§ 22. Бесполое и половое размножение

Определения и обозначения

Бесполое размножение — увеличение числа особей без образования и слияния гамет; обычно в нём участвует одна родительская особь. Новая особь развивается из её клетки или части тела. Это определение помогает отличить размножение от полового: здесь не объединяются половые клетки.

Половое размножение — появление потомства в результате образования и слияния половых клеток; обычно оно связано с участием двух родителей. Гаметы могут образоваться у разных организмов или у одного организма. Для распознавания полового размножения решающим признаком служит именно их слияние.

Гамета — половая клетка с гаплоидным набором хромосом, обозначаемым n. Яйцеклетка обычно крупная и неподвижная, а сперматозоид — более мелкий и подвижный. Различия связаны с их ролями: яйцеклетка содержит запас веществ, а сперматозоид доставляет наследственный материал.

Оплодотворение — слияние мужской и женской гамет с образованием зиготы. В зиготе соединяется наследственный материал обеих гамет, и обычно восстанавливается диплоидный набор хромосом (2n). Понимание этого процесса позволяет проследить, как от половых клеток возникает начало нового организма.

Как это устроено

При бесполом размножении новая особь возникает из одной родительской без слияния гамет. Её клетки получают наследственный материал при делении клеток родителя, поэтому набор генов обычно сохраняется. В результате потомки, как правило, генетически сходны и друг с другом, и с исходным организмом. Однако сходство не означает абсолютной одинаковости: мутации могут менять отдельные участки наследственного материала.

Деление, почкование, образование спор и вегетативное размножение — разные способы бесполого размножения. При делении родительская клетка разделяется, при почковании на теле возникает и развивается вырост. Спора способна прорасти в новый организм, а при вегетативном размножении он образуется из части растения, например клубня. Все эти способы объединяет то, что новая особь развивается из клетки или части организма, а не из зиготы.

При половом размножении гаметы образуются в результате мейоза — деления, при котором число хромосом уменьшается вдвое. Поэтому гамета содержит один набор хромосом, тогда как клетки тела организма обычно имеют два. Уменьшение необходимо, чтобы при последующем слиянии половых клеток число хромосом не удваивалось в каждом поколении. Например, если клетки тела имеют 2n = 24, гаметы несут n = 12.

При оплодотворении гаплоидные наборы мужской и женской гамет соединяются. Так образуется зигота с диплоидным набором: один набор хромосом получен от каждой гаметы. Зигота делится и развивается в новый организм. Чередование мейоза и оплодотворения позволяет поддерживать характерное для вида число хромосом: мейоз уменьшает набор, а оплодотворение восстанавливает его.

При половом размножении потомок получает сочетание наследственного материала двух гамет. Из-за такого сочетания потомки могут отличаться друг от друга и от родителей, то есть разнообразие обычно выше, чем при бесполом размножении. При бесполом способе потомки наследуют материал одной родительской особи и чаще оказываются сходными. Это различие важно для понимания изменчивости, хотя мутации способны вносить различия и в бесполую группу потомков.

Сравнение бесполого и полового размножения

Чтобы определить тип размножения, сначала проверь, образуются ли гаметы и происходит ли их слияние. Затем сравни, из чего развивается новая особь и как формируется её наследственный материал. Таблица показывает общие закономерности: слова «обычно» нужны потому, что биологические процессы могут различаться у разных организмов.

Разбор задач

Задача 1. Бактерия разделилась на две дочерние клетки. Определите тип размножения и объясните, участвуют ли в нём гаметы.

1. Установим, что стало источником новых особей: одна исходная клетка разделилась на две.
2. Проверим наличие гамет: в описанном процессе они не образуются и не сливаются.
3. Сопоставим признаки: деление одной клетки без слияния гамет относится к бесполому размножению.

Ответ: это бесполое размножение делением; гаметы в нём не участвуют.

Задача 2. У растения новая особь выросла из клубня. Определите способ размножения и укажите, почему потомок обычно сходен с исходным растением.

1. Клубень — часть растения, из которой может развиться новая особь.
2. Поскольку потомок возник из части организма, а не из зиготы, это вегетативное размножение.
3. При таком процессе нет слияния гамет и сочетания наследственного материала двух родителей. Поэтому потомок обычно генетически сходен с исходным растением, хотя мутация может привести к отличиям.

Ответ: вегетативное размножение, относящееся к бесполому; сходство объясняется развитием из части одного родительского растения без слияния гамет.

Задача 3. У организма диплоидный набор составляет 2n = 24. Определите набор хромосом в его гаметах и зиготе после оплодотворения; объясните, как сохраняется число хромосом вида.

1. Диплоидный набор состоит из двух наборов, поэтому число хромосом в одной гамете вдвое меньше: n = 24 ÷ 2 = 12.
2. При оплодотворении сливаются две гаметы: 12 + 12 = 24. Следовательно, зигота получает 2n = 24.
3. Объясним сохранение числа: мейоз уменьшает набор перед образованием гамет, а оплодотворение объединяет два гаплоидных набора.

Ответ: гаметы имеют n = 12, зигота — 2n = 24. Число хромосом не удваивается в каждом поколении благодаря чередованию мейоза и оплодотворения.

Типичные ошибки

Неверно считать, что размножение одной особи обязательно бесполое. Так думают, потому что число родителей кажется очевидным признаком, но у некоторых организмов гаметы могут образовываться в одном организме и сливаться. Проверь себя вопросом: происходило ли образование и слияние гамет? Если да, процесс половой, даже если гаметы сформировались у одной особи.

Деление клетки иногда называют оплодотворением, поскольку оба процесса связаны с изменением числа клеток или организмов. Но при делении одна клетка образует дочерние, а при оплодотворении сливаются две гаметы и возникает зигота. Чтобы не путать процессы, выясни, клетка разделилась или две половые клетки объединились. Во втором случае речь идёт об оплодотворении.

Нельзя утверждать, что потомки при бесполом размножении всегда абсолютно одинаковы. Обычно они генетически сходны, потому что происходят от одного родителя без слияния гамет, но мутации способны создать различия. Проверяй формулировку: слово «обычно» точнее, чем «всегда». Оно учитывает возможность изменений в наследственном материале.

Ошибочно думать, что оплодотворение удваивает число хромосом в каждом поколении. Это впечатление возникает, если учитывать только объединение двух наборов гамет и забыть о мейозе. Сначала мейоз уменьшает набор вдвое, затем оплодотворение соединяет два одинарных набора. Проверь расчёт: при 2n = 24 гаметы имеют n = 12, а зигота снова получает 24 хромосомы.

Связь с другими темами

Для понимания размножения нужно знать, чем митоз отличается от мейоза, а также что означают гаплоидный и диплоидный наборы хромосом. Митоз помогает объяснить деление клеток и развитие организма, а мейоз — появление гамет с половинным набором. Тема продолжает изучение наследственности и изменчивости: при половом размножении сочетание материала гамет повышает разнообразие потомства. Эти различия важны и для эволюции, поскольку наследственные варианты могут по-разному влиять на выживание организмов.

Что запомнить

• Бесполое размножение происходит без слияния гамет.
• При бесполом размножении новая особь развивается от одного родительского организма.
• Вегетативное размножение — один из способов бесполого размножения.
• Гаметы образуются с гаплоидным набором хромосом.
• При оплодотворении гаметы сливаются и образуют зиготу.
• Мейоз и оплодотворение обеспечивают сохранение характерного для вида числа хромосом.
• Половое размножение обычно создаёт больше наследственного разнообразия потомства.