Підручник з Біології і екології. 10 клас. Шаламов - Нова програма

Репродукція та розвиток організмів

§ 39. Розмноження

Здатність до розмноження — характерна властивість організмів

Світ, що нас оточує, населений величезною кількістю різноманітних організмів. Якісь із них живуть лише кілька днів, вік інших може сягати сотень і навіть тисяч років. Але усе живе гине з часом, утім життя продовжує існувати завдяки народженню нових організмів. Здатність до розмноження — створення нащадків, що успадковують генетичний матеріал батьків — є характерною властивістю організмів. У процесі розмноження виникає нове покоління живих істот. При цьому розмноження виконує наступні функції:

1. Підтримання і збільшення чисельності популяції. Організми в популяції постійно гинуть від старості, хвороб і поїдання хижаками. Нові організми дають змогу підтримувати баланс чисельності популяції. Понад те, популяція, чисельність якої зростає, з часом починає освоювати нові місця мешкання, розширюючи свій ареал.

2. У результаті статевого розмноження утворюються нащадки з новими комбінаціями алелів. Як наслідок — генетична структура популяції змінюється від покоління до покоління, це робить популяцію більш гнучкою і дозволяє адаптуватися до умов середовища, що змінюються.

Організми розвинули багато способів розмноження. Бактерії, що діляться з утворенням двох дочірніх клітин, гриби, що розсіюють спори, польові квіти, що запилюються бджолами, птахи, що відкладають яйця, — це лише деякі приклади. Ви прекрасно знаєте, що багато кімнатних рослин можна виростити не тільки з насінин, але й з листків, посаджених у ґрунт. У цьому параграфі ми стисло розглянемо класифікацію типів розмноження, що існують у живій природі.

Зазвичай говорять про два типи розмноження — статеве і нестатеве. Варто зазначити, що така класифікація зумовлює низку запитань: куди віднести вегетативне розмноження — до нестатевого чи до окремого типу? Тварини, які розмножуються частинами тіла (до прикладу, гідра), розмножуються вегетативно чи вегетативно можуть розмножуватися лише рослини? Амеба ділиться навпіл нестатевим шляхом чи вегетативним? Усі ці запитання свідчать наскільки недосконалі будь-які класифікації способів розмноження. Ми намагатимемося зосередитися на суті процесів, при цьому не вводячи жорстких класифікацій.

Вегетативне розмноження дає змогу виростити новий організм із частини материнського

Мабуть, вам відома кімнатна рослина товстянка (рис. 39.1, А). Цю рослину доволі легко розмножити, відламавши від неї гілочку (чи навіть листочок) і помістивши у склянку з водою. Через якийсь час на цій гілочці почнуть формуватися корені, відтак гілку можна буде перенести у ґрунт і отримати повноцінну дорослу рослину. Такий тип розмноження, коли дочірній організм можна виростити зі шматочка батьківського тіла, має назву вегетативне розмноження.

Рис. 39.1. Вегетативне розмноження

Такі кімнатні рослини як товстянка (А) і бріофіллум (Б) легко розмножувати вегетативно. Багато тварин, таких як гідра (В) і планарія (Г), також можуть розмножуватися частинами тіла. Зоологи іноді вважають такий тип розмноження нестатевим.

Вегетативне розмноження доволі поширене у світі рослин. Близький родич товстянки — бріофіллум (відомий також як каланхое) (рис. 39.1, Б) — безпосередньо на листках має виводкові бруньки — маленькі пагони, які легко відокремлюються від материнської рослини. І потрапивши в ґрунт, укорінюються, перетворюючись на самостійні рослини. Вегетативне розмноження трапляється і у тваринному світі. Так, прісноводна кишковопорожнинна тварина гідра утворює бруньки на поверхні тіла, які пізніше відокремлюються та перетворюються на нові особини (рис. 39.1, В). У багатьох тварин вегетативне розмноження пов’язано з регенерацією. Відомо, що плоский черв планарія здатен за несприятливих умов розпадатися на кілька частин, із кожної з яких відновлюється повноцінна планарія (рис. 39.1, Г) (див. також § 9).

Варто зазначити, що одноклітинні організми зазвичай розмножуються шляхом поділу материнської клітини на дві дочірні. Оскільки це фактично поділ «тіла», то цей тип розмноження можна розглядати і як вегетативний1.

1 Хоча є достатньо причин, аби віднести поділ клітин одноклітинних організмів до класичного нестатевого розмноження.

