Размножение организмов
Все разнообразие способов размножения можно разделить на два основных типа: бесполое (его вариант вегетативное) размножение и половое размножение.
БЕСПОЛОЕ РАЗМНОЖЕНИЕ Бесполое размножение осуществляется путем простого деления клетки надвое. Оно свойственно прежде всего одноклеточным организмам. У некоторых простейших (например, фораминифер) происходит деление на большее число клеток. Во всех случаях образующиеся клетки полностью идентичны исходной. Крайняя простота этого способа размножения, связанная с относительной простотой организации одноклеточных организмов, позволяет размножаться очень быстро. Так, в благоприятных условиях количество бактерий может удваиваться каждые 3060 минут. Размножающийся бесполым путем организм способен бесконечно воспроизводить себя, пока не произойдет спонтанное изменение генетического материала мутация. Если эта мутация благоприятна, она сохранится в потомстве мутировавшей клетки, которое будет представлять собой новый клеточный клон.Нередко бесполому размножению бактерий предшествует образование спор. Бактериальные споры это покоящиеся клетки со сниженным метаболизмом, окруженные многослойной оболочкой, устойчивые к высыханию и другим неблагоприятным условиям, вызывающим гибель обычных клеток. Спорообразование служит как для переживания таких условий, так и для расселения бактерий: попав в подходящую среду, спора прорастает, превращаясь в вегетативную (делящуюся) клетку.
Бесполое размножение с помощью одноклеточных спор свойственно и различным грибам и водорослям. Споры в этом случае образуются путем митоза (митоспоры), причем иногда (особенно у грибов) в огромных количествах; при прорастании они воспроизводят материнский организм. Некоторые грибы, например злостный вредитель растений фитофтора, образуют подвижные, снабженные жгутиками споры, называемые зооспорами или бродяжками. Проплавав в капельках влаги некоторое время, такая бродяжка «успокаивается», теряет жгутики, покрывается плотной оболочкой и затем, в благоприятных условиях, прорастает. Помимо митоспор, у многих из указанных организмов, а также у всех высших растений формируются споры и иного рода, а именно мейоспоры, образующиеся путем мейоза. Они содержат гаплоидный набор хромосом и дают начало поколению, обычно не похожему на материнское и размножающемуся половым путем. Таким образом, образование мейоспор связано с чередованием поколений бесполого (дающего споры) и полового. См. также ВОДОРОСЛИ; ГРИБЫ.
Другой вариант бесполого размножения осуществляется путем отделения от организма его части, состоящей из большего или меньшего числа клеток. Из них развивается взрослый организм. Примером может служить почкование у губок и кишечнополостных или размножение растений побегами, луковицами или клубнями. Такая форма бесполого размножения обычно называется вегетативным размножением. В своей основе оно аналогично процессу регенерации.
Вегетативное размножение играет важную роль в практике растениеводства. Так, может случиться, что высеянное растение (например, яблоня) обладает некой удачной комбинацией признаков. У семян данного растения эта удачная комбинация почти наверняка будет нарушена, так как семена образуются в результате полового размножения, а оно связано с рекомбинацией генов. Поэтому при разведении яблонь обычно используют вегетативное размножение отводками, черенками или прививками почек на другие деревья.
Бесполое размножение, воспроизводящее идентичные исходному организму особи, не способствует появлению организмов с новыми вариантами признаков, а тем самым ограничивает возможность приспособления видов к новым для них условиям среды. Средством преодоления этой ограниченности стал переход к половому размножению.
ПОЛОВОЕ РАЗМНОЖЕНИЕ Принципиальное отличие полового размножения от бесполого состоит в том, что в нем участвуют обычно два родительских организма, признаки которых перекомбинируются у потомства. Половое размножение свойственно всем эукариотам, но преобладает оно у животных и высших растений.Переход к этому типу размножения имел огромное значение для эволюции жизни на Земле. Половое размножение создает бесконечное разнообразие особей, в том числе и таких, которые успешно адаптируются к изменчивым внешним условиям, «завоевывают мир», распространяясь в новые места обитания, и оставляют потомство, передавая ему свой наследственный материал. Потомки же двух успешных родительских особей могут оказаться обладателями еще более удачной комбинации наследственных признаков, и соответственно они разовьют успех родителей. Особи с неудачной комбинацией признаков будут элиминированы естественным отбором. Таким образом, половое размножение создает богатый материал для естественного отбора и эволюции. Любопытно и другое: само возникновение особи как индивидуальности, неделимого и смертного существа, является результатом перехода к половому размножению. При бесполом размножении клетка бесконечно делится, повторяя саму себя: она потенциально бессмертна, но особью может быть названа только условно, так как не отличима от неопределенного множества дочерних клеток. При половом размножении, напротив, все потомки различаются между собой и отличаются от родителей, а те с течением времени умирают, унося с собой свойственные им неповторимые особенности. Американский зоолог Р.Хегнер, обсуждая простейших, выразил это таким образом: «Они приобрели очередное новшество пол; цена этого приобретения неминуемая естественная гибель... Не велика ли эта цена?» Подчеркнем однако, что одновременно открылись возможности для развития и совершенствования, и они привели к появлению разнообразных живых форм, не сопоставимых по уровню организации с теми организмами, которые остановились на бесполом размножении.
