Бесполое и половое размножение. Мейоз. Гаметогенез

Размножение – это способность воспроизводить потомство, одно из основных свойств живых организмов. Благодаря этому свойству сохраняется непрерывность жизни в растительном и животном мире.

В ходе эволюции возникла два типа размножения бесполое и половое. 

При бесполом размножении одна или несколько клеток тела родительской особи делятся. При этом образуется одна или несколько особей, во всем схожих с родительской. Амёба, инфузория туфелька, эвглена зелёная делаться митозом, то есть деление клетки надвое.  

Бесполое размножение у различных живых организмов может происходить по-разному.

У бактерий перед размножением единственная хромосома удваивается.

Образуются две одинаковые молекулы ДНК, каждая из них прикреплена к цитоплазматической мембране.

Между расходящимися к её полюсам хромосомами образуется перегородка – получается две клетки. И в каждой образовавшейся клетке оказывается по одной идентичной молекуле ДНК.

Одна из форм бесполого размножения это вегетативное размножение.

У животных вегетативное размножение осуществляется, либо посредством почкования, либо путём деления участками тела.

Летом при благоприятных условиях гидры размножаются почкованием. Это один из способов вегетативного размножения, при котором дочерние особи формируются из выростов тела материнского организма.

Сначала на теле гидры несколько клеток начинают делиться. Из ткани материнского организма формируется дочерняя особь – маленькая гидра. У нее образуются рот, щупальца, кишечная полость, связанная с кишечной полостью матери.

Если материнская особь поймала пищу, то ее часть поступает в кишечную полость маленькой гидры. Вскоре маленькая гидра отделяется от материнского организма и прикрепляется к субстрату. 

Почкованием размножаются также многие низшие грибы, например, дрожжи. Сначала на клетке образуется утолщение так называемая почка, которое постепенно превращается в полноценную дочернюю клетку.

По мере роста почки между ней и производящей клеткой образуется перетяжка. Затем молодая клетка отделяется от материнской и развивается самостоятельно.

При вегетативном размножении новые организмы образуются из части материнского.

Делением тела на несколько частей, размножается маленький плоский червь планария. При таком способе размножения тело родительской особи может распадаться на несколько частей. Из каждой части развивается новое животное. Для полной регенерации требуется обычно месяц.

У растений вегетативное размножение осуществляется частями растения.

Когда, дочерний организм может возникнуть из части вегетативного органа.

Многолетние водное растение элодея размножается частями растений. Из почек на стеблевом черенке образуются новые побеги и корни. И хотя элодея в Европе размножается только вегетативно. Она за короткий срок способна заполнить всю поверхность водоёма.

Бесполое размножение позволяет виду в благоприятных условиях быстро распространяться. В этом и заключается биологическое значение бесполого размножения.

Вегетативное размножение широко используется и при растениеводстве. Это самый надёжный способ сохранить особенности того или иного сорта.

Если отрезать от фиалки лист и поместить его во влажную почву. То от листа фиалки начнут отрастать маленькие корешки и листочки.

Значит, лист может дать жизнь новому растению.

Так же растения могут размножаться и побегами. Веточка ивы попав во влажную среду может укорениться.

Люди наблюдали как размножается растение в природе и стали также разводить садовое растение. Нижние ветви крыжовника стелятся по земле и от них отрастают корни. Такие стебли называют отводками. Когда хотят вырастить больше кустов ветви специально прижимают к земле.

Еще один необычный способ вегетативного размножения у растений – усами. Такой тип размножения свойственен землянике.

От каждого стеблика земляники растёт длинный стебель – ус. Там, где усы прижимаются к земле они укореняются. От них отрастают маленькие листочки.

Теперь вы узнали, что не только лист, но и стебель может дать жизнь новому растению.

Растения могут так же размножаться и подземными частями. Картофель, например, размножают клубнями. Зацветёт картофель, а под землёй образуются новые клубни.

Так же картофель можно размножать небольшими частями клубней.

Существуют и другие способы вегетативного размножения.

