§ 21. Воспроизведение организмов

Определения и обозначения

Бесполое размножение — образование новых организмов без слияния половых клеток. Потомок развивается из одной клетки или части одного родительского организма. К способам относятся деление клетки, почкование, спорообразование и вегетативное размножение; конкретный способ зависит от группы организмов. Это понятие помогает распознать случаи, когда для появления потомства не нужны гаметы.

Половое размножение — появление потомства в результате объединения наследственного материала родительских организмов. Обычно это происходит при слиянии мужской и женской половых клеток. Гаметы доставляют в будущий организм наследственную информацию родителей. Такой способ важен тем, что новые сочетания наследственных особенностей делают потомство разнообразным.

Гамета — специализированная половая клетка с одинарным набором хромосом, обозначаемым n. В отличие от большинства клеток тела, которые имеют двойной набор (2n), гамета несёт по одной хромосоме из каждой пары. Гаметы образуются до оплодотворения и предназначены для слияния. Одинарный набор позволяет объединить наследственную информацию двух клеток, не удваивая число хромосом при каждом поколении.

Оплодотворение — слияние мужской и женской гамет с образованием зиготы, первой клетки нового организма. Каждая гамета приносит одинарный набор хромосом, поэтому при их объединении получается двойной: n + n = 2n. Зигота получает наследственный материал от обеих гамет. Это определение помогает не путать образование половых клеток с их последующим слиянием.

Как это устроено

Размножение обеспечивает появление новых организмов, а значит, вид может продолжаться даже после гибели отдельных особей. Вместе с клетками потомку передаётся наследственная информация — сведения, влияющие на строение и особенности организма. Если бы организмы не размножались, сменяющееся поколение не могло бы поддерживать существование вида. Поэтому размножение связано и с передачей наследственных признаков, и с обновлением поколений.

При бесполом размножении новый организм развивается из одной клетки либо из части родительского организма. Например, при почковании вырастает новый организм, а при вегетативном размножении растения могут дать потомство из побега или другого органа. Слияния гамет здесь не происходит, потому что исходная клетка или часть тела уже содержит наследственную информацию, необходимую для развития. Деление клеток увеличивает число клеток потомка; у многих эукариот этот процесс связан с митозом, а у бактерий клетка делится иначе.

При половом размножении гаметы обычно формируются посредством мейоза — деления, при котором число хромосом уменьшается вдвое. Поэтому гамета имеет одинарный набор n, тогда как обычные клетки тела многих организмов имеют двойной набор 2n. Если бы половые клетки сохраняли двойной набор, после их слияния число хромосом удваивалось бы в каждом поколении. Одинарный набор гамет предотвращает это: при оплодотворении два набора складываются и в зиготе снова становится 2n.

При слиянии гамет образуется зигота, в которой соединён наследственный материал обоих родителей. Далее зигота делится и развивается, а сочетание полученных от родителей вариантов наследственной информации влияет на признаки потомка. Поэтому потомок обычно не является точной копией одного из родителей: он получает материал от двух гамет, а их сочетание отличается от исходных сочетаний в родительских организмах. Так половое размножение создаёт наследственную изменчивость — различия между организмами одного вида.

Бесполое размножение часто позволяет быстро увеличить число организмов: достаточно одного родителя, и не требуется слияние гамет. Однако потомство обычно наследственно сходно с ним, поэтому при перемене условий у многих потомков могут оказаться одинаковые уязвимости. Половое размножение требует образования и встречи гамет, но создаёт различные сочетания наследственных признаков. Это разнообразие может повысить вероятность того, что часть потомства окажется приспособленной к изменившейся среде.

Сравнение бесполого и полового размножения

Сначала определите, откуда развивается потомок: из части организма или после слияния гамет. Затем сравните, откуда он получает наследственный материал и насколько может отличаться от родителей. Таблица показывает общие закономерности: у разных организмов конкретные способы и детали размножения могут различаться.

Разбор задач

Задача 1. У гидры из выроста на теле развивается новый организм. Определите способ размножения и объясните, участвуют ли в нём гаметы. Нужно обратить внимание не на число будущих организмов, а на то, из чего именно развивается потомок.