ПОЛОВОЙ ПРОЦЕСС Многие организмы, размножающиеся бесполым путем, все же изобрели ряд способов, с помощью которых они время от времени совершают обмен генетическим материалом между двумя клетками одного вида. Такой обмен получил название полового процесса. У большинства форм он осуществляется путем конъюгации (соединения). Классический пример конъюгации демонстрируют инфузории. Две их особи временно соединяются ротовыми аппаратами, и между ними образуется цитоплазматический мостик, по которому происходит обмен ядерным материалом. Этому обмену предшествует мейотическое деление ядра (микронуклеуса). По завершении обмена клетки расходятся и затем размножаются путем деления (митоза).У некоторых бактерий при конъюгации происходит однонаправленный перенос линейной последовательности генов хромосомы от «мужской» клетки (донора) к «женской» (реципиенту), причем величина переносимого фрагмента обычно зависит от времени контакта клеток.
Таким образом, половой процесс сводится не к размножению, а к созданию в клетке новых комбинаций генов; собственно размножение происходит бесполым путем.
ПОЛОВОЕ РАЗМНОЖЕНИЕ ЖИВОТНЫХ Переход к половому размножению связан с появлением специализированных половых клеток мужских и женских гамет, в результате слияния которых (оплодотворения) образуется зигота клетка, из которой развивается новый организм, обладающий новой комбинацией исходных генетических признаков.Половое размножение впервые появилось у простейших, но переход к нему не был связан с немедленной утратой способности к репродукции бесполым путем: ряд животных сохранили ее, обычно чередуя бесполое размножение с половым. Такое чередование поколений наблюдается у некоторых простейших, кишечнополостных и оболочников. См. также СИСТЕМАТИКА ЖИВОТНЫХ.
Гаметы и гонады. Основой образования гамет (гаметогенеза) служит мейоз клеточное деление с уменьшением вдвое числа хромосом, вследствие чего гаметы, в отличие от всех других клеток организма, гаплоидны (см. также КЛЕТКА; ЭМБРИОЛОГИЯ) . Слияние гамет восстанавливает число хромосом в зиготе до диплоидного. Последующее деление зиготы происходит путем митоза. Отметим, что у всех многоклеточных организмов деление всех клеток тела, кроме половых, происходит путем митоза. Следовательно, бесполое размножение клеток посредством деления надвое сохранилось в эволюции как основной механизм роста и развития организма, но не его репродукции. У многих простейших половое размножение происходит с участием морфологически одинаковых мужских и женских гамет (у фораминифер, например, они представлены очень мелкими клетками, образующимися в гаплоидной родительской клетке в цикле чередования поколений ) . Такое явление называется изогамией. Она свойственна только одноклеточным.Однако уже у некоторых простейших, например споровиков, и у всех многоклеточных организмов произошла дифференциация гамет: они стали различаться по форме и функции возникла гетерогамия, т.е. разделение половых клеток на яйца (женские гаметы) и сперматозоиды (мужские гаметы).
Большинству животных свойственна т.н. оогамия: крупная неподвижная яйцеклетка (яйцо) и мелкий подвижный сперматозоид, за счет активных движений которого происходит его контакт с яйцом, ведущий к оплодотворению. См. также ЯЙЦО.
У губок и некоторых ресничных червей половые клетки рассеяны в теле и выводятся через разрывы стенки тела или через ротовое отверстие, но у многих плоских червей (а в зачаточной форме и у гидры) появились гонады специальные железы, продуцирующие гаметы.
Мужские гонады это семенники, женские яичники. Правда, у таких гермафродитных животных, как брюхоногие моллюски, мужские и женские половые клетки созревают в одной и той же гонаде, но обычно в разное время, так что гонада функционирует то как семенник, то как яичник, и самооплодотворения не происходит. У других гермафродитных животных, например плоских червей или пиявок, одна особь содержит и яичники, и семенники; однако даже в случае одновременного созревания яиц и сперматозоидов животное избегает самооплодотворения и обычно спаривается с другой особью (исключение составляют, например, солитеры (цепни), одиночно живущие в кишечнике). Гермафродитизм наиболее распространен у червей и моллюсков и редко встречается у более высокоорганизованных форм иглокожих, членистоногих и позвоночных; с другой стороны, он довольно редок и у таких древнейших многоклеточных, как кишечнополостные и в частности медузы.Уже у некоторых червей и моллюсков в дополнение к гонадам сформировались половые протоки семяпроводы и яйцеводы. Гонады и половые протоки составляют основные функциональные части внутренних половых органов, и они имеются у всех более высокоорганизованных животных.