В процессе эволюции у многих растений появилась способность размножаться особыми клетками спорами. Размножение спорами так же относят к бесполому. Спора имеет оболочку, которая защищает генетический материал клетки от воздействия окружающей среды: холода и засухи.

У папоротника споры образуются в спорангиях, расположенных группами на нижней поверхности листа. Спорангии обладают способностью разбрасывать созревшие споры. При благоприятных условиях из спор вырастает маленькое плоское растеньице – заросток. 

Таким образом при всех способах бесполого размножения новая особь образуется oт одного родительского организма.

Бесполое размножение позволяет быстро увеличить численность вида. Но при таком способе размножения все потомки имеют абсолютно такой же генотип, что и родительская особь. Поэтому при бесполом размножении не происходит увеличение генетического разнообразия, которое может оказаться очень полезным при изменении условий существования вида.

По этой причине большинство живых организмов на Земле размножаются половым путём.

Сущность полового размножения заключается в слиянии генетической информации родителей, благодаря чему генетическое разнообразие в потомстве увеличивается.

Давайте посмотрим каким образом происходит деление клеток при половом размножении.

Этот особый вид деления называется мейозом.

При мейозе число хромосом в дочерних клетках уменьшается в два раза. Это необходимо для постоянства числа хромосом в клетках организма при половом размножении.

То есть диплоидный набор хромосом человека равен 46. Новый человеческий организм возникает в момент слияния гамет яйцеклетки и сперматозоида. Для того чтобы в клетках будущего ребёнка так же было по 46 хромосом, необходимо чтобы в гаметах яйцеклетке и сперматозоиде было по гаплоидному набору хромосом, то есть по 23 хромосомы.

Процесс образования гамет называется мейозом.

Мейоз состоит из двух быстроследующих друг за другом клеточных делений. Мейоз I (первое деление) и мейоз II (второе деление). 

Мейоз I и мейоз II делятся на те же фазы что и митоз. На профазу, метафазу, анафазу и телофазу.

Прежде чем вступить в мейоз делящейся клетка проходит через интерфазу.

В ходе эс-фазы ДНК в клетке удваивается благодаря репликации.

Такие удвоенные хромосомы называются сестринскими хроматидами.

В профазу первого деления, гомологичные хромосомы тесно сближаются- коньюгируют. 

Гомологичные хромосомы — это хромосомы, которые содержат один и тот же набор генов и сходны по морфологическому строению.

Сближенные гомологичные хромосомы обмениваются одинаковыми участками. Получается так что ДНК одной гомологичной хромосомы окажется соединённой с ДНК другой гомологичной хромосомы.

Возникают новые сочетания генов и новые комбинации наследственных свойств.

Перекрёст гомологичных хромосом с обменом участками хроматид, называется кроссинговером. 

После кроссинговера уже изменённые хромосомы отталкиваются друг от друга, но располагаются парами близко друг к другу.

Одновременно претерпевают изменения и другие клеточные структуры. Ядерная оболочка и ядрышко исчезает. Формируется два полюса деления клетки. Образуются нити веретена деления.

В метафазе первого деления первого мейоза нити веретена деления прикрепляются к центромерам хромосом, которые образуют пары таким образом, что от каждой центромеры идёт лишь одна нить к одному из полюсов клетки. 

Во время анафазы I гомологичные хромосомы разделяются и расходятся к разным полюсам клетки. Центромеры не делятся и в итоге расходиться половинный набор хромосом. Каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид.

В телофазе первого деления у полюсов собирается одинарный набор хромосом.

Восстанавливается ядерная оболочка и материнская клетка делиться на две гаплоидные клетки.

Второе деление мейоза следует сразу же после первого.

Оно сходно с митозом только клети содержат гаплоидный набор хромосом. И процессы происходят параллельно в двух клетках.

Профаза II непродолжительна.

Центриоли клеточного центра расходиться к полюсам клетки. Из микротрубочек – белковых структур которые являются частью цитоскилета начинает формироваться веретено деления.

