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

Тема 4. РЕПРОДУКЦІЯ ТА РОЗВИТОК

Нескінченість скінченого, безсмертя смертного.

Основи системної біології Н. І. Околітенко, Д. М. Гродзинський

§ 53. РЕПРОДУКЦІЯ ЯК МЕХАНІЗМ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ БЕЗПЕРЕРВНОСТІ ІСНУВАННЯ ВИДІВ

Основні поняття й ключові терміни: РОЗМНОЖЕННЯ (РЕПРОДУКЦІЯ). Нестатеве розмноження. Статеве розмноження.

Пригадайте! Що таке розмноження?

Поміркуйте!

Розгляньте ілюстрації та запропонуйте пояснення.

ЗМІСТ

Як забезпечується безперервність існування видів у часі?

РОЗМНОЖЕННЯ, або РЕПРОДУКЦІЯ (від лат. re- — префікс, що означає зворотну або повторну дію, і produco — створюю), — відтворення собі подібних, що є основою безперервності існування виду. Здатність розмножуватись притаманна всім живим організмам, і реалізується ця універсальна властивість живого на кожному з рівнів організації.

На молекулярному рівні спадкова інформація відтворюється завдяки процесу репродукції ДНК, що називається реплікацією. З однієї молекули ДНК утворюються дві дочірні. Відбувається процес самоподвоєння ДНК перед поділом клітин.

На клітинному рівні відбувається репродукція клітин шляхом мітозу й мейозу з утворенням нестатевих диплоїдних або статевих гаплоїдних дочірніх клітин, які беруть участь у репродукції організмів.

На організмовому рівні репродукцію живих істот забезпечують дві основні форми розмноження — нестатеве й статеве. Для здійснення розмноження у багатоклітинних організмів існують репродуктивні системи органів.

На популяційно-видовому рівні відтворення видів пов'язане зі стратегіями розмноження. Ці дві головні стратегії відомі як K-стратегія (відтворення незначної кількості нащадків) і R-стратегія (репродукція великої кількості нащадків). К-стратегом у тваринному світі є, наприклад, синій кит (Balaenoptera musculus) — найбільша тварина на Землі, самки яких народжують одне маля в два роки впродовж 40—45 років життя. «Найвидатнішим R-стратегом» тваринного світу є риба—місяць (Mola mola) — найбільша за масою відома кісткова риба і найплодючіша риба у світі (одна самка може відкладати до 300 млн ікринок) (іл. 121).

Іл. 121. Синій кит і риба-місяць — тварини з різними стратегіями розмноження

Отже, репродукція є неодмінною умовою існування біологічних систем у часі.

Які особливості нестатевої форми розмноження?

Нестатеве розмноження — це відтворення собі подібних за участі нестатевих клітин. Перевагою такого розмноження у тварин є те, що воно відбувається без затрат енергії на пошуки партнера протилежної статі. Водночас нестатеве розмноження має й суттєвий недолік — подібність нащадків. Якщо середовище існування організмів з нестатевим розмноженням зміниться, то подібним організмам одного виду з однаковими пристосуваннями загрожує загибель. Через те нестатева форма розмноження характерна для нижчих організмів і відбувається тоді, коли в навколишньому середовищі є сприятливі умови.

Основними способами нестатевого розмноження є поділ навпіл, спороутворення, фрагментація та брунькування.

Поділ навпіл — спосіб розмноження в одноклітинних, за якого з однієї материнської клітини утворюються дві дочірні, причому удвічі дрібніші, кожна з яких дає новий самостійний організм (наприклад, у бактерій, архей, амеб, інфузорій).

Множинний поділ (шизогонія) — спосіб розмноження одноклітинних, за якого з однієї материнської клітини утворюється багато дочірніх. Такий спосіб нестатевого розмноження спостерігається у споровиків, представником яких є плазмодій малярійний.

Брунькування — спосіб розмноження, за якого на клітині (наприклад, у дріжджів) або тілі (наприклад, у губок, гідр, коралових поліпів) формується брунька-клітина чи брунька-багатоклітинний утвір, що згодом відокремлюється або залишається на все життя.

Спороутворення — спосіб розмноження, що здійснюється за участі спор, що формуються всередині одноклітинних організмів (наприклад, хлорели, хламідомонади) або в спеціалізованих органах багатоклітинних організмів (наприклад, у вищих спорових рослин)

Фрагментація — спосіб розмноження, за якого тіло багатоклітинної тварини ділиться поперечним поділом на багато частин, кожна з яких росте й утворює новий організм. У такий спосіб можуть розмножуватися нитчасті зелені водорості, багатощетинкові черви, морські зірки.

Вегетативне розмноження — спосіб розмноження, що здійснюється багатоклітинними частинами, які відокремлюються від материнського організму. Його основу становить явище регенерації. Ця форма розмноження найбільш характерна для квіткових рослин.

Отже, нестатеве розмноження обмежує різноманітність ознак у нових особин, але може за короткий сприятливий період забезпечити швидке утворення великої кількості нащадків з подібними ознаками.

Яке значення статевого розмноження в природі?

