадается на большое число особей, равное количеству ядер, заранее образованных в родительской клетке в результате многократного деления ее ядра. Многоклеточные организмы также способны к спорообразованию: это мхи, высшие грибы, многоклеточные водоросли, папоротникообразные и некоторые другие.
Как у одноклеточных, так и у многоклеточных организмов способом бесполого размножения служит также почкование. Например, у дрожжевых грибов и некоторых инфузорий (сосущие инфузории) при почковании на материнской клетке первоначально образуется небольшой бугорок, содержащий ядро, - почка. Она растет, достигает размеров, близких к размерам материнского организма, и затем отделяется, переходя к самостоятельному существованию. У многоклеточных (пресноводная гидра) почка состоит из группы клеток обоих слоев стенки тела. Почка растет, удлиняется, на переднем ее конце появляется ротовое отверстие, окруженное щупальцами. Почкование завершается образованием маленькой гидры, которая затем отделяется от материнского организма.
У многоклеточных животных бесполое размножение осуществляется таким же путем (медузы, кольчатые черви, плоские черви, иглокожие). Из каждой такой части развивается полноценная особь.
У растений широко распространено вегетативное размножение, т.е. частями тела - черенками, усами, клубнями. Так, картофель размножается видоизмененными подземными частями стебля - клубнями. У жасмина, ивы легко укореняются побеги - черенки. С помощью черенков размножают виноград, смородину, крыжовник.
Длинные ползучие стебли земляники - усы - образуют почки, которые, укореняясь, дают начало новому растению. Немногие растения, например бегония, могут размножаться листовыми черенками (листовая пластинка и черешок). На нижней стороне листа, в местах разветвления крупных жилок, возникают корни, на верхней – почки, а затем побеги.
Для вегетативного размножения используют также корень. В садоводстве с помощью черенков из боковых корней размножают малину, вишню, сливу, розу. С помощью корневых клубней размножаются георгины. Видоизменение подземной части стебля - корневище - также образует новые растения. Например, осот с помощью корневища может дать более тысячи новых особей на 1 м2 почвы.

Половое размножение
Половое размножение имеет очень большие эволюционные преимущества по сравнению с бесполым. Это обусловлено тем, что генотип потомков возникает путем объединения генов, принадлежащих обоим родителям. В результате повышаются возможности организмов в приспособлении к условиям окружающей среды. Так как новые комбинации осуществляются в каждом поколении, то приспособленными к новым условиям существования может оказаться гораздо большее количество особей, чем при бесполом размножении. Появление новых комбинаций генов обеспечивает более успешное и быстрое приспособление вида к меняющимся условиям обитания.
Таким образом, сущность полового размножения заключается в объединении в наследственном материале потомка генетической информации из двух разных источников - родителей.
В половых железах развиваются половые клетки: мужские - сперматозоиды, женские - яйцеклетки (или яйца). В первом случае их развитие называют сперматогенезом, во втором - овогенезом (от лат. ово - яйцо).
В процессе образования половых клеток выделяют ряд стадий. Первая стадия - период размножения, в котором первичные половые клетки делятся путем митоза, в результате чего увеличивается их количество.
Вторая стадия - период роста. У незрелых мужских гамет он выражен не резко. Их размеры увеличиваются незначительно. Напротив, будущие яйцеклетки - овоциты - увеличиваются в размерах иногда в сотни, а чаще в тысячи и даже миллионы раз. Рост овоцитов осуществляется за счет веществ, образуемых другими клетками организма. Так, у рыб, амфибий и в большей степени у рептилий и птиц основную массу яйца составляет желток. Он синтезируется в печени, в особой растворимой форме переносится кровью в яичник, проникает в растущие овоциты и откладывается там в виде желточных пластинок. Кроме того, в самой будущей половой клетке синтезируются многочисленные белки и большое количество разнообразных РНК: транспортных, рибосомных и информационных. Желток - совокупность питательных веществ (жиров, белков, углеводов, витаминов и др.), необходимых для питания развивающегося зародыша, а РНК обеспечивает синтез белков на ранней стадии развития, когда собственная бедственная информация еще не используется.
Следующая стадия - период созревания, или мейоз, - представлена на рисунке 2. Клетки, вступающие в период созревания, содержит диплоидный набор хромосом и уже удвоенное количество ДНК.

