а) Размножение как основное свойство живого
Размножение – это способность живых организмов воспроизводить себе подобных, обеспечивая непрерывность и преемственность жизни в ряду поколений.
Биологическое значение:
1) Обеспечивает сохранение жизни во времени;
2) Поддерживает состав популяции и не приводит к вымиранию конкретного вида.
б) Бесполое и половое размножение, их биологическое значение
Бесполое размножение | Половое размножение | ||
одноклеточные | многоклеточные | одноклеточные | многоклеточные |
деление на двое | вегетативное | копуляция | с оплодотворением |
множественное деление (шизогония) | продольное или поперечное | конъюгация | без оплодотворения (партеногенез: андрогенез и гиногенез) |
фрагментация | |||
почкование | почкование | ||
образование спор | полиэмбриония |
Существует два основных типа размножения – бесполое и половое.
При бесполом размножении участвует один родитель и новые особи имеют такой же генотип, что и родительский. Основной механизмом - митоз. Генетическая изменчивость при бесполом размножении минимальна и связана лишь с мутационным процессом.
|
|
Биологическое значение:
1) Быстрое увеличение количества особей;
2) Новые организмы – это точные копии материнского;
3) Не происходит появления новых признаков.
Половое размножение предполагает наличие двух родительских особей. При половом размножении происходит слияние двух половых клеток с гаплоидным набором хромосом и образованием диплоидной зиготы. Основной механизм - мейоз.
Биологическое значение: создает более сильное, более жизненное потомство, чем потомство, получаемое от бесполого размножения
в) Формы и механизмы бесполого размножения у одноклеточных и многоклеточных
I. У одноклеточных:
а) Деление на двое – материнская клетка на две одинаковые дочерние клетки;
б) Шизогония (множественное деление) – из одной материнской (шизонт) образуется большое количество дочерних клеток (мирозоиды);
в) Спорообразование – организмы образуют споры;
г) Почкование – из одной материнской образуется две дочерних, но разных размеров.
II. У многоклеточных:
а) Вегетативное – новый организм развивается из отдельных органов;
б) Фрагментация – деление и образование новой особи;
в) Спорообразование;
г) Почкование – на материнской особи вырастают дочерние и отделяются;
д) Полиэмбриония – многоклеточный зародыш на стадии бластулы разделяется на несколько частей, которые развиваются в самостоятельный организм.
г) Формы и механизмы полового размножения у одноклеточных и многоклеточных
I. У одноклеточных:
а) Копуляция – слияние двух одноклеточных организмов с перекомбинацией их наследственного материала;
|
|
б) Конъюгация – две инфузории подходят, образуется мостик, растворяются ядра, делятся мейозом и обмениваются ядрами.
II. У многоклеточных:
а) Партеногенез (без оплодотворения) – дочерний организм развивается из неоплодотворенной клетки;
б) Андрогенез – из яйцеклетки с мужским пронуклеусом;
в) Гиногенез – новый организм из яйцеклетки женским пронуклеусом, но изначально она активирована сперматозоидом
д) Этапы эволюции полового размножения
I. этап: изогамный способ размножения - принимают участие изогаметы, но они морфологически одинаковы;
II. этап: гетерогамный -мужские и женские половые клетки морфологически отличаются,
III. этап: появление специализированных органов, где происходит формирование половых клеток-половые железы. Являлись гермафродитами, в процессе эволюции произошло разделение полов на мужские женские (половой деморфизм);
IV. этап: переход от внешнего оплодотворения к внутреннему, развиваются наружные половые органы.
Гаметогенез
а) Прогенез: биологическая роль и общая характеристика
Дроблению предшествуют процессы гаметогенеза и оплодотворения, которые не являются непосредственно индивидуальным развитием и могут даже не привести к нему, но которые во многом определяют дальнейшее развитие зародыша в том случае, если зачатие состоится.
Прогенез - проэмбриональный период, включающий процессы формирования половых клеток (сперматогенез и овогенез).
б) Стадии сперматогенеза и их характеристика
Сперматогенез – процесс образования мужских половых клеток (сперматозоидов), происходит в извитых канальцах семенников.
