2018-01-08
823
Бесполое размножение является наиболее древним, в частности вегетатив-
ное размножение. Половое размножение является наиболее эффективным
путём воспроизводства организмов дающим возможность комбинирования ге-
нов. Оно возникло около 1 млрд. лет назад от бесполого размножения. Прими-
тивные гаметы характеризовались недостаточной морфологической дифферен-
цировкой, в результате чего для многих организмов ведущей была изогамия (от
греч. Isos – равный, gamos – брак), когда половые клетки были подвижными
изогаметами, ещё не дифференцированными на мужские и женские формы.
Изогамия встречается у ряда видов простейших. В дальнейшем получила разви-
тие анизогамия (от греч. Anisos – неравный, gamos – брак), характеризующийся
дифференцировкой гамет различающихся между собой лишь по величине. У
простейших организмов гаметы различны – макрогаметы и микрогаметы.
Позднее появились резкие различия в форме, подвижности, и размерах га-
мет, что более заметно в случае гамет млекопитающих. Выработалась также
способность продуцировать огромное количество мужских гамет. Биологиче-
ская роль полового размножения исключительно велика. В природе половое
размножение является доминирующим, т. к. это выдающийся источник измен-
чивости организмов. В ходе мейоза имеет место рекомбинация генов, а при
объединении гамет - образование новых сочетаний генов. В ходе эволюции у
позвоночных в порядке компенсации выработался ряд добавочных приспособ-
лений, облегчающих перенос половых клеток самца в половые пути самки. Эти
приспособления развились из выделительной системы, что привело к образова-
нию мочеполовой системы. У многих организмов развилась тенденция к прямо-
му развитию и живорождению.
Диплоидное состояние сопровождается накоплением различных аллелей.
Поэтому, половое размножение представляет организмам большую возмож-
ность изменчивости, по сравнению с бесполым, а это имеет важнейшее значе-
ние в эволюции.
Явные репродуктивные преимущества имеет партеногенез, он продуциру-
ет потомство лишь женского рода. Тем не менее, пол является адаптивным приспособлением, поскольку он очищает геном от повторяющихся мутаций и яв-
ляется адаптивным приспособлением в меняющихся условиях среды.
У растений в связи с эволюционным развитием неподвижности в образе
жизни возникла необходимость в выработке приспособлений обеспечивающих
объединение мужских и женских гамет. Эволюция водных растений привела к
появлению подвижных мужских половых клеток. У семенных растений появи-
лась пыльца и пыльцевая трубка, а также семя, что способствовало исключи-
тельному распространению растений.
Половое размножение растений играет важную роль в их распространении.
Бесполое размножение, или апомиксис (от греч. без смешения) представ-
ляет собой процесс, в котором существует лишь один родитель. Оно может осу-
ществляться делением, почкованием, фрагментацией и спорообразованием.
При бесполом размножении путём деления одноклеточный организм разделяет-
ся на две части, которые затем превращаются в новые организмы. Почкование
свойственно как одноклеточным, так и многоклеточным (дрожжевые грибки,
гидра). При бесполом размножении путём фрагментации тело родительского
организма распадается на множество частей, или фрагментов, каждый из кото-
рых развивается в новый организм. Это наблюдается у плоских червей. Некото-
рые организмы размножаются спорами. Споры – это одноклеточные или много-
клеточные зачатки растительных и животных организмов. Они служат для раз-
множения и сохранения организмов в неблагоприятных условиях.
В половом размножении участвуют два родителя, каждый из которых име-
ет собственную репродуктивную систему и продуцирует половые клетки – га-
меты, которые после слияния образуют зиготу (оплодотворённое яйцо), диффе-
ренцирующуюся затем в эмбрион. Следственно при половом размножении име-
ет место смешение наследственных факторов, амфимиксис (от греч. смешение с
обеих сторон). Своеобразный половой процесс наблюдается при гермафроди-
тизме, который свойственен кишечнополостным, многим червям, моллюскам,
а также некоторым рыбам. При гермафродитизме одна и та же особь имеет и
женские и мужские половые органы и способна образовывать и женские и муж-
ские половые клетки. Размножение в случае естественного гермафродитизма
может осуществляться путём самооплодотворения, путём оплодотворения од-
ного гермафродитного организма другим, как у дождевого червя, или попере-
менным оплодотворением, когда один организм в разное время бывает то сам-
цом, то самкой.
