Размножение и развитие живых организмов

Размножение — одно из основных свойств живого, под которым понимают способность живых организмов воспроизводить себе подобных, обеспечивая непрерывность и преемственность жизни в ряду поколений. Оно обеспечивает длительное сохранение видов и непрерывность самой жизни. Существуют два основных вида размножения: бесполое и половое.

При бесполом размножении в воспроизведении себе подобного участвует только одна родительская особь, из части тела которой развиваются дочерние организмы. Их генотипы совершенно идентичны (соответствуют) родительскому. Бесполое размножение позволяет быстро увеличивать число особей. Различают два вида бесполого размножения: вегетативное и спорообразование.

• а) Вегетативное размножение осуществляется вегетативными частями тела организмов. У одноклеточных (бактерии, вирусы, простейшие, водоросли) размножение осуществляется путем деления клеток на две или множество частей. У многоклеточных растений возможно развитие нового организма из обрывков нити (водоросли), мицелия (грибы), кусочков слоевища (лишайники). У цветковых растений новые особи могут образовываться из вегетативных органов: стебля (ива, смородина), листьев (фиалка, бегония), корней (вишня, осот), клубней (картофель), луковиц (лук, тюльпан), корневищ (пырей, ландыш), усов (земляника). Вегетативное размножение у животных наблюдается реже и происходит путем почкования. Почкование — это один из способов вегетативного размножения. На материнском организме первоначально появляется небольшой бугорок, который, постепенно увеличиваясь, достигает размеров материнского организма и отделяется от него (гидра).
• б) Спорообразование — это вид бесполого размножения, при котором на материнском организме образуются специализированные клетки — споры, прорастающие в новые особи. При этом обеспечивается быстрое увеличение численности организмов. У водорослей и грибов споры могут образовываться из любой клетки организма, а у высших растений — из специализированных клеток в специализированных органах. В животном мире спорогония происходит у представителей класса споровиков.

При половом размножении происходит объединение генетической информации двух родительских организмов в одной особи. В основе полового размножения лежит половой процесс, то есть обмен генетической информацией между особями обоего пола одного вида либо ее объединение.

При половом размножении происходит образование специализированных половых клеток (гамет) и последующее их слияние. Таким образом половой процесс и половое размножение совмещаются. При слиянии зрелых половых клеток образуется зигота (новая клетка), из которой развивается новый дочерний организм. По достижении половой зрелости новый организм в свою очередь производит гаметы, которые дают начало следующим потомкам. Так осуществляется преемственность поколений.

Процесс образования половых клеток называется гаметогенезом (от слов: гамета — клетка и генез — развитие). Формирование яйцеклеток (овогенез) происходит в женских половых железах — яичниках, сперматозоидов (сперматогенез) — в семенниках.

Сперматозоиды всегда меньше яйцеклеток и подвижны. Они состоят из головки, шейки и хвостика. В головке находится ядро с набором хромосом и небольшое количество цитоплазмы с комплексом Гольджи. В цитоплазме шейки сосредоточены митохондрии, вырабатывающие энергию для движения хвостика.

Яйцеклетка обычно крупная, круглая и неподвижная, имеет оболочку, большое количество цитоплазмы и ядро с набором хромосом. В цитоплазме содержится определенное количество питательных веществ в виде желтка, необходимого для развития зародыша. У млекопитающих и человека яйцеклетки содержат мало желтка, так как развитие зародыша идет в матке за счет питательных веществ материнского организма.

Половые клетки не равноценны с точки зрения «вклада» в обеспечение развития будущего организма. Сперматозоид вносит в яйцеклетку генетическую информацию и центросому, активизирует ее развитие. Яйцеклетка, помимо генетической информации, содержит все основные факторы, позволяющие организму развиваться и запас питательных веществ.

Процесс, обеспечивающий встречу сперматозоидов и яйцеклеток называется осеменением. Осеменение бывает наружным и внутренним. При наружном осеменении сперматозоиды и яйцеклетки выбрасываются в воду, где происходит их встреча (рыбы и земноводные). Для наземных животных (пресмыкающихся, птиц и млекопитающих, а также человека) характерно внутреннее осеменение, при котором самцы с помощью специальных органов вводят сперматозоиды в половые пути самки.

После осеменения происходит оплодотворение, то есть слияние мужской и женской половых клеток с образованием зиготы, в которой каждая пара хромосом представлена одной материнской и одной отцовской. Вопрос о непарных X и Y хромосомах в зиготе, определяющих пол будущей особи, в настоящее время изучается генетиками. Природой предусмотрено соответствующее количество мужских клеток женским, обеспечивающее непрерывность и преемственность жизни. После оплодотворения наступает процесс индивидуального развития.

Индивидуальное развитие (онтогенез) — это совокупность процессов развития организма с момента образования зиготы и до смерти. Онтогенез подразделяют на два периода: эмбриональный и постэмбриональный.

а) Эмбриональное развитие начинается с момента оплодотворения яйцеклетки и до рождения или выхода из яйцевых оболочек. После образования зиготы начинается ее деление. Этот процесс называется дроблением, так как с каждым делением увеличивается число клеток зародыша, но размеры его не увеличиваются.

Следующий этап эмбрионального развития — образование двухслойного зародыша. Наружный слой — эктодерма и внутренний слой — энтодерма. Их называют первым и вторым зародышевыми листками. Полость между ними называется бластопорой или первичным ртом. На стадии двух зародышевых листков заканчивается развитие кишечнополостных. У всех остальных типов животных между двумя листками образуется третий зародышевый листок — мезодерма. Зародышевые листки — это отдельные пласты клеток, из которых в дальнейшем развиваются все системы органов. Эктодерма развивается в нервную трубку, кожный эпителий и органы чувств. Энтодерма постепенно обособляется и образует эластичный тяж — хорду. Из остальной части энтодермы образуются эпителий кишечной трубки, пищеварительные железы, органы дыхания. Из мезодермы развиваются кости, хрящи, сухожилия, мышцы, кровеносная, выделительная и половая системы.

б) Постэмбриональное развитие начинается с рождения или выхода из яйцевых оболочек и до смерти. В этот период завершаются формообразовательные процессы, происходит половое созревание, размножение, старение и смерть организма. Постэмбриональное развитие может быть прямым и непрямым.

При прямом развитии появившийся на свет организм похож на взрослую особь, но отличается от нее малыми размерами и недоразвитием некоторых систем органов. Постэмбриональное развитие в этом случае сводится в основном к росту и половому созреванию. Такой тип развития наблюдается у животных, яйцеклетки которых содержат большое количество желтка (рыбы, пресмыкающиеся, птицы) или при внутриутробном развитии (млекопитающие и человек).

При непрямом развитии из яйцевых оболочек в одних случаях выходит личинка, отличающаяся от взрослого животного. Личинка питается, растет, личиночные органы разрушаются и формируются органы взрослого животного. Биологическое значение такого способа развития заключается в том, что организм на стадии личинки растет и развивается не за счет запасных питательных веществ яйцеклетки, а благодаря самостоятельному питанию. Такой тип развития характерен для организмов, яйцеклетки которых содержат малое количество желтка (многие членистоногие, земноводные). В других случаях в процессе развития из яйца выходит личинка, которая превращается в куколку. Куколка неподвижна, самостоятельно не питается, а под ее покровом происходит перестройка всех органов и тканей, заканчивающаяся выходом взрослой особи. Этот тип развития наблюдается у мух, пчел, бабочек.