§ 48. Размножение. Образование гамет, оплодотворение

Определения и обозначения

Размножение — способность организмов производить потомство. Оно бывает бесполым и половым: в первом случае потомок развивается от одной родительской особи без слияния гамет, во втором участвуют половые клетки. Это различие помогает определить, каким способом возник новый организм.

Гамета — половая клетка с одинарным набором хромосом, то есть с одной копией каждой пары хромосом. Женская гамета называется яйцеклеткой, мужская — сперматозоидом. Такой набор нужен, чтобы при слиянии двух гамет количество хромосом не удваивалось в каждом поколении.

Оплодотворение — слияние мужской и женской гамет. При этом соединяются их наследственные наборы, поэтому новая клетка получает материал от обеих гамет. Термин помогает отличать само слияние клеток от процесса образования половых клеток.

Зигота — клетка, которая возникает после оплодотворения и содержит двойной набор хромосом. Она начинает делиться и становится началом нового организма. Поэтому зиготу важно отличать от яйцеклетки и сперматозоида: это результат их слияния, а не отдельная гамета.

Как это устроено

При бесполом размножении потомок развивается от одной родительской особи, и слияния гамет нет. Например, новое растение может вырасти из части побега: эта часть даёт начало организму без образования семени. При половом размножении участвуют гаметы, потому что для начала развития объединяются две половые клетки. Таким образом, способ размножения определяют не по числу выросших потомков, а по участию гамет.

Гаметы образуются из клеток-предшественников, в которых набор хромосом двойной. Во время созревания число хромосом в половой клетке уменьшается вдвое, и гамета получает одинарный набор. Это необходимо, чтобы при оплодотворении наборы двух клеток сложились, а не дали избыточное число хромосом. В результате в зиготе восстанавливается двойной набор, с которым организм продолжает развитие.

Яйцеклетка крупная и содержит запас питательных веществ, а сперматозоид значительно меньше и способен двигаться. Запас в яйцеклетке нужен, чтобы поддержать первые этапы развития зародыша, пока он ещё не получает питание самостоятельно. Подвижность сперматозоида помогает ему добраться до яйцеклетки. Различия в строении связаны с тем, что эти клетки выполняют неодинаковые роли при оплодотворении.

При оплодотворении сливаются не только сами гаметы: объединяются и их ядра с наследственным материалом. Одинарный набор хромосом яйцеклетки соединяется с одинарным набором сперматозоида. Так возникает зигота с двойным набором, в которой есть наследственная информация от обеих гамет. Именно поэтому оплодотворение восстанавливает число хромосом, характерное для клеток нового организма.

Зигота начинает делиться, и из её потомков постепенно формируются клетки нового организма. На раннем этапе все они происходят от одной клетки — зиготы. Наследственный материал двух гамет сочетает признаки обоих родителей, поэтому потомство не обязательно полностью совпадает по наследственным особенностям с каждым из них. Такое сочетание создаёт наследственное разнообразие.

Сравнение гамет и зиготы

Сравнивай клетки по строкам: так легче увидеть, чем отличаются их строение и роль. Особенно важно проследить строку о наборе хромосом: у каждой гаметы он одинарный, а у зиготы — двойной. Строки об образовании и дальнейшем развитии показывают последовательность событий.

Разбор задач

Задача 1. У растения новый организм вырос из части побега без образования семян. Определите способ размножения и объясните, участвуют ли в нём гаметы. Чтобы ответить, выясним, что стало началом нового растения и было ли слияние половых клеток. Сам факт появления нового организма ещё не означает, что размножение было половым.

1. Начало нового растения — часть побега, а не зигота, возникшая после оплодотворения.
2. Семена не образовались, и в условии нет слияния яйцеклетки со сперматозоидом.
3. Значит, новый организм появился бесполым способом; гаметы в его образовании не участвовали.

Ответ: это бесполое размножение, гаметы не участвуют. Задача 2. В клетках организма 24 хромосомы. Сколько хромосом будет в его зрелых гаметах и почему? Нужно использовать правило: при созревании гаметы получают вдвое меньше хромосом, чем клетки с двойным набором.

1. В условии указано число хромосом в клетках организма — 24.
2. При образовании зрелой гаметы число хромосом уменьшается вдвое: 24 : 2 = 12.
3. Следовательно, каждая зрелая гамета содержит 12 хромосом. При слиянии двух таких гамет их наборы объединятся.

Ответ: в зрелой гамете будет 12 хромосом. Задача 3. Объясните, почему при слиянии гамет с одинарными наборами хромосом в зиготе восстанавливается двойной набор. Здесь важно не складывать число хромосом в одной клетке с самим собой, а проследить, какие наборы поступают от каждой гаметы. Оба набора оказываются внутри одной новой клетки.

1. Одна гамета приносит одинарный набор хромосом.
2. Вторая гамета тоже приносит одинарный набор; при оплодотворении их наследственный материал объединяется.
3. В зиготе оказываются оба набора, поэтому общий набор становится двойным.

Ответ: двойной набор возникает благодаря объединению двух одинарных наборов гамет.

Типичные ошибки

• Ошибка — считать, что в гаметах столько же хромосом, сколько в клетках тела. Её допускают, если забывают об уменьшении набора при созревании половых клеток. Проверь себя: для задачи о гаметах число хромосом в клетках организма нужно разделить на два.

• Ошибка — путать оплодотворение с образованием гамет. Эти процессы связаны, поэтому их легко принять за одно событие, но сначала гаметы созревают, а затем могут слиться. Проверь себя: если речь о появлении яйцеклетки или сперматозоида, это образование гаметы; если о слиянии — оплодотворение.

• Ошибка — называть зиготой любую половую клетку. Возможно, так происходит потому, что гаметы и зигота участвуют в половом размножении, но зигота появляется только после оплодотворения. Проверь себя: у гаметы одинарный набор хромосом, у зиготы — двойной.

• Ошибка — считать, что при бесполом размножении обязательно участвуют две родительские особи. Путаница возникает из-за того, что потомков бывает много, но их количество не показывает число родителей. Проверь себя: если новый организм развивается от одной особи без слияния гамет, размножение бесполое.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужно знать, что наследственная информация связана с хромосомами и что клетки организма имеют определённый набор хромосом. Эти знания позволяют проследить, почему гаметы получают одинарный набор, а зигота — двойной. Дальше тема поможет разбираться в наследственности: потомок получает наследственный материал от двух гамет. Она также пригодится при изучении индивидуального развития и размножения растений и животных.

Что запомнить

• Размножение обеспечивает появление потомства.
• При половом размножении участвуют гаметы.
• Гаметы имеют одинарный набор хромосом.
• Яйцеклетка и сперматозоид различаются строением и ролью.
• При оплодотворении гаметы сливаются.
• Зигота имеет двойной набор хромосом.