Особой формой полового размножения является партеногенез (одуванчик,
некоторые моллюски, ракообразные, некоторые насекомые, рыбы, пресмыкаю-
щиеся и птицы). Сущность состоит в том, что организм развивается из неопло-
дотворённого яйца. У пчёл из оплодотворённых яиц развиваются рабочие
пчёлы и матка из неоплодотворённых – трутни. Партеногенез свидетельствует,
что в яйцеклетке имеются все факторы необходимые для развития. Таким об-
разом, яйцеклетку можно рассматривать как особую систему, которая готова к
действию и которой необходим запускающий агент для развития организма.
Развитие (онтогенез) – это качественные изменения организмов, которые
определяются дифференцировкой клеток и морфогенезом, а также биохимиче-скими изменениями в клетках и тканях, обеспечивая качественные изменения
организмов в процессе онтогенеза. Процесс развития заложен в генах и зависит
от среды. Поэтому развитие определяется единством внутренних и внешних
факторов.
Различают прямое и непрямое развитие. Прямое развитие организмов
встречается в виде неличиночного и внутриутробного развития, непрямое на-
блюдается в форме личиночного развития.
Личиночное развитие наблюдается, когда организм, в своём развитии,
имеет одну или несколько личиночных стадий. Личиночное развитие широко
распространено в природе и характерно для насекомых, иглокожих, амфибий.
Личинки этих животных ведут самостоятельный образ жизни, подвергаясь за-
тем превращениям. Поэтому это развитие называют ещё развитием с метамор-
фозами.
Неличиночное развитие характерно для организмов, развивающихся пря-
мым образом, для рыб, пресмыкающихся и птиц, яйца которых богаты желтком
(питательным материалом). т.о.в яйцах во внешней среде протекает значитель-
ная часть онтогенеза.
Внутриутробное развитие также характерно для организмов развиваю-
щихся прямым путём, например для млекопитающих включая человека. Все
жизненные функции зародыша обеспечиваются материнским организмом по-
средством плаценты. Эволюционно внутриутробное развитие является самой
поздней формой, однако оно наиболее выгодно для зародышей, т.к. наиболее
эффективно обеспечивает их выживание.
Онтогенез подразделяют на проэмбриональный, эмбриональный и постэм-
бриональный периоды. В случае человека, а иногда и высших животных, пери-
од развития до рождения называют пренатальным, а после рождения постна-
тальны.
Проэмбриональный период - в индивидуальном развитии организмов
связан с образованием половых клеток в процессе гаметогенеза.
Эмбриональный период - или эмбриогенез начинается со слияния ядер
мужской и женской половых клеток, т.е. с процесса оплодотворения. У орга-
низмов с внутриутробным развитием эмбриональный период заканчивается ро-
ждением потомства, а с личиночным и неличиночным типом развития эмбрио-
нальный период заканчивается выходом потомства из яйцевых или зародыше-
вых оболочек.
Постэмбриональный период – начинается после появления организма на
свет и, у разных организмов, протекает от нескольких часов, до сотен лет в за-
висимости от их видовой принадлежности. Следовательно, продолжительность
жизни, это видовой признак организмов. В постэмбриональном онтогенезе раз-
личают ювенильный и пубертатный периоды, а также период старости, закан-
чивающийся смертью.
5. Наследственность и изменчивость. Селекция.
Генетика изучает два фундаментальных свойств живых организмов на-
следственность и изменчивость. Первый научный шаг в изучении наследствен-
ности был сделан австрийским монахом Грегором Менделем. Мендель показал
что наследственные «задачи» не смешиваются, а передаются от родителей по-
томкам в виде дискретных (обособленных) единиц. Эти единицы. Представле-
ны у особей парами, остаются дискретными и передаются последующим поко-
лениям в мужских и женских гаметах, каждая из которых содержит по одной
единице из каждой пары.
Наследственность – свойство организмов передавать свои признаки и осо-
бенности развития следующему поколению.
Изменчивость – способность живых организмов приобретать новые при-
знаки и свойства. Изменчивость отражает взаимосвязь организма с внешней
средой. Различают наследственную, генотипическую и ненаследственную, или
модификационную изменчивость. Наследственность зависит от генотипа и про-
является в фенотипе.
Генотип – совокупность взаимодействующих генов организма.
Фенотип – совокупность всех признаков организма.