Осеменение. Половые органы обеспечивают продукцию и выделение половых клеток, а тем самым осеменение, т.е. сближение яиц и сперматозоидов двух особей. Процесс осеменения предшествует оплодотворению слиянию гамет. Различают два способа осеменения (и соответственно оплодотворения): наружное и внутреннее. При наружном осеменении яйца и сперматозоиды выделяются в воду, где сперматозоиды, активно плавая, могут соединиться с яйцом и произвести оплодотворение. Понятно, что этот способ может быть свойствен только водным (или, как земноводные, сохранившим связь с водной средой) животным, и действительно, он наблюдается у большинства из них. Наружное осеменение обычно не связано со сложным устройством половой системы, хотя у некоторых животных развиваются дополнительные приспособления, например, для сцепления двух особей во время выделения ими половых продуктов. ó льшую независимость от внешних факторов (в частности, от водной среды) и более экономную продукцию гамет обеспечивает другой способ осеменения внутреннее, при котором сперматозоиды вводятся непосредственно в женские половые пути. Известен также вариант внутреннего осеменения с помощью сперматофоров капсул, наполненных сперматозоидами. Такое осеменение называют иногда наружно-внутренним. У саламандры, например, самка захватывает выделенный самцом сперматофор своей клоакой, куда открываются половые протоки; самцы многих паукообразных с помощью своих клешневидных хелицер (первой пары головных конечностей) переносят сперматофор прямо в половое отверстие самки; самец головоногих моллюсков захватывает сперматофор особым видоизмененным щупальцем и переносит его в мантийную полость самки. Но в любом случае оплодотворение происходит внутри тела самки, обычно в яйцеводах. Оплодотворенные яйца откладываются во внешнюю среду (у большинства видов) или же развиваются внутриутробно. Внутреннее осеменение свойственно ряду водных животных и всем наземным. Оно появилось уже на очень ранней ступени эволюции, а именно у плоских червей. Усложнение половой системы. Переход к внутреннему осеменению и оплодотворению сопровождался усложнением половой системы и формированием дополнительных половых органов. Так, образовались железы, например выделяющие жидкость, в которой находятся сперматозоиды и которая необходима им для движения, или у самок формирующие наружную оболочку яиц. У плоских червей и ряда других животных, особенно у насекомых, развились семяприемники для хранения поступающей при осеменении спермы. Поскольку сперматозоиды могут длительно сохранять в них жизнеспособность, наличие семяприемников делает оплодотворение менее зависимым от встречи партнеров: многие насекомые успешно размножаются, спариваясь единственный раз в жизни. Соответственно и время между спариванием и откладкой яиц может варьировать в широких пределах.У самок ряда насекомых (стрекоз, цикад, кузнечиков, наездников и др.) образовался такой дополнительный половой орган, как яйцеклад, служащий для откладки яиц в ячейки, землю либо в ткани растений или животных.
Возникли также копулятивные (совокупительные) органы как приспособление для внутреннего осеменения. У разных групп животных они формировались разным путем: у многих из них из нижнего отдела полового протока, но, например, у ракообразных путем видоизменения одной пары ножек, у мух и других двукрылых насекомых из конечных сегментов брюшка, у живородящих рыб из выростов плавников. Однако у ряда животных, например многих птиц, специальные копулятивные органы отсутствуют.
Если у некоторых яйцекладущих совершенствовался аппарат для откладки яиц, то у животных, перешедших к живорождению, прежде всего у млекопитающих, произошли иные изменения половой системы; самое значительное из них преобразование среднего отдела яйцевода в матку, где развивается зародыш.