Сперматогенез человека длится 70-75 дней. Начинается в период полного созревания (12-14 лет) и идет непрерывно в течение всей жизни мужчины.
Для оплодотворения достаточно 100 мнл сперматозоидов
Сперматогенез состоит из 4 стадий:
Размножения: На этой стадии из зачаточной клетки, в результате митоза происходит образование сперматогоний.
Роста: На этой стадии сперматогонии растут развиваются, наступает интерфаза первого мейоза и из сперматогоний образуются сперматоциты I порядка.
Созревания: Эта стадия характеризуется I и II мейотическим делением, в ходе первого деления из одной ссперматоциты I порядка, образуется две сперматоциты II порядка. А в результате второго деления из одной сперматоциты II порядка - 2 сперматиды.
Формирования: На этой стадии из сперматид формируются непосредственно сперматозоиды.
в) Стадии овогенеза и их характеристика
Овогенез – процесс образования женских половых клеток (яйцеклеток), происходит в яичниках.
Яйцеклетки у человека начинают формироваться в эмбриональном периоде. Изначально у женского эмбриона закладывается 6-8 млн овогоний, но к моменту рождения остается 1-2 млн, в период полового созревания (11-13 лет) – 100 тыс.
Овогенез состоит из 3 стадий:
Осуществяется в 3 стадии:
Размножения: На этой стадии из зачаточной клетки происходит образование в результате митоза многочисленных овогоний.
Роста: На этой стадии в интерфазу первого мейоза из овогоний образуются овоциты I порядка.
Созревания: В эту стадию в результате первого мейотического деления из одной овоциты I порядка образуется один овоцит II порядка и одно редукционное (полярное) тельце. В результате второго мейотического деления из одной овоциты II порядка образуется одна яйцеклетка и 3 редукционных тельца.
Сравнительная характеристика сперматогенеза и овогенеза
стадия | сперматогенез | клеточные формы, тип деления клеток | овогенез | ||||
Размножения | сперматогонии | митоз | овогонии | ||||
Роста | сперматоцит I порядка | интерфаза | ооцит I порядка | ||||
Созревания
|
| сперматоцит II порядка | 1 деление мейоза | ооцит II порядка | |||
сперматиды | 2 деление мейоза | яйцеклетка | |||||
Формирования | сперматозоиды |
г) Цитологические и цитогенетические характеристики спермато- и овогенеза
д) Морфология сперматозоидов и яйцеклеток. Типы яйцеклеток
Сперматозоиды - это очень мелкие подвижные мужские гаметы; их количество исчисляется миллионами. Форма спермиев у разных животных различна, однако строение их однотипно. В каждом сперматозоиде можно выделить: головку, шейку, хвост. В головке находится ядро с гаплоидным числом хромосом и акросома. Акросома содержит гидролитические ферменты, способствующие проникновению спермия в ооцит при оплодотворении. В шейке сперматозоида расположена пара центриолей и многочисленные митохондрии, собранные в спираль. Эти митохондрии синтезируют энергию, обеспечивающую движение хвоста.
Зрелая яйцеклетка имеет большие размеры, неподвижна, покрыта несколькими оболочками. В ходе овогенеза в цитоплазме яйцеклетки, где располагается ядро, резервируется большое количество веществ, необходимых для ее созревания и обеспечения раннего эмбриогенеза. Запасенные вещества представлены желтком (запас питательных веществ); компоненты, необходимые для репликации, транскрипции и трансляции (рибосомы, мРНК, тРНК и др.); регуляторные вещества. В ядре яйцеклетки человека содержится 23 хромосомы, одна из них является половой — Х-хромосомой.
Типы яйцеклеток:
В зависимости от количества желтка:
1) Алецитальная – желтка нет – он в желточных клетках (плацентарные);
2) Олиголецитальная – мало желтка (ланцетник, представители низших хордовых);
3) Мезолецитальная – среднее количество желтка (осетровые рыбы, амфибии);
4) Полилецитальная – очень много желтка (высшие позвоночные: пресмыкающиеся, птицы и яйцекладущие млекопитающие).