Селекция представляет собой науку о создании новых и улучшении суще-
ствующих пород домашних животных и сортов культурных растений. Вместе с
тем, под селекцией понимают и сам процесс изменения живых организмов, осу-
ществляемый человеком для своих потребностей. Все современные домашние
животные и растительные культуры, возделываемые человеком произошли от
диких предков. Процесс превращения диких животных и растений в культур-
ные формы называют одомашниванием. Основные методы селекции являются
отбор и гибридизация, полиплоидия и мутагенез. При отборе сохраняют только
организмы с желательными качествами. Индивидуальный отбор сводится к вы-
делению чистой линии – группы генетически однородных гомозиготных орга-
низмов. Для внесения в генофонд создаваемого сорта растений или породы жи-
вотных ценных генов и получения оптимальных комбинаций признаков приме-
няют гибридизацию с последующим отбором. Мутагенез основан на открытии
воздействия различных излучений для получения мутаций и на использовании
химических мутагенов. Из тысячи искусственно полученных мутаций 1-2 ока-
зываются полезными. Воздействием мутагенами на организм можно добиться
преобразования любого свойства. С помощью методов радиационного и хими-
ческого мутагенеза созданы мутантные формы пшеницы, томатов, хлопчатни-
ка, картофеля, кукурузы, ячменя, овса, гороха, фасоли и др. Метод получения
полиплоидов основан на блокировании расхождение удвоившихся хромосом
различными химическими веществами. У растений полиплоиды обладают
большей массой вегетативных органов, имеют более крупные цветки, плоды и
семена.
Лекция 4. Классификация организмов
1. Естественные и искусственные системы.
2. Методы классификации организмов.
3. Принципы современной классификации и правила номенклатуры.
4. Клеточные и внеклеточные формы жизни.
1. Естественные и искусственные системы.
На Земле идентифицировано около 2 миллионов животных и растений,
включая виды, которые жили в далёком прошлом, но затем вымерли. На долю
растений приходится 500 тысяч видов, а на долю животных около 1500000 ви-
дов. Непрерывно открываются новые виды растений и животных. Чтобы изу-
чить всё биоразнообразие, нужна классификация на сходные группы или кате-
гории. Задачу классификации организмов решает наука систематика. Система-
тика – наука о многообразии живой природы.
В задачу систематики входит нахождение названий единиц классификации
(таксонов), а также изучение эволюционных взаимоотношений между всеми
единицами классификации. Классификация – это процесс установления и ха-
рактеристики систематических групп.
Разделами систематики являются таксономия и номенклатура, а также
филогенетика.
Таксономия представляет собой теорию и практику классификации. Но-
менклатура – совокупность названий таксонов. Филогенетика – установление
родства между организмами в историческом плане.
Самые первые попытки классификации принадлежали Аристотелю и
Теофрасту. Они подразделяли растения на травы, кустарники и деревья, а жи-
вотных на ряд групп в зависимости от местообитания: водные, земные, воздуш-
ные.
Далее для классификации организмов использовали признаки, такие как
полезность, вредность или безвредность.
Названные системы классификации были эмпирическими или искусствен-
ными системами, т.к. они не основывались на единстве происхождения живых
существ.
Искусственные системы в классификации организмов условно используют
и сейчас, когда характеризуют организмы учитывая их хозяйственные призна-
ки. Например растения делят на культурные и дикорастущие, съедобные и ядо-
витые, лекарственные и кормовые. Животных делят на домашних и диких, на
вредителей и паразитов. Однако эти классификации не имеют научной ценно-
сти.
Естественные системы. Чрезвычайно важным шагом на пути к научной
классификации организмов оказалось создание в 1663 году английским есте-
ствоиспытателем Д. Реем (1627-1705) концепции вида. Он считал, что видом
является группа сходных организмов, имеющих сходных предков, и что «один
вид никогда не зарождается из семян другого вида». Принимая вид в качестве
реальной, но неизменной категории Д. Рей классифицировал организмы на
несколько групп по некоторым анатомическим особенностям, например по
строению копыт, рогов. Классификация была примитивной, но она дала начало
естественным системам классификации.
Основы современной классификации растений и животных были заложены
в 18 веке шведским учёным К. Линнеем. Он определил вид основной система-
тической единицей и считал, что со времени создания виды постоянны и неиз-
менны. Ввёл в оборот такие таксономические единицы как вид, род, отряд, класс, разместив их в виде иерархической системы и определив их соподчинён-
ность. Например, класс, включает в себя несколько отрядов, отряд – несколько
родов, род – несколько видов.