Спаривание. Одним из условий успешного размножения служит одновременное созревание гамет у мужских и женских особей. Некоторые животные способны размножаться круглый год, но у многих, особенно у обитателей средних и высоких широт, размножение сезонное. В этом случае наступление периода размножения зависит от внешних факторов: длины светового дня, температуры воздуха, наличия пищи и т.д. Действие этих факторов на репродуктивную систему, как правило, не прямое, а опосредованное чаще всего гормонами, регулирующими функциональную активность гонад и / или уровень метаболизма. Так, у позвоночных с сезонным размножением изменение освещенности влияет на секрецию гормонов гипофиза, «включающих» функцию гонад, а тем самым и определяющих сроки размножения.Однако этих физиологических механизмов может быть недостаточно для обеспечения спаривания. В действие часто вступает половой отбор наиболее сильных и приспособленных особей, обычно самцов, способных привлечь самку и отстоять свое право на размножение. Турнирные бои между самцами, ухаживание перед спариванием, охрана своей территории для размножения, так же как, по-видимому, и брачный наряд самцов, все это средства достижения успеха в размножении самых жизнеспособных особей. Половое поведение достигает большой сложности у высокоорганизованных животных с их развитой нейроэндокринной системой (см. также ПОВЕДЕНИЕ ЖИВОТНЫХ)
Большинство животных не образует постоянных пар, и проблема поиска партнера для спаривания возникает у них регулярно. Однако среди птиц и млекопитающих встречаются моногамные виды, т.е. образующие прочные пары (например, волки, лебеди, попугаи). Известны примеры и полигамии; так, морские котики, тюлени, некоторые другие млекопитающие и птицы создают устойчивую группу из одного более сильного, чем его конкуренты, самца и целого гарема самок.
Способы воспроизведения потомства. Разные группы животных выработали не только разные способы оплодотворения; у них по-разному появляется на свет потомство. В зависимости от того, как это происходит, различают три способа размножения. Яйцерождение. Подавляющее большинство видов животных откладывают яйца, из которых выводится молодь. Таких животных называют яйцеродящими или яйцекладущими. К ним относятся почти все морские беспозвоночные, насекомые, многие рыбы, земноводные, пресмыкающиеся, птицы и однопроходные млекопитающие. Живорождение. У живородящих животных оплодотворенное яйцо развивается в теле самки, получая от нее питание до самого рождения детеныша на свет. К живородящим относятся все млекопитающие за исключением однопроходных утконоса и ехидны. Живорождение встречается и в других группах, например у некоторых пресмыкающихся и у более примитивных животных. Яйцеживорождение. Существует и промежуточная форма воспроизведения потомства: яйцо развивается, продолжая оставаться в теле самки, но питание зародыша обеспечивается желтком яйца, а не организмом матери. Яйцеживорождение свойственно некоторым акулам и другим рыбам, ряду земноводных, многим ящерицам и змеям. Стратегии размножения. С этими способами размножения связаны и разные его стратегии.На одном полюсе стратегия экономного размножения, характеризующегося медленным воспроизведением малочисленного потомства и заботливым его выращиванием (выкармливанием, уходом, обереганием, научением); на другом расточительное, избыточное размножение с производством очень большого количества яиц и воспроизведением многочисленного потомства при отсутствии заботы о нем. Если в первом случае вероятность выживания потомства весьма значительна, то во втором шансы на сохранение яиц и выживание каждого отдельного потомка крайне малы, так что только интенсивное размножение может компенсировать высокий процент гибели яиц и молоди на всех стадиях развития. Первая стратегия в целом свойственна высокоорганизованным животным млекопитающим и птицам. Однако в пределах этих групп основная стратегия может быть выражена в разной степени. Например, у приматов она проявляется в наибольшей мере: они длительно вынашивают плод и производят на свет обычно по одному, еще очень беспомощному, детенышу, которого долго вскармливают и растят. С другой стороны, мыши, крысы или кролики могут плодиться несколько раз в год, рождая каждый раз до десятка детенышей, которые быстро приобретают самостоятельность. В результате такого интенсивного размножения повышается вероятность гибели потомков из-за недостатка пищи или в связи с быстрым ростом популяции из-за распространения болезней и размножения хищников. Таким образом, сравнивая грызунов с приматами, стратегию их размножения следует признать неэкономной. Тем не менее расточительность сил при размножении грызунов не сопоставима с тем, что наблюдается у различных видов яйцекладущих, например рыб, многие из которых выметывают сотни тысяч и миллионы икринок.
Многим животным свойственна забота о сохранности яиц: одни откладывают их в ил, землю и разные укромные места, другие (в частности, некоторые ракообразные и офиуры, среди рыб морская игла и морской конек, среди земноводных жабы-повитухи и пипы) носят яйца на себе, и количество яиц в этом случае много меньше, чем при выметывании их в воду. Еще дальше в этой стратегии пошли яйцеживородящие.
Своеобразную стратегию размножения избрали общественные насекомые, например муравьи и общественные пчелы. Они строят гнезда, оберегают яйца и обеспечивают питанием личинок, но оставляют функцию размножения только одной (у пчел) или нескольким (у муравьев) самкам в сообществе. Размножающаяся самка, называемая маткой или царицей, откладывает многочисленные яйца. Самцы появляются лишь на короткое время и после спаривания погибают.