Статеве розмноження — відтворення собі подібних за участі статевих клітин. Ці клітини містять гаплоїдний набір хромосом, оскільки у статевому розмноженні беруть участь дві батьківські особини. Обов'язковою умовою статевого розмноження є зустріч гамет і їхнє злиття — запліднення, що супроводжується утворенням повного й необхідного для розвитку нового організму диплоїдного набору хромосом. Гамети, що їх утворює чоловіча особина, називаються сперматозоонами (сперміями), а жіночі гамети — яйцеклітинами.

Основними способами статевого розмноження є поліембріонія, партеногенез, роздільностатевість та гермафродитизм.

Поліембріонія — процес розвитку кількох зародків з однієї заплідненої яйцеклітини. Поліембріонія досить поширена серед різних груп тварин (війчастих і кільчастих червів, іноді членистоногих, риб, птахів, ссавців). Як стале явище поліембріонія притаманна деяким комахам (наприклад, їздцям) і ссавцям (наприклад, броненосцям). Поліембріонія трапляється також у рослин. При цьому в одній насінині розвивається кілька зародків (тюльпани, лілія, латаття, суниці тощо). Додаткові зародки в насінині можуть розвиватися не тільки із заплідненої яйцеклітини, а й з інших клітин насінини без запліднення.

Партеногенез — спосіб розмноження, за якого розвиток нового організму здійснюється із незаплідненої яйцеклітини. За партеногенезу дочірні організми мають ідентичний з материнським набір спадкової інформації і розвиваються у видів, особини яких рідко зустрічаються між собою. Притаманний багатьом рослинам (квітковим) і безхребетним тваринам (попелицям, палочникам, коловерткам, деяким видам цвіркунів, метеликів та ос), а також деяким хребетним (рибам, амфібіям, ящіркам). Партеногенез може бути гаплоїдним (наприклад, у медоносної бджоли) й диплоїдним (наприклад, у попелиць), факультативним (необов'язковим) (мурахи) та облігатним (обов'язковим) (кавказька скельна ящірка). Партеногенез широко розповсюджений також у рослин, набуваючи різних форм. Наприклад, партенокарпія у бананів або цитрусових.

Чоловічі й жіночі гамети можуть утворюватися в одному організмі або в організмів різної статі, тому за цим критерієм виокремлюють такі способи розмноження, як роздільностатевість й гермафродитизм.

Роздільностатевість — спосіб статевого розмноження, за якого сперматозоони утворюються в чоловічому організмі, яйцеклітини — в жіночому (наприклад, у членистоногих, хребетних). Поширене це явище і серед квіткових рослин, у яких розрізняють одно- та дводомні рослини.

Гермафродитизм — спосіб статевого розмноження, за якого чоловічі та жіночі гамети розвиваються в одному організмі (наприклад, плоскі та малощетинкові черви, п'явки). Такий спосіб зменшує затрати енергії на пошук партнера, підвищує ймовірність залишити нащадків у організмів, що ведуть прикріплений, паразитичний, малорухливий, глибоководний спосіб життя. У гермафродитів існують механізми, які запобігають самозаплідненню. У тварин це неодночасне дозрівання чоловічих і жіночих гамет, певні особливості будови статевої системи. У рослин — одностатеві квітки (у дво- та однодомних рослин), розташування тичинок і маточок на різних рівнях за допомогою стовпчиків різної довжини (гетеростилія), неодночасне дозрівання тичинок і маточок в одній квітці (дихогамія) та ін.

Отже, статеве розмноження має переваги над нестатевим, оскільки нові особини успадковують ознаки обох батьківських особин і тому мають можливість краще пристосовуватися до навколишнього середовища.

ДІЯЛЬНІСТЬ

Самостійна робота з таблицею

Порівняйте ознаки нестатевого й статевого розмноження та сформулюйте висновок про їхню роль у забезпеченні безперервності існування видів.

Таблиця. ПОРІВНЯЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ФОРМ РОЗМНОЖЕННЯ ОРГАНІЗМІВ

Ознака

Нестатеве розмноження

Статеве розмноження

Поділ клітин

Участь клітин

Набір хромосом у клітинах

Джерело мінливості

Участь батьківських особин

Ідентичність нащадків

Основні способи розмноження

Біологічне значення

Біологія + Рослини. Цикл відтворення спорових рослин

Пригадайте цикл відтворення папоротей та назвіть його стадії. Яке значення має наявність у їхньому циклі поколінь, що розмножуються нестатево (спорофіта) та статево (гаметофіта)? Оцініть переваги нестатевої та статевої репродукції у природі. Чому багато видів рослин поєднують у своєму циклі відтворення нестатеве й статеве розмноження?

СТАВЛЕННЯ

Біологія + Мистецтво. Репродукція

Порівняйте репродукції картин «Соняшники» Клода Моне, Ван Гога і Марії Приймаченко із природним соняхом — результатом біологічної репродукції. Що є спільного й відмінного між художньою й біологічною репродукцією?

РЕЗУЛЬТАТ

Оцінка

Завдання для самоконтролю

1—6

1. Що таке репродукція? 2. На яких рівнях відбувається репродукція біологічних видів? 3. Що таке нестатеве розмноження? 4. Назвіть основні форми нестатевого розмноження. 5. Що таке статеве розмноження? 6. Назвіть основні форми статевого розмноження.

7—9

7. Як забезпечується безперервність існування видів у часі? 8. Які особливості нестатевої форми розмноження? 9. Яке значення статевого розмноження в природі?

10—12

10. Порівняйте нестатеве та статеве розмноження.