Для научного наименования организмов он ввёл так называемую бинар-
ную номенклатуру, в соответствии с которой наименование организмов одного
вида, принадлежащих к одному роду, состоит из родового и видового ла-
тинских названий, причём первым словом является обозначение рода, вторым -
вида. Линнеевская система является естественной системой классификации.
Вклад в систематику внёс Ж.Б. Ламарк, который разделил животных на беспо-
звоночных и позвоночных, а также определил основные типы червей (плоские,
круглые, кольчатые).
В 19 веке француз Ж.Кювье (1769-1832) ввёл в оборот понятие о типе жи-
вотных и описал несколько типов.
Позднее стали объединять роды в семейства, семейства в отряды, отряды в
классы, классы в типы, типы в царства.
Э. Геккель (1834-1919) разделил живой мир на три царства: протисты, жи-
вотные и растения. Он предложил понятие генеалогическое древо. Главные ка-
тегории – стволы. Из одного ствола происходят классы, отряды, семейства,
роды. Позднее были предложены и другие подразделения царств.
2. Методы классификации организмов
Систематика, как и другая наук обладает собственной методологией. Вы-
деляют следующие методы: сравнительно-морфологический, анатомический,
палеонтологический, эмбриологический, географический, экологический, ги-
бридологический, кариологический, иммунологический и серологический,
тератологический, хемотаксономический, математический.
Сравнительно-морфологический и анатомический методы. Применяя дан-
ные методы в систематике учёные обращают внимание на особенности строе-
ния организмов, на их морфологию.
Палеонтологический. Ископаемые остатки представляют собой прямые до-
кументальные свидетельства исторического (эволюционного) развития органи-
ческого мира. Единственный недостаток метода разрозненность, неполнота ис-
копаемого материала. Организмы последующих эпох являются потомками ор-
ганизмов из предыдущих эпох, и поэтому, между таксономическими группами
должны существовать переходные формы – недостающие звенья исторической
цепи.
Эмбриологический метод основан на сходстве строения зародышей или
жизненных циклов у близкородственных групп. Чем более близкими родствен-
никами являются сравниваемые организмы, тем на более поздних стадиях онто-
генеза будет наблюдаться расхождение признаков. «Онтогенез есть краткое по-
вторение филогенеза» - Закон Геккеля-Мюллера.
Географический и экологический методы учитывают характер распростра-
нения таксона и условия его существования. Близкородственные виды и роды
возникают обычно на одной территории, и какое то время совместно существу-
ют на ней.
Гибридологический метод позволяет установить степень родства на осно-
вании возможности скрещивания. Близкородственные виды и рода дают при
скрещивании гибриды. Например мулы гибрид полученный в результате скре-
щивания лошади и осла относящихся к одному роду.
Кариологический метод позволяет установить степень родства организмов
на основании сходства строения хромосомного аппарата. Особое внимание
уделяется числу гаплоидного и диплоидного наборов хромосом.
Иммунологический и серологический методы позволяют установить сте-
пень родственных связей между организмами на основании сходства и не-
сходства защитных реакций и общей организации иммунной системы. Извест-
но, что формы врождённого иммунитета (врождённой невосприимчивости к
определённым возбудителям-патогенам) являются видовыми признаками. Че-
ловек, например не болеет чумкой кошек и собак.
Тератологический метод основан на сходстве механизмов развития
уродств (терат) у родственных групп организмов. Этот метод позволяет устано-
вить скрытые возможности реализации генотипов, проливает свет на ход эво-
люционного процесса. Большое значение придаётся атавизмам – признакам, не
характерным в норме для всех представителей данного вида. Например, случаи
хвостатости или многососковости.
Хемотаксономический метод основан на использовании биохимических
свойств организмов как диагностических признаков, позволяющих установить
степень их родства и положение в системе. Основываясь на биохимических
данных удаётся выстроить целую систему. Например «молекулярное древо»
млекопитающих, при построении которого сравнивалась структура молекул ге-
моглобина крови. Для семейства астровых характерно образование и накопле-
ние в клетках полисахарида инулина, а не крахмала как у большинства расте-
ний.
Математический метод. Построен на определении наибольшего числа
общих признаков, чем их больше, тем ближе в систематическом плане таксоны.