Партеногенез. Яйца некоторых организмов способны развиваться без оплодотворения, т.е. без участия сперматозоида. Такой процесс однополого размножения называют партеногенезом, или девственным размножением. Его рассматривают как редуцированную форму полового размножения.Примеры естественного партеногенеза у млекопитающих неизвестны; они изредка встречаются у низших позвоночных и весьма обычны у беспозвоночных, особенно у насекомых. Существует два типа партеногенеза: облигатный (т.е. обязательный) и факультативный. Первый свойствен видам, у которых самцов либо нет совсем, либо они редки и не способны функционировать. К таким видам относятся некоторые тли, палочники, сверчки, бабочки; популяции без самцов изредка встречаются у рыб, например у серебряного карася. При факультативном партеногенезе яйца могут развиваться как партеногенетически, так и в результате оплодотворения, причем партеногенетическое размножение может преобладать в условиях, когда слишком редки контакты разнополых особей, например на границе ареала распространения вида.
Известен также циклический партеногенез, при котором размножение с участием обоих полов чередуется с партеногенетическим. Например, многие виды тлей дают несколько партеногенетических поколений в течение короткого теплого периода лета, а на зиму откладывают оплодотворенные яйца, которые покрыты плотной оболочкой и способны перезимовывать; весной из них выходят только самки, но осенью появляется поколение с некоторым количеством самцов и цикл возобновляется. Аналогичным образом размножаются и некоторые другие виды с высокой сезонной смертностью, например коловратки. Циклический партеногенез наблюдается также у видов с личиночным размножением; при этом оплодотворенные яйца откладывают обычно только зрелые особи, а у личинок они развиваются партеногенетически.
О половом размножении растений см . СЕМЯ .
ЛИТЕРАТУРА Мэйнард Смит Дж. Эволюция полового размножения . М., 1981Гормональная регуляция размножения у млекопитающих . М., 1987
Докинз Р. Эгоистичный ген . М., 1993
Размножение свойство живых организмов воспроизводить себе подобные особи. Животные размножаются бесполым и половым путем. Бесполое размножение свойственно преимущественно низшим животным. При бесполом размножении от материнской особи отделяется часть ее тела или вся особь делится на две или большее число частей, каждая из которых развивается в самостоятельное животное. Различают несколько способов бесполого размножения животных: деление, почкование, шизогонию (рис. 23).
Почкование такое бесполое размножение, когда на теле материнской особи образуется вырост (почка), постепенно приобретающей форму и строение взрослого животного. После отделения (отпочкования) от материнского организма новая особь начинает вести самостоятельную жизнь.
У одних многоклеточных животных (как правило, обитающих в воде) наблюдается наружное оплодотворение: как яйцеклетки, так и сперматозоиды выделяются в воду, где и происходит их слияние. Другим животным свойственно внутреннее оплодотворен и е: сперма вводится в половые пути самки, и там совершается акт оплодотворения яйцеклетки сперматозоидом.
Способы размножения животных
Бесполое размножение.
В животном мире существует целый ряд способов размножения, например, прямое деление или почкование, характерные для низших беспозвоночных, а также партеногенез, отмечаемый даже у высших позвоночных. Совершенно очевидно, что именно бесполое размножение представляет собой наиболее простой и наименее энергоемкий путь увеличения численности особей. Однако, почему-то, в процессе эволюции возник сложный, сопряженный с множеством проблем и условностей, процесс полового размножения.
Половое размножение.
1. Конъюгация. Половое размножение появляется у животных уже на самых низших ступенях эволюционной лестницы. Так, уже у простейших одноклеточных микроорганизмов - инфузорий, размножающихся прямым делением, наблюдается так называемая конъюгация, представляющая собой некий аналог полового процесса. В процессе конъюгации две инфузории как бы срастаются, на время, в течение которого обмениваются наследственной информацией. Затем инфузории разъединяются, и затем каждая продолжает делиться сама по себе.
2. Партеногенез. У целого ряда беспозвоночных, а также многих позвоночных животных отмечается такое явление, как партеногенез, при котором самки откладывают яйца или рожают живых детенышей без участия самцов. Вылупляются из этих яиц или рождаются подобным образом только самки, причем интересно, что в природе существуют целые локальные популяции подобных видов. Подобная популяция скальных ящериц была обнаружена в Армении. В остальных местах своего обитания этот, весьма обычный вид, размножается обычным образом.
Партеногенез в экспериментальных условиях возможен даже у млекопитающих. Для этого необходимо каким-либо образом стимулировать к делению неоплодотворенную яйцеклетку, что осуществимо разными путями, например, просто нанесением укола микроиглой.