В зависимости от распределения желтка:
1) Изолецитальная – желток распределен в цитоплазме равномерно и ядро располагается примерно в центре - обычно при малом количестве желтка (млекопитающие, человек);
|
|
2) Телолецитальная - основная масса желтка скапливается у одного из полюсов клетки — вегетативного полюса. Противоположный полюс, к которому оттесняется свободная от желтка активная цитоплазма, называют анималъным:
3) Цетролецитальная – желток распределен в центре (насекомые).
Мейоз
а) Мейоз, его общая характеристика и место в гаметогенезе
Мейоз – это особый тип деления клеток, в результате которого формируются половые клетки – гаметы, содержащие гаплоидное количество хромосом и наследственного материала. Он происходит в половых железах.
Мейоз состоит из двух делений, следующих друг за другом. Первое мейотическое деление (I) – редукционное, когда происходит редукция (сокращение) количества хромосом в два раза. Второе мейотическое деление (II) – эквационное, оно аналогично митозу. Каждое деление, в свою очередь, состоит из ряда последовательных фаз: профаза, метафаза, анафаза, телофаза. Первому делению предшествует интерфаза, где происходит редупликация ДНК.
б) Характеристика фаз 1 и 2 мейотических делений
Фаза мейоза | Стадии | Динамика количества хромосом (n) и ДНК (c) | ||
I мейотическое деление (редукционное) | Интерфаза I | G1 | Увеличение массы клетки. | 2n2c |
S | Редупликация ДНК (удваивается количество наследственного материала клетки). | 2n4c | ||
G2 | Завершение удвоения массы цитоплазмы. | 2n4c | ||
Профаза I | Лептотена | Спирализация хромосом, хромосомы имеют вид длинных и тонких нитей, собранных в ядре в виде рыхлого клубка. | 2n4c | |
Зиготена | Начало конъюгации гомологичных хромосом, которые объединяются синаптонемальным комплексом в бивалент. | |||
Пахитена | На фоне продолжающейся спирализации хромосом и их укорочения, между гомологичными хромосомами осуществляется кроссинговер — перекрест с обменом соответствующими участками. | |||
Диплотена | Возникновение сил отталкивания между гомологичными хромосомами, которые начинают отдаляться друг от друга в первую очередь в области центромер, но остаются связанными в областях прошедшего кроссинговера — хиазмах. | |||
Диктиотена (жен) | Хромосомы, приняв форму «ламповых щеток», прекращают какие-либо дальнейшие структурные изменения на многие годы. По достижении женским организмом репродуктивного возраста под влиянием ЛГ гипофиза, как правило, один овоцит ежемесячно возобновляет мейоз. | |||
Диакинез | Завершающая стадия профазы I мейоза, в которой гомологичные хромосомы удерживаются вместе лишь в отдельных точках хиазм. Биваленты приобретают форму колец, крестов, и т.д. | |||
Метафаза I | Биваленты выстраиваются в экваториальной плоскости, образуя метафазную пластинку. | 2n4c | ||
Анафаза I | Хиазмы разрушаются и гомологичные хромосомы из бивалента расходятся к полюсам. | 2n4c | ||
Телофаза I | Образуются 2 клетки. | n2c | ||
II мейотическое деление (эквационное) | Интерфаза II | Эта стадия наблюдается только в животных клетках. Отсутствует синтетический период (S), то есть репликации ДНК не происходит. | n2c | |
Профаза II | Процессы, происходящие во втором делении мейоза, по своему механизму сходны с процессами, происходящими в митозе. | n2c | ||
Метафаза II | n2c | |||
Анафаза II | 2n2c | |||
Телофаза II | nc |
в) Динамика количества хромосом и ДНК в мейотическом делении
Фаза мейотического цикла | Динамика количества хромосом (n) и ДНК (c) | |
I мейотическое деление | Интерфаза I | 2n2c |
2n4c | ||
2n4c | ||
Профаза I | 2n4c | |
Метафаза I | 2n4c | |
Анафаза I | 2n4c | |
Телофаза I | n2c | |
II мейотическое деление | Интерфаза II | n2c |
Профаза II | n2c | |
Метафаза II | n2c | |
Анафаза II | 2n2c | |
Телофаза II | nc |
г) Биологическое значение мейоза
1) Происходит редукция числа хромосом и наследственного материала, что обусловливает формирование половых клеток с гаплоидным набором хромосом и ДНК (nc). При последующем оплодотворении, когда осуществляется слияние 2 гамет, организм нового поколения будет иметь диплоидное количество хромосом и диплоидное количество ДНК, что обеспечивает постоянство кариотипа в ряду поколений у организмов данного биологического вида.