Рис. 2. Созревание половых клеток (мейоз)

Сущность мейоза состоит в том, что каждая половая клетка получает одинарный, гаплоидный, набор хромосом. Однако вместе с тем мейоз - это стадия, во время которой создаются новые комбинации генов путем сочетания разных материнских и отцовских хромосом, рекомбинирование наследственных задатков возникает, кроме того в результате кроссинговера - обмена участками между гомологичными хромосомами в процессе мейоза.
Мейоз включает два последовательных деления. Как и в митозе, в каждом мейотическом делении выделяют четыре стадии: профазу, метафазу, анафазу и телофазу.
Первое (I) мейотическое деление. Профаза I начинается спирализацией хромосом. Как вы помните, каждая хромосома состоит из двух хроматид, соединенных в области центромеры. Затем гомологические хромосомы сближаются, каждая точка каждой хроматиды одной хромосомы совмещается с соответствующей точкой хроматиды другой, гомологичной хромосомы. Этот процесс точного и тесного сближения гомологичных хромосом в мейозе называют конъюгацией. В дальнейшем между такими хромосомами может произойти кроссинговер - обмен одинаковыми, или гомологичными, т. е. содержащими одни и те же гены, участками. К концу профазы между гомологичными хромосомами возникают силы отталкивания. Вначале они проявляются в области центромер, а затем в других участках.
В метафазе I спирализация хромосом максимальна. Конъюгированные хромосомы располагаются по экватору, причем центромеры гомологичных хромосом обращены к разным полюсам клетки. К ним прикрепляются нити веретена деления.
В анафазе I плечи гомологичных хромосом окончательно разделяются, и хромосомы расходятся к различным полюсам. Следовательно, из каждой пары гомологичных хромосом в дочернюю клетку попадает только одна. Число хромосом уменьшается в два раза, хромосомный набор становится гаплоидным. Однако каждая хромосома состоит из двух хроматид, т. е. по-прежнему содержит удвоенное количество ДНК.
В телофазе I на непродолжительное время образуется ядерная оболочка. Во время интерфазы между первым и вторым делениями мейоза редупликации ДНК не происходит. Клетки, образовавшиеся в результате первого деления созревания, различаются по составу отцовских и материнских хромосом и, следовательно, по набору генов.
Например, все клетки человека, в том числе первичные половые клетки, содержат 46 хромосом. Из них 23 получены от отца и 23 - от матери. При образовании половых клеток после первого мейотического деления в сперматоциты и овоциты также попадает по 23 хромосомы. Однако вследствие случайности расхождения отцовских и материнских хромосом в анафазе I образующиеся клетки получают самые разнообразные комбинации родительских хромосом. Например, в одной из них может оказаться 3 отцовских и 20 материнских хромосом, в другой - 10 отцовских и 13 материнских, в третьей - 20 отцовских и 3 материнских и т. д. Число возможных комбинаций очень велико. Если учесть еще обмен гомологичными участками хромосом в профазе первого деления мейоза, то вполне очевидно, что каждая образующаяся половая клетка генетически уникальна, так как несет свой неповторимый набор генов.
Следовательно, мейоз - основа комбинативной генотипической изменчивости.
Второе (II) мейотическое деление. Второе деление мейоза в общем протекает так же, как обычное митотическое деление, с той лишь разницей, что делящаяся клетка гаплоидна. В анафазе II центромеры, соединяющие сестринские хроматиды в каждой хромосоме, делятся, и хроматиды, как и в митозе, с этого момента становятся самостоятельными хромосомами. С завершением телофазы II заканчивается и весь процесс мейоза: из исходной первичной половой клетки образовались четыре гаплоидные клетки.
У особей мужского пола все они преобразуются в гаметы - сперматозоиды. У особей женского пола вследствие неравномерного мейоза лишь из одной клетки получается жизнеспособное яйцо. Три другие дочерние клетки гораздо мельче, они превращаются в так называемые направительные, или редукционные, тельца, вскоре погибающие. Образование только одной яйцеклетки и гибель трех генетически полноценных направительных телец с биологической точки зрения обусловлено необходимостью сохранения в одной клетке всех запасных питательных веществ, которые понадобятся для развития будущего зародыша.
Период формирования состоит в приобретении клетками определенной формы и размеров, соответствующих их функции.
Женские половые клетки в процессе созревания покрываются оболочками и готовы к оплодотворению непосредственно после завершения мейоза. Во многих случаях, например у пресмыкающихся, птиц и млекопитающих, за счет деятельности клеток, окружающих яйцеклетку, вокруг нее возникает ряд дополнительных оболочек. Их функция заключается в защите яйцеклетки и развивающегося зародыша от внешних неблагоприятных воздействий. Сперматозоиды могут иметь различные размеры и форму.
Функция сперматозоидов состоит в доставке в яйцеклетку генетической информации и стимуляции ее развития. Сформированный сперматозоид содержит митохондрии, аппарат Гольджи, выделяющий ферменты, растворяющие мембрану яйца при оплодотворении, т. е. при слиянии сперматозоида и яйцеклетки. Возникающая при этом диплоидная клетка носит название зиготы.