3. Гермафродитизм. У целого ряда беспозвоночных животных имеет место гермафродитизм, при котором у каждой особи имеются как мужские, так и женские половые железы. Среди наиболее известных животных гермафродитами являются, например, дождевые черви, пиявки и многие виды улиток. Однако, несмотря на то, что у подобных животных каждая особь производит и яйцеклетки, и сперматозоиды, они спариваются друг с другом, производя взаимный обмен половыми клетками. У крупных, не имеющих раковин, моллюсков аплизий или морских зайцев, обитающих в прибрежной зоне моря, в процессе оплодотворения может одновременно принимать участие до 10-12 особей, играя сразу как роли самцов, так и роли самок.
Однако, несмотря на наличие у животных-гермафродитов половых клеток обоих типов, они крайне редко прибегают к самооплодотворению, и напротив, обычно стремятся к спариванию с другими, предпочтительно не родственными особями.
4. Смена пола. У некоторых животных, в том числе у целого ряда видов рыб, с возрастом происходит смена пола. Так, у хорошо известных аквариумистам рыбок-меченосцев довольно обычным является превращение немолодых самок в самцов. При этом у них вырастает мечевидный отросток на хвосте, имеющийся только у самцов, и они начинают проявлять типичное половое поведение, успешно оплодотворяя самок. Аналогичное явление наблюдается и у небольших рыбок морских юнкеров, обитающих в прибрежной зоне Черного моря. У некоторых видов рыб отмечен и обратный процесс: превращение самцов в самку.
5. Чередование половых и бесполых типов размножения. У таких беспозвоночных, как кишечнополостные, черви разных типов, иглокожие, параллельно существуют как половое, так и бесполое размножение. Для множества беспозвоночных характерно чередование половых и бесполых поколений. Так, например, коралловые полипы, весьма активно разрастающиеся за счет вегетативного размножения, периодически производят огромное количество подвижных мужских и женских половых клеток. Оплодотворение происходит в толще воды. Из образовавшихся при этом зигот развиваются подвижные личинки, которые оседают на подходящий субстрат и дают начало новым колониям кораллов. Аналогичным путем размножаются все прикрепленные формы: губки, мшанки, гидроидные полипы и т.д.
У некоторых видов наблюдается чередования партеногенеза с нормальным половым размножением. Так, например, тли, в течение всего лета размножаются живорождением, при котором, неоплодотворенные самки рожают одних самок. Молодые самки тлей начинают рожать следующих самок уже в возрасте нескольких часов.
Таким образом, в течение лета проходит огромная череда бесполых поколений. Зоологи подсчитали, что если бы все потомство одной тли выживало, то оно за одно лето могло бы покрыть сплошным покрывалом весь земной шар. К счастью, поскольку тлями питается множество других животных, этого не происходит. Казалось бы, данный способ размножения тлей весьма успешен и не требует желать ничего лучшего. Однако осенью многие тли откладывают яйца, из них выводятся самцы, которые оплодотворяют сравнительно небольшое количество самок.
В то время как осенью большинство тлей, закончив свой жизненный цикл, погибает.
Размножение (воспроизведение, репродукция) — биологический процесс, с помощью которого образуются новые организмы, воспроизведение себе подобных. Размножение — фундаментальная особенность всех известных жизненных форм, каждый индивидуальный организм существует в результате размножения. Известны способы размножения делятся на два основных типа: половое и бесполое (бесполое).
При бесполом размножении новый индивидуум образуется с помощью спор или специальных клеток, без участия гамет. Разделение бактериальных клеток на две дочерние клетки — пример бесполого размножения. Бесполое копирования не ограничивается, однако, одноклеточными организмами. Большинство растений, некоторые животные и некоторые другие многоклеточные организмы также обладают способностью к бесполого размножения.
Половое размножение требует привлечения двух индивидуумов, обычно разных полов. Размножение человека — общий пример полового размножения.
Половое и бесполое размножение
Бесполое размножение
Бесполое размножение — биологический процесс, в котором организм создает генетически подобную или идентичную копию себя без вложения генетического материала другого индивидуума. Бактерии и археи делятся бесполым бинарным делением (который, однако, может быть асимметричным), вирусы используют клетки других организмов для получения новых вирусов, однако обычно не вкладывают в новые вирусы генетический материал клеток-хозяев, много беспозвоночных животных (например, гидры) и дрожжей обычно размножаются почкованием, мицелиальные грибы размножаются с помощью роста мицелия.
Эти организмы не имеют разных полов и способные к «расщепления» себя на два или более индивидуумы. Некоторые бесполые виды, подобно гидры, могут также размножаться половым путем. Бактерии также иногда могут обмениваться генетической информацией с помощью горизонтального переноса генов, а дрожжи — спариваться с помощью простого полового процесса.