Статеве розмноження — спосіб збільшення генетичного різноманіття

У випадку вегетативного розмноження утворюються нащадки, що генетично ідентичні батьківській особині. Таке розмноження дозволяє швидко збільшити чисельність популяції, але не створює генетичного різноманіття. Як нам відомо, у прокаріотів, а також у деяких еукаріотів розмноження жодним чином не пов’язане зі зміною генетичного матеріалу: це зовсім різні процеси, і формування нових комбінацій генів відбувається шляхом горизонтального переносу. У більшості еукаріотів рівень горизонтального переносу надзвичайно низький, тому в них виник особливий шлях формування генетичного різноманіття — статеве розмноження. Статеве розмноження передбачає наявність спеціалізованих клітин — гамет, які можуть зливатися одна з одною, поєднуючи свої геноми у процесі формування зиготи. Такий процес має назву запліднення. Як ми вже знаємо, зигота здебільшого має диплоїдний (подвійний) набір хромосом, а гамети — гаплоїдний (одинарний). Перехід від диплоїдного набору хромосом до гаплоїдного здійснюється у процесі специфічного клітинного поділу — мейозу. Час, за який відбуваються мейоз і запліднення в життєвому циклі, може сильно варіювати. На рисунку 39.2 зображено ці процеси в життєвому циклі людини.

Рис. 39.2. Життєвий цикл людини

Статеве розмноження веде до утворення нових комбінацій алелів за рахунок процесів, що були розглянуті у попередньому розділі: мейотичної рекомбінації, випадкового розходження хромосом під час утворення гамет і випадкового об’єднання гамет партнерів. Однак, розглянутий нами спосіб статевого розмноження потребує участі двох партнерів, що знижує удвічі кількість нащадків у розрахунку на один батьківський організм. Тому деякі види, щоб подолати це обмеження, мають одночасно і чоловічу, і жіночу статеві системи. Такі організми називають гермафродитами (рис. 39.3). При цьому в більшості випадків вони спарюються один з одним, почергово беручи участь то як самиця, то як самець. Також не варто забувати, що більшість квіткових рослин — двостатеві, й несуть як чоловічі, так і жіночі структури, а у процесі запилення пилок переноситься з тичинок однієї квітки на маточку іншої та навпаки.

Рис. 39.3. Гермафродити

Дощові черв’яки (А) і слимаки (Б) мають органи жіночої і чоловічої статевої систем. Такі організми називають гермафродитами. При спарюванні вони почергово відіграють чоловічу й жіночу ролі. В. У більшості рослин квітки є двостатевими. Вони містять і маточки (жіноча частина квітки), і тичинки (чоловіча частина квітки).

Утім існують способи статевого розмноження, коли запліднення не відбувається, хоча й утворюються гамети. Такий різновид статевого розмноження має назву партеногенез1. Найпоширеніший випадок партеногенезу розвиток нащадків із незаплідненої яйцеклітини. При цьому гаплоїдна яйцеклітина відновлює свій диплоїдний набір хромосом або шляхом реплікації ДНК без поділу клітини, або зливаючись із сестринською клітиною2.

1 Від грец. partenos — незаймана та genesis народження.

Партеногенез доволі поширений у живій природі. Серед тварин він трапляється у скельних ящірок, сріблястого карася, дафній (рис. 39.4, А, Б, В). Популяції організмів, що розмножуються партеногенетично, часто складаються з одних лише самиць. Але в деяких видів у популяції періодично з’являються самці, які беруть участь у роздільностатевому розмноженні, забезпечуючи обмін генами.

Цікава форма партеногенезу спостерігається в перетинчастокрилих комах: бджіл, ос, мурах, їздців. У них із запліднених яєць розвиваються самиці, а з незапліднених — партеногенетичних яйцеклітин — самці.

2 У дафній у процесі партеногенезу яйцеклітини утворюються без мейозу. Такий тип розмноження формально не є статевим, але традиційно його розглядають як різновид статевого розмноження, від якого він походить.

Ще один різновид партеногенезу — андрогенез. Він відбувається, коли сперматозоїд запліднює без’ядерну яйцеклітину. Тоді увесь ядерний геном нащадок успадковує від самця. Андрогенез рідко трапляється у природі: він спостерігається лише в деяких рослин. Штучним шляхом андрогенез вдалося викликати в шовковичного шовкопряда. При цьому з яєць народжуються лише самці. Зараз цей метод широко застосовують на практиці, оскільки самці шовкопряда сплітають щільніші й акуратніші кокони, що важливо для виробництва натурального шовку у промисловості (рис. 39.4, Г).