2) При мейозе происходит перекомбинация генетического материала. Новые комбинации генов возникают в результате случайного расхождения хромосом (независимое распределение) и обмена генетическим материалом между гомологичными хромосомами (кроссинговер).
3) Мейоз – один из ключевых механизмов наследственности и наследственной изменчивости будущего потомства.
д) Отличия мейоза и митоза
Митоз | Мейоз | |
Сходства | 1. Имеют одинаковые фазы деления. 2. Перед митозом и мейозом в синтетическом периоде интерфазы происходит редупликация (удвоение) ДНК, образование двухроматидных хромосом (число хромосом 2n, молекул ДНК 4с) | |
Различия | 1. Одно деление | 1. Два сменяющих дуг друга деления |
2. Кроссинговер не происходит | 2. Гомологичные хромосомы конъюгируют с образованием бивалентов, между гомологичными хромосомами происходит кроссинговер | |
3. В анафазу к полюсам расходятся сестринские хроматиды | 3. В анафазе I мейотического деления к полюсам расходятся гомологичные хромосомы | |
4. В период интерфазы перед каждым делением происходит удвоение молекулы ДНК | 4. Между I-м и II-м делением в период интерфазы не происходит удвоение молекулы ДНК | |
5. Образуется 2 дочерние клетки с диплоидным набором хромосом и ДНК (2n2c) | 5. Образуется 4 клетки с гаплоидным набором хромосом и ДНК (nc) |
Оплодотворение
а) Оплодотворение, его биологическая роль
Оплодотворение – это процесс слияния женских и мужских половых клеток, в результате чего образуется зигота.
Биологическое значение:
1) Восстановление диплоидного набора хромосом и ДНК в зиготе;
2) Объединение наследственных задатков отца и матери;
3) Обеспечение материальной непрерывности между поколениями.
б) Виды оплодотворения
1) Внешнее оплодотворение – вне тела самки, обычно в водной среде (земноводные, рыбы, амфибии, моллюски)
2) Внутреннее – в половых путях самки (пресмыкающиеся, птицы, млекопитающие).
в) Этапы оплодотворения
Процесс оплодотворения протекает в несколько этапов:
1. Сближение гамет.
2. Контактные взаимоотношения, в результате которых происходит проникновение сперматозоида в яйцеклетку (акросомальная и др. реакции).
3. Слияние пронуклеусов (мужского и женского ядер) - кариогамия.
г) Механизмы оплодотворения
1. Цитологический – происходит слияние мужской и женской половых клеток (сингамия). В реализации данного механизма важно наличие полноценных сперматозоидов в необходимом количестве в половых путях женского организма в период овуляции яйцеклетки;
2. Генетический – слияние гаплоидных наборов наследственного материала мужской и женской гамет и формирование диплоидной зиготы;
3. Химический механизм. В оплодотворении важную роль играет химический состав среды половых путей женского организма. В кислой среде сперматозоиды теряют активность, и вероятность оплодотворения снижается;
4. Иммунологический механизм. Иммунологическая несовместимость мужской спермы и среды женских половых путей может препятствовать процессу оплодотворения;
5. Физиологический – целый ряд физиологических процессов, протекающих в женском (гормональные реакции образования яйцеклетки) и мужском (гормональная реакция образования сперматозоидов) организмах.
д) Партеногенез, его разновидности и характеристика
Партеногенез (девственное развитие) - вид полового размножения, при котором дочерний организм иногда развивается из неоплодотворенной яйцеклетки.
Разновидности:
ü Гиногенез - источник наследственного материала для развития потомка в этом случае обычно служит ДНК яйцеклетки;
ü Андрогенез (реже) — развитие потомка из клетки с цитоплазмой ооцита и ядром сперматозоида. Ядро женской гаметы в случае андрогенеза погибает.