Индивидуальное развитие организмов
Индивидуальным развитием, или онтогенезом, называют весь период жизни особи - с момента слияния сперматозоида с яйцом и образования зиготы до гибели организма. Онтогенез делится на два периода: 1) эмбриональный - от образования зиготы до рождения или выхода из яйцевых оболочек; 2) постэмбриональный - от выхода из яйцевых оболочек или рождения до смерти организма.
Наука, изучающая закономерности индивидуального развития организмов на стадии зародыша, называется эмбриологией (от греч. эмбрион - зародыш).

Эмбриональный период развития
У большинства многоклеточных животных, независимо от сложности их организации, стадии эмбрионального развития, которые проходит зародыш, едины. В эмбриональном периоде выделяют три основных этапа: дробление, гаструляцию и первичный органогенез.
Дробление. Развитие организма начинается со стадии одной клетки. Оплодотворенное яйцо - это клетка и одновременно уже организм на самой ранней стадии его развития. В результате многократных делений одноклеточный организм превращается в многоклеточный. Возникшее при оплодотворении путем слияния сперматозоида и яйцеклетки диплоидное ядро через несколько минут начинает делиться, вместе с ним делится и цитоплазма. Образующиеся клетки с каждым делением уменьшаются в размерах, поэтому процесс деления носит название дробления. В период дробления накапливается клеточный материал для дальнейшего развития. Завершается дробление образованием многоклеточного зародыша - бластулы. Бластула имеет полость, наполненную жидкостью, так называемую первичную полость тела.
В тех случаях, когда в цитоплазме яйцеклетки желтка мало (как у ланцетника) или относительно немного (как у лягушки), дробление бывает полным, т. е. яйцеклетка делится целиком.
Иначе протекает период дробления у птиц. Свободная от желтка цитоплазма составляет всего 1% от общего объема яйцеклетки курицы; вся остальная цитоплазма яйцеклетки, а следовательно и зигота, заполнена массивом желтка. Если присмотреться к куриному яйцу, на одном из его полюсов непосредственно на желтке можно увидеть маленькое пятнышко - бластулу, или зародышевый диск, образовавшийся в результате дробления свободного от желтка участка цитоплазмы, содержащего ядро. В таких случаях дробление называют неполным. Неполное дробление свойственно и некоторым рыбам и рептилиям.
Во всех случаях - и у ланцетника, и у амфибий, и у птиц, а также у других животных - общий объем клеток на стадии бластулы не превышает объема зиготы. Другими словами, митотическое деление зиготы не сопровождается ростом образовавшихся дочерних клеток до объема материнской, и размеры их в результате ряда последовательных делений прогрессивно уменьшаются. Эта особенность митотического деления клеток в ходе дробления наблюдается при развитии оплодотворенных яиц у всех животных.
Некоторые другие черты дробления также свойственны различным видам животных. Например, все клетки в бластуле имеют диплоидный набор хромосом, одинаковы по строению и отличаются друг от друга главным образом количеством содержащегося в них желтка. Такие клетки, лишенные признаков специализации для выполнения определенных функций, называют неспециализированными (или недифференцированными) клетками. Другая особенность дробления - чрезвычайно короткий митотический цикл бластомеров по сравнению с клетками взрослого организма. Во время очень короткой интерфазы происходит только удвоение ДНК.
Гаструляция. Бластула, как правило, состоящая из большого числа бластомеров (например, у ланцетника из 3000 клеток), в процессе развития переходит в новую стадию, которую называют гаструлой (от греч. гастер - желудок). Зародыш на этой стадии состоит из отчетливо различимых пластов клеток - так называемых зародышевых листков: наружного, или эктодермы (от греч. эктос - находящийся снаружи), и внутреннего, или энтодермы (от греч. энтос - находящийся внутри). Совокупность процессов, приводящих к образованию гаструлы, называют гаструляцией.
У ланцетника гаструляция осуществляется путем впячивания одного из полюсов бластулы внутрь, по направлению к другому, у других животных - либо путем расслоения стенки бластулы, либо путем обрастания массивного вегетативного полюса мелкими клетками анимального полюса.
У многоклеточных животных, кроме кишечнополостных, параллельно с гаструляцией или, как у ланцетника, вслед за ней возникает и третий зародышевый листок - мезодерма (от греч. мезос - находящийся посередине), которая представляет собой совокупность клеточных элементов, расположенных между экто- и энтодермой в первичной полости тела - бластоцеле. С появлением мезодермы зародыш становится трехслойным.
Таким образом, сущность процесса гаструляции заключается перемещении клеточных масс. Клетки зародыша практически делятся и не растут. Однако на этой стадии начинается использование генетической информации клеток зародыша, появляются первые признаки дифференцировки.
Дифференцировка, или дифференцирование, - это процесс ее возникновения и нарастания структурных и функциональных различий между отдельными клетками и частями зародыша. С морфологической точки зрения дифференцирование выражается в том, что образуются несколько сотен типов клеток специфического строения, отличающихся друг от друга. Из неспециализированных клеток бластулы постепенно возникают клетки эпителия кожи, эпителия кишечника, легких, появляются нервные, мышечные клетки и т.д. С биохимической точки зрения специализация клеток заключается в способности синтезировать определенные белки, свойственные только данному типу клеток. Лимфоциты синтезируют защитные белки - антитела, мышечные клетки - сократительный белок миозин. Каждый тип клеток образует «свои», свойственные только ему белки. Биохимическая специализация клеток обеспечивается избирательной - дифференциальной активностью генов, т. е. в клетках разных зародышевых листков - зачатков определенных органов и систем - начинают функционировать разные группы генов.
У разных видов животных одни и те же зародышевые листки дают начало одним и тем же органам и тканям. Это значит, что они гомологичны. Так, из клеток наружного зародышевого листка - эктодермы - у членистоногих, хордовых, в том числе у рыб, амфибий, рептилий, птиц и млекопитающих, формируются кожные покровы и их производные, а также нервная система и органы чувств. Гомология зародышевых листков подавляющего большинства животных - одно из доказательств единства животного мира.
Органогенез. После завершения гаструляции у зародыша образуется комплекс осевых органов: нервная трубка, хорда, кишечная трубка. У ланцетника осевые органы формируются следующим образом: эктодерма на спинной стороне зародыша прогибается по средней линии, превращаясь в желобок, а эктодерма, расположенная справа и слева от него, начинает нарастать на его края. Желобок - зачаток нервной системы - погружается под эктодерму, и края его смыкаются. Образуется нервная трубка. Вся остальная эктодерма - зачаток кожного эпителия.
Спинная часть энтодермы, располагающаяся непосредственно под нервным зачатком, обособляется от остальной энтодермы и сворачивается в плотный тяж - хорду. Из оставшейся части энтодермы развиваются мезодерма и эпителий кишечника. Дальнейшая дифференцировка клеток зародыша приводит к возникновению многочисленных производных зародышевых листков - органов и тканей. В процессе специализации клеток, входящих в состав зародышевых листков, из эктодермы образуются нервная система, органы чувств, эпителий кожи, эмаль зубов; из энтодермы - эпителий кишки, пищеварительные железы - печень и поджелудочная железа, эпителий жабр и легких; из мезодермы - мышечная ткань, соединительная ткань, в том числе рыхлая соединительная ткань, хрящевая и костная ткани, кровь и лимфа, а также кровеносная система, почки, половые железы.