Нестатеве розмноження відбувається за допомогою спор

Щодо вживання терміна «нестатеве розмноження» часто виникають суперечності. У широкому розумінні під нестатевим розмноженням розуміють будь-який спосіб розмноження без утворення гамет. У такому разі вегетативне розмноження потрапляє у розряд нестатевого. У більш вузькому значенні під нестатевим розмноженням розуміють розмноження, що супроводжується утворенням спеціалізованих клітин — спор — у результаті мейозу. При цьому, на відміну від гамет, спори не беруть участі в заплідненні, а дають початок новому гаплоїдному організму. Таке розмноження характерне для рослин, водоростей, грибів і одноклітинних еукаріотів. Спори можуть бути нерухомими, вкритими товстою оболонкою, чи рухомими із джгутиками — такі спори ще називають зооспори. Здебільшого спори мають міцну оболонку, що дозволяє їм переносити несприятливі умови у процесі поширення.

Рис. 39.4. Партеногенез

А. Дафнії — планктонні рачки, яких багато у прісних озерах. Улітку популяція дафній складається із самиць, що розмножуються партеногенетично. Восени вони утворюють маленьких самців (також із незапліднених яєць). Самці спарюються із самицями, після чого останні відкладають заплідненні яйця, які зимують на дні водойми. Б. Більшість популяцій срібного карася складається з партеногенетичних самиць; самці зустрічаються дуже рідко. Однак ікра карася має бути «активована» молочком коропових риб: сперматозоїди не запліднюють яйцеклітину, але запускають процес ембріонального розвитку. Тому срібні карасі нерестяться разом з іншими короповими рибами. В. Багато скельних ящірок є виключно партеногенетичними самицями. Але у шлюбний сезон вони імітують шлюбну шведі яку і навісь спарювання: при цьому одна із самиць виступає у ролі уявного самця. Г. У шовковичного шовкопряда можна штучно викликати андрогенез. У результаті з яєць народжуються лише самці, що шовк їхніх коконів ціниться більше, ніж шовк коконів самиць.

Життєві запитання — обійти не варто!

Елементарно про життя

• 1. Яка з наведених властивостей НЕ є характерною для статевого розмноження?

А у нащадків виникають нові комбінації алелів

Б нащадки мають генотип відмінний від батьківського

В у статевому розмноженні беруть участь гамети

Г нащадки генетично ідентичні батькам

Д для статевого розмноження потрібно утворення гамет

• 2. Вегетативним розмноженням є

А відкладання ікри рибами

Б розсіювання спор опеньками

В народження людини

Г розмноження малини відводками

Д злиття гамет хламідомонади

• 3. Статеве розмноження

А характерне для всіх еукаріот

Б передбачає утворення зиготи

В характерне для всіх рослин

Г не трапляється у тварин

Д не трапляється в гермафродитів

• 4. Укажіть процес, що зумовлює відмінність генотипу нащадків від генотипу батьків при статевому розмноженні.

А утворення гамет шляхом мітозу

Б утворення гамет шляхом мейозу

В утворення спор шляхом мітозу

Г утворення спор шляхом мейозу

Д реплікація ДНК перед утворенням гамет

• 5. Партеногенез є різновидом

А статевого розмноження

Б нестатевого розмноження

В вегетативного розмноження

Г спороутворення

Д статевого розмноження гермафродитів

• 6. Увідповідніть організм і типи (чи тип) розмноження, що йому характерні.

1. дріжджі

2. суниця лісова

3. папороть щитник чоловічий

4. дафнія

А нестатеве і статеве

Б нестатеве, статеве і вегетативне

В статеве і вегетативне

Г лише нестатеве

Д лише статеве

У житті все просто

• 7. Чому на рисунку 39.2 подвоєні хромосоми мають «посмуговану» будову?

• 8. Зазвичай гермафродити зустрічаються серед організмів нерухомих чи таких, що пересуваються повільно. З чим це може бути пов’язано?

• 9. У дафній партеногенез відбувається без мейозу, а у срібного карася — із мейозом. У кого з них нащадки будуть генетично ідентичні материнській особині? Обґрунтуйте свою відповідь.

У житті не все так просто

• 10. Із якими труднощами зіткнеться вид, усі представники якого є партеногенетичними самками?

Проект для дружної компанії

• 11. Скориставшись додатковою літературою, спробуйте схарактеризувати якомога більше способів вегетативного розмноження рослин. Які з них трапляються у природі, а які розробила людина?