1. Новый организм появляется из выроста — части тела одной гидры. Это признак развития потомка из родительского организма, а не результат слияния половых клеток.
2. Такой способ называется бесполым размножением; у гидры он происходит почкованием. Проверяем определение: отдельный родитель есть, а объединения наследственного материала гамет нет.
3. Поскольку для возникновения потомка не требуется слияние мужской и женской половых клеток, гаметы в описанном случае не участвуют.

Ответ: бесполое размножение почкованием; гаметы и оплодотворение не участвуют.

Задача 2. У организма образуются гаметы с одинарным набором из 12 хромосом. Сколько хромосом будет в зиготе после их слияния? Чтобы решить задачу, нужно установить, сколько наборов соединяется при оплодотворении, а затем сложить числа хромосом.

1. В одной гамете содержится 12 хромосом. При оплодотворении сливаются две гаметы, и каждая приносит свой одинарный набор.
2. Складываем их число: 12 + 12 = 24. Следовательно, в зиготе восстанавливается двойной набор, состоящий из 24 хромосом.

Ответ: 24 хромосомы.

Задача 3. Сравните два способа размножения одного вида: в первом потомство развивается из части родительского организма, во втором — после слияния гамет. Укажите способ в каждом случае и объясните различия в наследственном сходстве потомства. Здесь важно соотнести каждый способ с источником наследственной информации, а не только назвать термины.

1. Развитие потомка из части родительского организма без указания на слияние гамет соответствует бесполому размножению. Потомок получает наследственную информацию от одного организма и обычно наследственно сходен с ним.
2. Развитие после слияния гамет соответствует половому размножению. Зигота получает наследственный материал от обеих гамет, поэтому у потомка возникает новое сочетание признаков.
3. Сравниваем результат: при бесполом способе потомки обычно более сходны между собой и с родителем, а при половом чаще различаются. Это общая закономерность, а не утверждение, что любые два потомка обязательно будут заметно отличаться.

Ответ: в первом случае — бесполое размножение, во втором — половое; при половом потомство обычно наследственно разнообразнее.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что для любого размножения нужны два родителя. Так думают, потому что привычно связывают появление потомства с участием самца и самки; однако при бесполом размножении потомок может развиться от одного организма. Проверьте себя вопросом: описано ли слияние гамет? Если нет, два родителя не являются обязательным условием.

Ошибка — называть гаметой любую клетку организма. Путают, потому что гаметы тоже клетки, но это специализированные половые клетки с одинарным набором хромосом. Проверьте, выполняет ли клетка функцию слияния при оплодотворении и указан ли у неё одинарный набор; обычная клетка тела не становится гаметой только потому, что принадлежит организму.

Ошибка — смешивать образование гамет с оплодотворением. Эти процессы связаны, поэтому их иногда воспринимают как одно событие, но гаметы сначала образуются, а затем могут слиться. Чтобы проверить последовательность, спросите: речь идёт о формировании половой клетки или о соединении двух клеток и появлении зиготы? Только второе называется оплодотворением.

Ошибка — считать потомство при половом размножении генетически одинаковым с родителями. Такое впечатление возникает из-за того, что часть признаков потомок действительно может унаследовать от каждого родителя. Но наследственная информация поступает от обеих гамет и образует новое сочетание. Проверьте себя: если участвовали две гаметы, потомок не является точной копией только одного родителя.

Связь с другими темами

Для понимания размножения нужно знать, что наследственная информация связана с хромосомами, а наборы хромосом бывают одинарными и двойными. Тема связана с делением клеток: митоз помогает клеткам расти и участвует в развитии организма, а мейоз обычно образует гаметы. Эти знания пригодятся при изучении наследственности и изменчивости, развития организмов и эволюции: разнообразие потомства влияет на то, как виды могут отвечать на изменения среды.

Что запомнить

• Размножение обеспечивает появление новых организмов и продолжение существования вида.
• При бесполом размножении слияния гамет нет.
• Половое размножение связано с образованием и слиянием гамет.
• Гаметы имеют одинарный набор хромосом.
• При оплодотворении образуется зигота с двойным набором хромосом.
• Половое размножение способствует наследственной изменчивости потомства.