Наличие пола не обязательно мешает бесполое размножение. Например, большинство растений способны к вегетативного размножения без семян или спор, хотя также могут размножаться поло.
Другие пути бесполого размножения включают партеногенез, фрагментацию и образования спор, где привлекается только митоз. Партеногенез (от греч. Παρθένος — «дева», «девственница» + γένεσις «происхождение», «образование») — образование и развитие эмбриона или семян без оплодотворения самцом (другим организмом). Партеногенез естественно происходит у некоторых видов, в частности у низших растений, беспозвоночных (например, в водных блох, фоне некоторых пчел и наездников) и позвоночных (например, в некоторых пресмыкающихся, рыб, в частности у акул, и, очень редко, у птиц) животных. Этот же термин иногда также используется для описания размножения в гермафродитных видах, способных к самооплодотворению.
Половое размножение
Половое размножение является типом размножения, при котором организмы образуют потомков, имеющих комбинацию генетического материала от более чем одного (обычно двух) различных представителей вида. Каждый из двух организмов-родителей оказывает примерно половину генетической информации потомку, продуцируя гаплоидные гаметы. Большинство организмов формируют два различных типа гамет. В анизогамних видов гаметы разные, в таком случае различают два пола — самца (производит сперму или микроспоры) и самку (производит яйцеклетки или мегаспоры). Крайний случай анизогамии, когда гаметы очень разные, называется оогамия. В изогамный видов гаметы подобные или идентичные по форме, хотя могут иметь различные отдельные свойства и поэтому иметь различные названия. Например, в зеленой водоросли Chlamydomonas reinhardtii есть так называемые «плюс» и «минус» гаметы. Несколько видов организмов, например, реснитчатые, имеют более чем два вида гамет.
Большинство животных (в частности человек) и растений обычно размножаются половым путем. Половые организмы имеют два набора генов для каждого признака (так называемые аллели). Потомки наследуют одну аллель для каждого признака от каждого из родителей, таким образом, потомки гарантированно имеют комбинацию генов родителей. Наличие двух экземпляров каждого гена часто позволяет организму гарантировать наличие жизнеспособного организма, даже если один из генов поврежден.
Однако, спаривания не обязательно привлекает двух особей, для многих организмов возможно и самооплодотворение. Для описания первого случая используется термин алогамия — оплодотворение яйца от одного индивидуума сперматозоидом другого. Противоположный случай, автогамия или самооплодотворение, встречается в гермафродитных организмах, где сливаются две гаметы одного и того же организма. Хотя в аутогамии и привлекается половой аппарат, потомок получает гены только от одной родительской особи, то есть примером бесполого размножения.
Сравнение двух типов размножения
Организмы, которые размножаются с помощью бесполого механизма, тратят на размножение значительно меньше ресурсов и имеют возможность быстрого увеличения размера популяции. Однако половое размножение также имеет несколько преимуществ, ведь "половые" организмы имеют больше возможностей для адаптации к условиям окружающей среды. Для обеспечения достаточного уровня генетических изменений, приспособление к новым условиям оба типа организмов должны обеспечить определенный уровень мутаций в своих геномах. Однако бесполые организмы при этом теряют первоначальные варианты генов, хранящихся в популяции. Кроме того, организмы с половым размножением могут меняться значительно сильнее, ускоряя процесс эволюции. О преимуществах полового размножения свидетельствует тот факт, что генетический алгоритм, математическая модель, построенная на его основе, имеет значительные преимущества для поиска минимума на сложной многомерной поверхности, чем эволюционные алгоритмы, аналогичные бесполое размножение.
Многие организмы могут размножаться как половым путем, так и бесполым. Тли, слизистые грибы, актинии, некоторые виды морских звезд и большинство растений имеют возможность размножаться почкованием или фрагментацией.
Когда внешние факторы благоприятны, обычно используется бесполое размножение, максимально эксплуатируя ресурсы окружающей среды. Популяция в таком случае экспоненциально растет, а бесполое размножение предпочитает быстрого роста.
Когда источники пищи истощаются, климат ухудшается или возникает другая неблагоприятное изменение, эти организмы переключаются на половую форму размножения. Половое размножение гарантирует смешивания генофонда вида. Изменения, полученные потомками в результате полового размножения, позволяют некоторым индивидуумам лучше приспособиться к выживанию в новых условиях и обеспечивают механизм отборной адаптации. Кроме того, половое размножение часто приводит к образованию устойчивой жизненной стадии, которая может выдержать условия, угрожающие потомкам, полученным бесполым путем. Поэтому семена, споры, яйца, куколки и другие «зимующие» стадии гарантируют выживание в течение неблагоприятного времени и дают возможность организму «ждать» улучшения внешних условий.