В метафазе II второго деления мейоза хромосомы прикрепляются к нитям веретена деления. К каждой центромере прикрепляется по 2 нити. Хромосомы выстраиваются на экваторе.

В анафазе II как и при митозе, происходит разделение центромер. И каждая хроматида становиться самостоятельной хромосомой.

Нити веретена деления перемещают хромосомы к противоположным полюсам клетки.

В телофазе II второго деления мейоза. Завершается расхождение хромосом к полюсам. И начинается деление самих клеток.    

Таким образом в результате двух делений мейоза из одной диплоидной клетки образуется 4 гаплоидных.

И при этом достигается огромное разнообразие гамет у каждого организма.

Следовательно, зрелые половые клетки содержат гаплоидный набор хромосом.

Этим они и отличаются от диплоидных соматических клеток.

Процесс созревания половых клеток ─ гаметогенез

При половом размножении потомство возникает в результате слияния двух гамет.

Гаметы или половые клетки формируются у животных в половых железах. У самцов в семенниках образуются сперматозоиды, а у самок в яичниках яйцеклетки.

Яйцеклетки неподвижны, они обычно крупнее сперматозоидов, так как содержат большие запасы питательных веществ.

Сперматозоиды подвижны. Они состоят из головки, шейки и хвостика. В шейке содержаться митохондрии. В которых образуется АТФ − энергия необходимая для движения. В головке расположено ядро, которое содержит гаплоидный набор хромосом.

Теперь давайте посмотри, как образуются половые клетки.

Процесс образования сперматозоидов называется сперматогенез. Процесс образования яйцеклетки называется оогенез.

Выделяют несколько стадий гаметогенеза.

Первая стадия ─ период размножения.

В первую стадию гаметогенеза первичные половые клетки (сперматогонии и оогонии) делаться митозом.

Сперматогонии превращаются в сперматоциты первого порядка.

А оогоний становится ооцитом первого порядка.

Во второй стадии гаметогенеза – периоде роста клетки увеличиваются в размерах.

Будующие сперматозоиды увеличиваются незначительно, а вот бедующие яйцеклетки увеличиваются в несколько раз.

Затем наступает третья стадия формирования гамет – период созревания.

В этот период проходят одно за другим два мейотических деления.

В результате первого деления из одного сперматоцита первого порядка образуется два сперматоцита второго порядка.

После второго деления из каждого сперматоцита второго порядка возникают две гаплоидные клетки — сперматиды. Таким образом, из одной исходной клетки, вступившей в мейоз, образуются четыре сперматиды.

Они имеют гаплоидный набор хромосом. В стадии формирования сперматиды превращаются в сперматозоиды.

Рассмотрим период созревания при оогенезе.

После цитокинеза мейоза получается одна крупная клетка, содержащая практически всю цитоплазму (ооцит второго порядка), другая — мелкая, состоящая по существу из ядра с минимальным количеством цитоплазмы. Эту клетку называют 1-м редукционным тельцем.

После второго деления мейоза, появляется крупная яйцеклетка, или оотида, и 2-е редукционное тельце. Первое редукционное тельце, как правило, тоже делится. Таким образом, возникают четыре гаплоидные клетки.

В отличие от сперматогенеза, где образующиеся в ходе мейоза клетки равноценны друг другу, при формировании женских половых клеток результатом мейоза является одна готовая к оплодотворению яйцеклетка и три редукционных тельца, которые со временем дегенерируют.

Значит у самца в процессе сперматогенеза из диплоидных спермогониев содержащих двойной набор хромосом 2n (два эн) образуются 4 гаплоидные сперматиды. Из них формируются сперматозоиды, которые также содержат гаплоидный набор хромосом.

У самки в процессе оогенеза, из оогонии (содержащей двойной набор хромосом), образуется ооцит, а затем и гаплоидная яйцеклетка.

Затем половые клетки (гаметы) сперматозоид и яйцеклетка сливаются, образуя зиготу. Которая даст начало новому организму.