19. Размножение: бесполое и половое

Определения и обозначения

Размножение — способность организмов производить потомство. Оно обеспечивает продолжение существования вида, когда отдельные особи умирают. Различают бесполое и половое размножение по тому, участвуют ли в образовании потомка половые клетки и происходит ли их слияние.

Бесполое размножение — появление нового организма без слияния гамет, обычно от одной родительской особи. Потомок получает наследственный материал от неё и, как правило, сходен с ней. Это понятие помогает описывать способы быстрого увеличения численности, например деление клетки или образование почек.

Половое размножение — образование потомства, связанное со слиянием гамет. Гаметы — половые клетки, несущие наследственную информацию; после их слияния возникает зигота, из которой развивается новый организм. Эти понятия нужны, чтобы проследить, откуда берётся наследственный материал потомка и почему он может отличаться от родителей.

Оплодотворение — слияние мужской и женской гамет с образованием зиготы. Оно объединяет наследственный материал двух клеток и обычно восстанавливает характерное для вида число хромосом. Термин помогает отличить собственно слияние клеток от последующего развития зародыша.

Как это устроено

При бесполом размножении потомок развивается из одной исходной клетки или части организма, поэтому второй родитель и слияние клеток не нужны. Например, одноклеточная бактерия делится надвое после удвоения наследственного материала. Такой способ может быстро увеличить численность, потому что каждая подходящая особь способна дать начало потомству, не тратя время на поиск партнёра.

К бесполому размножению относятся разные процессы, хотя общий принцип у них один — потомок возникает без оплодотворения. При почковании на родительском организме образуется вырост, который растёт и может отделиться; при фрагментации новый организм развивается из части тела. У растений вегетативное размножение происходит с помощью побегов, корней или листьев, а споры служат клетками, способными дать начало новому организму. Различия в способах позволяют организмам размножаться в разных условиях и использовать разные части своего тела.

Генетическое сходство потомка с родителем при бесполом размножении объясняется тем, что наследственный материал обычно копируется, а не смешивается с материалом другой особи. Однако копирование не абсолютно безошибочно: мутации могут изменить последовательность ДНК и вызвать различия. Поэтому корректнее говорить, что потомки обычно очень похожи, а не что они всегда полностью идентичны.

При половом размножении сначала образуются гаметы. У многих организмов они формируются в результате мейоза — особого деления, при котором число хромосом в клетках уменьшается вдвое. Это необходимо, чтобы после слияния двух гамет у зиготы восстановилось обычное для вида число хромосом, а оно не удваивалось в каждом поколении.

Во время оплодотворения наследственный материал гамет объединяется в зиготе. Разные варианты генов родителей могут сочетаться по-новому, поэтому потомки одной пары обычно не являются точными копиями друг друга. Такое разнообразие полезно популяции: если условия среды меняются, некоторые особи могут оказаться лучше приспособлены. При этом половое размножение требует образования гамет и встречи партнёров или гамет, поэтому оно нередко медленнее и затратнее бесполого.

Бесполый и половой способы не обязательно исключают друг друга у одного вида. Некоторые организмы используют бесполое размножение, когда условия благоприятны и нужно быстро увеличить численность, а половое — для получения разнообразного потомства. Какой способ преобладает, зависит от особенностей организма и среды, поэтому сравнивать их нужно не как «лучший» и «худший», а по тому, какую задачу каждый решает.

Сравнение бесполого и полового размножения

Сначала определите, есть ли образование и слияние гамет: это главный признак полового способа. Затем сравните происхождение наследственного материала и ожидаемое разнообразие потомков. Таблица показывает общие закономерности, но конкретный способ размножения зависит от вида.

Разбор задач

Условие. У садовода есть один куст земляники. Он укоренил несколько усов, и из них выросли новые растения. Нужно определить, какой это способ размножения, сколько родительских растений непосредственно участвует в образовании каждого нового растения и чего ожидать от сходства потомства с кустом.

Решение. Чтобы классифицировать способ, не достаточно заметить, что у растений вообще бывает половое размножение. Нужно выяснить, из чего именно развилось новое растение в описанном случае. В задаче названы усы — видоизменённые побеги, а не семена, возникающие после оплодотворения.

1. Находим исходную структуру: новое растение сформировалось из уса материнского куста. Значит, потомок возник из части растения, а не из зиготы.

2. Проверяем участие гамет. В условии нет образования пыльцы и яйцеклетки, их слияния или развития семени, следовательно, оплодотворение для этого способа не требуется.

3. Называем способ: это вегетативное размножение, то есть бесполое размножение с помощью органов растения. Непосредственно новый куст получен от одного родительского растения.

4. Делаем вывод о наследственном сходстве. Новые растения обычно сходны с материнским кустом, поскольку получили наследственный материал от него; абсолютное совпадение не гарантировано из-за возможных мутаций.

Ответ. Земляника размножилась бесполым, вегетативным способом с помощью усов. Для образования каждого нового растения достаточно одного родительского куста; потомки обычно наследственно сходны с ним. Если бы растения выросли из семян после оплодотворения, речь шла бы о половом размножении.

Типичные ошибки

• Считать, что любое размножение растений бесполое. Так думают, потому что у растений заметны клубни, усы и черенки, но растения могут размножаться и половым способом. Проверьте себя: если новый организм развивается из семени после оплодотворения, способ связан с половым размножением.

• Называть потомков при бесполом размножении абсолютно одинаковыми. Такое упрощение возникает из-за копирования наследственного материала, но мутации способны создавать различия. Проверка: используйте формулировку «обычно генетически сходны», а не «всегда полностью одинаковы».

• Путать образование гамет с оплодотворением. Гаметы образуются заранее, а оплодотворение — их слияние; это разные этапы. Проверка: спросите, произошло ли слияние клеток и образовалась ли зигота.

• Считать один способ размножения безусловно лучшим. Ошибка появляется, если оценивать только скорость или только разнообразие потомства. Проверка: учитывайте условия среды и задачу организма — быстро увеличить численность или получить наследственно разнообразное потомство.

Связь с другими темами

Размножение связано с передачей наследственной информации: при делении клеток ДНК копируется, а при половом процессе наследственный материал родителей сочетается. Для понимания образования гамет важны знания о мейозе и хромосомах, а для развития зиготы — о митозе и росте клеток.

Разнообразие потомков при половом размножении связано с наследственной изменчивостью, на которую действует естественный отбор. Поэтому способы размножения помогают объяснить не только увеличение численности организмов, но и изменения популяций в ходе эволюции.

Что запомнить

• Размножение обеспечивает появление потомства и продолжение существования вида.

• Бесполое размножение происходит без слияния гамет; потомки обычно сходны с родителем.

• Половое размножение связано со слиянием гамет и образованием зиготы.

• Мейоз уменьшает число хромосом в гаметах вдвое, а при оплодотворении набор восстанавливается.

• Бесполый способ обычно позволяет быстро увеличить численность, а половой создаёт наследственное разнообразие.

• Выбор способа зависит от особенностей организма и условий среды.