§39. Формы размножения организмов

Определения и обозначения

Размножение — процесс образования организмами новых особей, обеспечивающий продолжение существования вида. Оно позволяет популяции восполнять потери и передавать наследственную информацию следующим поколениям. Способы размножения различаются тем, образуются ли новые особи с участием половых клеток.

Бесполое размножение — образование потомства без слияния гамет; обычно в нём участвует одна родительская особь. Новая особь развивается из клетки или части тела родителя, поэтому способ особенно эффективен, когда условия среды долго остаются подходящими. Потомки обычно похожи на родителя, хотя не обязательно совершенно одинаковы.

Половое размножение — образование потомства при слиянии гаплоидных гамет с формированием зиготы. Гаплоидными называют клетки с одинарным набором хромосом, а зигота восстанавливает двойной набор. Такое сочетание наследственной информации даёт потомству новые комбинации признаков.

Партеногенез — развитие нового организма из неоплодотворённой яйцеклетки. Это особый способ развития, при котором яйцеклетка начинает развиваться без слияния со сперматозоидом. Понятие помогает отличить такой процесс от обычного оплодотворения, хотя начало развития связано с половой клеткой.

Как это устроено

При бесполом размножении новая особь возникает из клетки или части тела родительского организма. Гаметы не нужны, потому что для начала развития не требуется соединять наследственный материал двух половых клеток: исходная клетка или ткань уже содержит необходимые клеточные структуры. Поэтому бесполое размножение часто происходит быстрее, чем процессы с образованием и встречей гамет.

При делении исходная клетка разделяется, и из её частей возникают дочерние клетки, которые у одноклеточных становятся новыми организмами. При почковании на родителе вырастает участок-кнопка, или почка, которая затем отделяется либо остаётся соединённой с ним. При спорообразовании организм производит споры — клетки, способные прорасти в новых условиях; спора не сливается с гаметой, поэтому само спорообразование относится к бесполому размножению.

Фрагментация начинается с разделения тела на части, после чего каждая часть при подходящих условиях восстанавливает недостающие структуры и может дать начало особи. При вегетативном размножении новое растение развивается из вегетативного органа или его части — например, клубня, луковицы, корневища или побега. Во всех этих случаях потомок образуется из материала одного родителя, а не из зиготы.

Гаметы образуются в специальных клетках или органах, а их гаплоидный набор обычно возникает в результате мейоза — деления, при котором число хромосом уменьшается вдвое. Благодаря этому при слиянии двух гамет число хромосом не удваивается в каждом поколении: их наборы объединяются, и формируется диплоидная зигота. Оплодотворение — именно слияние гамет, а не процесс их образования.

При изогамии сливаются сходные по размеру и строению гаметы, которые могут различаться по типу совместимости. При анизогамии гаметы неодинаковы по размеру, хотя обе могут быть подвижными. Оогамия — вариант, при котором крупная неподвижная яйцеклетка сливается с гораздо более мелким подвижным сперматозоидом.

Бесполое размножение помогает быстро увеличить численность, если условия среды стабильны и уже подходят родительскому организму. Половое размножение обычно создаёт новые сочетания наследственных вариантов, поэтому потомки могут различаться между собой и с родителями. Такое разнообразие повышает вероятность того, что часть популяции окажется приспособлена к изменившейся среде.

Сравнение бесполого и полового размножения

Таблица показывает, по каким признакам удобнее различать две формы размножения. Сначала проверьте наличие гамет и оплодотворения, а затем сравните способы и наследственное сходство потомства. При оценке преимуществ учитывайте условия среды: один способ не является лучшим во всех ситуациях.

Разбор задач

Задача 1

У одноклеточного организма одна клетка разделилась на две дочерние. Определите форму размножения и укажите, участвуют ли в процессе гаметы.

1. Установим, что именно произошло: исходная клетка разделилась на две части.
2. Сопоставим это с механизмами размножения: образование дочерних клеток из одной исходной клетки — деление.
3. Проверим, было ли слияние половых клеток. В условии о гаметах и оплодотворении не сказано, а для деления они не нужны.

Ответ: это бесполое размножение делением; гаметы не участвуют.

Задача 2

У растения новый организм развился из клубня. Определите способ размножения и объясните, почему его относят к бесполому.

1. Клубень — вегетативный орган растения, а не гамета.
2. Новый организм развивается из части самого растения, поэтому способ относится к вегетативному размножению.
3. Проверим наличие оплодотворения: для развития из клубня слияние гамет и образование зиготы не требуются.

Ответ: это вегетативное, а значит бесполое размножение, потому что потомок развивается из части родительского растения без слияния гамет.

Задача 3

В опыте слили две гаметы с разными наборами наследственной информации. Объясните, как образуется зигота и чем ожидаемое потомство будет отличаться от потомства при бесполом размножении.

1. Каждая гамета содержит одинарный набор хромосом, то есть является гаплоидной.
2. При оплодотворении гаметы сливаются, их наследственная информация объединяется, и образуется зигота с двойным набором хромосом.
3. Из-за сочетания информации двух гамет потомок получает новую комбинацию признаков; при бесполом размножении такого объединения гамет нет, поэтому потомки обычно сильнее похожи на родителя.

Ответ: слияние гаплоидных гамет образует диплоидную зиготу. Потомство при половом размножении обычно наследственно разнообразнее, чем при бесполом.

Типичные ошибки

• Ошибка — считать, что при любом размножении обязательно участвуют две особи. Так думают, потому что половое размножение часто связывают со встречей родителей, но при бесполом достаточно одной особи. Проверьте себя: выясните, возникает ли потомок без слияния гамет.

• Ошибка — называть спорообразование половым размножением только потому, что образуются споры. Путаница возникает из-за сходства слов «спора» и «сперматозоид», но спора не является гаметой. Спросите себя, сливаются ли клетки: если нет, спорообразование бесполое.

• Ошибка — путать образование гамет с оплодотворением. Эти процессы легко объединить, потому что оба связаны с половыми клетками, однако гаметы сначала формируются, а затем могут слиться. Чтобы проверить ответ, расположите события по порядку: образование гамет, их слияние, появление зиготы.

• Ошибка — считать потомство при бесполом размножении абсолютно неизменным. Оно обычно похоже на родителя, поэтому кажется, что различия невозможны, но в наследственном материале могут возникать мутации. Проверяйте формулировку: «обычно сходны» точнее, чем «всегда одинаковы».

Связь с другими темами

Для понимания размножения важно знать различия между митозом и мейозом. Митоз сохраняет число хромосом в дочерних клетках, а мейоз уменьшает его вдвое при образовании гамет. Эти знания помогают проследить, почему слияние гаплоидных гамет восстанавливает диплоидный набор.

Тема связана с наследственной изменчивостью: новые сочетания наследственной информации возникают при половом размножении. Она также помогает разбирать жизненные циклы и способы размножения растений, грибов и животных. Сравнивая группы организмов, можно определить, на каком этапе образуются споры, гаметы или новые особи.

Что запомнить

• Размножение обеспечивает появление новых особей и продолжение существования вида.
• При бесполом размножении слияния гамет нет.
• Деление, почкование, спорообразование, фрагментация и вегетативное размножение — способы бесполого размножения.
• Половое размножение связано со слиянием гаплоидных гамет и образованием зиготы.
• Изогамия, анизогамия и оогамия различаются особенностями сливающихся гамет.
• Половое размножение обычно повышает наследственную изменчивость потомства.
• При партеногенезе организм развивается из неоплодотворённой яйцеклетки.