Общие закономерности развития. Биогенетический закон
Все многоклеточные организмы развиваются из оплодотворенного яйца. Развитие зародышей у животных, относящихся к одному типу, во многом сходно. У всех хордовых животных в эмбриональном периоде закладывается осевой скелет - хорда, возникает нервная трубка, в переднем отделе глотки образуются жаберные щели. План строения хордовых животных также одинаков. На ранних стадиях развития зародыши позвоночных очень похожи (рис. 3). Эти факты подтверждают справедливость сформулированного К. Бэром закона зародышевого сходства: «Эмбрионы обнаруживают, уже начиная с самых ранних стадий, известное общее сходство в пределах типа». Сходство зародышей разных систематических групп свидетельствует об общности их происхождения. В дальнейшем в строении зародышей проявляются признаки класса, рода, вида и, наконец, признаки, характерные для данной особи. Расхождение признаков зародышей в процессе развития называется эмбриональной дивергенцией и отражает эволюцию той или иной систематической группы животных, историю развития данного вида.

Рис. 3. Зародышевое сходство у позвоночных: 1 – однопроходные (ехидна), 2 – сумчатые (кенгуру), 3 – парнокопытные (олень), 4 – хищные (кошка), 5 – приматы (мартышка), 6 – человек
Большое сходство зародышей на ранних стадиях развития и по
явление различий на более поздних стадиях имеют свое объяснение.
Организм подвержен изменчивости на протяжении всего развития.
Мутационный процесс затрагивает гены, обусловливающие особенности строения и обмена веществ у самых молодых эмбрионов. Но возникающие у них структуры (древние признаки, свойственные далеким предкам) играют весьма важную роль в процессах дальнейшего развития. Как указывалось, зачаток хорды индуцирует образование нервной трубки, а его утрата приводит к прекращению развития. Поэтому изменения на ранних стадиях обычно приводят к недоразвитию и гибели особи. Напротив, изменения на поздних стадиях, затрагивая менее значительные признаки, могут быть благоприятны для организма и в таких случаях подхватываются естественным отбором.
Появление в эмбриональном периоде развития современных животных признаков, свойственных их далеким предкам, отражает эволюционные преобразования в строении органов.
В своем развитии организм проходит одноклеточную стадию (стадия зиготы), что може
и т.д.................