Бесполое размножение возникло гораздо раньше половую в процессе эволюции. Считается, что это был первый тип размножения, возникший в момент получения организмами индивидуальности. Хотя преимущества полового размножения среди многоклеточных организмов хорошо известны, их количественный вклад и эволюция полового размножения все еще активно исследуются.
Стратегии размножения
K- и r-стратегии
Некоторые организмы, как, например, человек, достигают половой зрелости только через довольно значительный отрезок времени после рождения, но и во время нее дают небольшое количество потомков. Другие воспроизводят быстро, но при обычных обстоятельствах большинство потомков не доживают до половозрелого состояния. Например, кролик (достигает половой зрелости через 8 месяцев после рождения) дает от 10 до 30 потомков в год, а плодовая муха Drosophila melanogster (достигает половой зрелости через 10 — 14 дней) дает до 900 потомков в год. Эти две главные стратегии известны как, соответственно, K-селекция (немного потомков) и r-селекция (много потомков). Выбранная эволюцией стратегия будет зависеть от разнообразия обстоятельств. Животные с небольшим числом потомков могут посвятить больше ресурсов воспитанию и защиты каждой индивидуальной ребенка, сокращая потребность во многих потомках. С другой стороны, животные со многими потомками могут посвятить меньше ресурсов каждой индивидуальной ребенку. Многие из этих детей погибнут вскоре после рождения, но обычно остается достаточное количество для поддержания постоянства популяции.
Многоплодные и одноплодные организмы
Другим типом стратегий воспроизведения многоклеточных организмов является одноплодные и многоплодные стратегии. Одноплодные организмы (однолетние и двухлетние растения, многие насекомые и несколько позвоночных животных, в том числе горбуша и угорь) размножаются в течение одного акта за всю жизнь организма. Многоплодные организмы (большинство животных, грибов и многолетних растений), с другой стороны, размножаются непрерывно или периодически в течение диапазона половой зрелости, который обычно составляет значительную часть жизни.
Размножение организмов - это репродуктивное воспроизведение подобных себе особей при участии обоих партнеров, поэтому по умолчанию оно считается половым. Это характерный отличительный признак всего живого на Земле. С этим все ясно. А теперь давайте выясним, какое размножение называют бесполым, и какими способами оно происходит.
Прежде чем сформулировать это понятие, отметим, что форма распространена как у многоклеточных, так и у одноклеточных организмов. Кто не в теме, поясним, что к первым относятся растения и грибы, а ко вторым - простейшие живые организмы (например, амебы). Название этого способа репродукции говорит само за себя - без участия половых клеток. Именно так размножаются амебы, инфузории-туфельки и другие простейшие. Заметим, что это сводит изменчивость организма на нет. Единственная «лазейка» в естественном отборе одноклеточных организмов - это лишь случайные мутации.
Итак, размножение у растений и животных, происходящее бесполым способом - это воспроизведение себе подобных, не связанное с обменом между двумя особями информацией генетического характера.
Способы бесполого размножения
После того, как мы разобрались, какое размножение называют бесполым, не лишним будет и упомянуть о его способах, коих достаточно много. Первый - это деление. Из одной особи, например, амебы образуются две другие - дочерние. Ядро начинает делиться, при этом цитоплазма начинает распадаться на две части.Второй способ - это размножение спорами или спорообразование. Для него необходимы споры таких как растения или грибы. Важно! Споры бактерий в размножении не участвуют, поскольку одна бактерия способна образовать только одну спору.
Следующий способ - почкование. Так размножается, например, кишечнополостное простейшее - гидра. Дочерние особи формируются из «материнского» тела. Кстати, почкование и деление относятся к особому способу бесполого размножения - вегетативному. Более подробно об этом мы расскажем ниже.
Фрагментированным способом бесполого размножения обладают, например, Происходит это так: организм «матери» начинает делиться на части. Каждая из них становится дочерним организмом.
у животных и растений
Особенный способ бесполого и низших животных - вегетативный. Репродукция происходит посредством вегетативных органов, таких как корни, листья или Например, малина размножается корнями (см.рисунок), фиалка - листьями, и так далее. Кстати, наибольшей популярностью этот способ репродукции пользуется среди дикорастущих растений.
С точки зрения биологии, этот процесс размножения объясняется стремлением растения к восстановлению своих утраченных частей. Размножение вегетативным способом может проходить как естественно, так и искусственно, например, при помощи человека. Таким способом репродукции обладают и многие растения, способные размножаться половым путем. У животных же вегетативным способом осуществляется деление или почкование.
Итак, довольно большое количество репродуктивных способов на собственных примерах показывают нам, какое размножение называют бесполым.
