§ 16. Половое размножение

Определения и обозначения

Половое размножение — способ размножения, при котором новый организм обычно возникает в результате слияния половых клеток. Оно объединяет наследственные особенности родителей и обеспечивает появление потомства с новыми сочетаниями признаков. Поэтому потомки могут различаться даже в одной семье.

Гаметы — половые клетки с гаплоидным набором хромосом; при оплодотворении они участвуют в образовании нового организма. Гаплоидный набор — половинный по сравнению с обычным набором клеток тела. Такое устройство позволяет объединить хромосомы двух родителей, не удваивая их число при каждом поколении.

Оплодотворение — слияние мужской и женской гамет с образованием зиготы. Во время этого процесса наследственный материал обеих клеток оказывается в одной клетке. Оплодотворение важно отличать от образования гамет: это следующий этап размножения, а не способ производства половых клеток.

Зигота — первая клетка нового организма, образующаяся при оплодотворении и содержащая диплоидный набор хромосом. Диплоидный набор — полный набор, обычный для клеток тела данного организма. Из зиготы начинается развитие, поэтому её называют первой клеткой будущего организма.

Как это устроено

Гаметы образуются в половых органах, а у многих организмов — в результате мейоза. При мейозе число хромосом в половых клетках уменьшается вдвое относительно клеток тела. Это необходимо, чтобы при соединении двух гамет число хромосом не удваивалось в каждом поколении. У разных организмов образование половых клеток может иметь особенности, поэтому правило о мейозе относится не ко всем случаям без исключения.

Когда мужская и женская гаметы сливаются, их наследственный материал объединяется в одной клетке. Каждая гамета приносит половинный набор хромосом, поэтому вместе они обычно дают диплоидный набор. Так сохраняется характерное для вида число хромосом от поколения к поколению. Наследственные особенности обоих родителей оказываются собраны в зиготе.

После оплодотворения зигота многократно делится. Её клетки постепенно образуют ткани и органы, а развитие приводит к появлению нового организма. Деление одной исходной клетки увеличивает число клеток, но само по себе не означает, что организм уже сформирован. Для дальнейшего развития важны также рост клеток и их специализация.

Потомки при половом размножении наследственно отличаются друг от друга и от родителей, потому что получают новые сочетания наследственного материала. Гаметы одного родителя не обязательно несут одинаковые сочетания его хромосом, а при оплодотворении могут встретиться разные гаметы. Поэтому потомки не являются точными копиями одного из родителей. При этом они наследуют признаки от обоих родителей, а не приобретают их случайным образом из внешней среды.

При наружном оплодотворении слияние гамет происходит вне тела, обычно в воде. Вода помогает гаметам перемещаться и не даёт им быстро высохнуть, но встреча клеток зависит от условий среды и их количества. При внутреннем оплодотворении слияние происходит внутри организма, где гаметы защищены от непосредственного воздействия внешних условий. Какой способ возможен и насколько вероятна встреча гамет, зависит от среды обитания и особенностей строения и размножения организмов.

Сравнение мужской и женской гамет

Таблица показывает общие различия половых клеток, но конкретное строение гамет зависит от вида организма. Сравнивайте клетки по каждому свойству в отдельной строке: это помогает не путать их размеры, подвижность и функции. Набор хромосом у обеих гамет обычно гаплоидный, хотя сами клетки устроены по-разному.

Разбор задач

Задача 1. Укажите, какие клетки участвуют в половом размножении и как они называются. Чтобы ответить, нужно отличить половые клетки от обычных клеток организма. У обычных клеток выполняются функции тканей и органов, а гаметы непосредственно участвуют в оплодотворении.

1. Определяем, какие клетки требуются для слияния при половом размножении.
2. Называем их: это мужская и женская гаметы.
3. Не называем гаметами любые клетки тела: это особые половые клетки.

Ответ: в половом размножении участвуют мужская и женская гаметы.

Задача 2. У организма в клетках тела 24 хромосомы. Сколько хромосом будет в его гаметах и зиготе после оплодотворения? Сначала используем связь между наборами: гаметы обычно имеют половину числа хромосом клеток тела. Затем складываем наборы двух гамет, чтобы определить число хромосом зиготы.

1. В клетках тела 24 хромосомы, значит, диплоидное число равно 24.
2. В каждой гамете будет вдвое меньше: 24 : 2 = 12 хромосом.
3. При оплодотворении наборы гамет объединятся: 12 + 12 = 24.

Ответ: в гамете 12 хромосом, в зиготе после оплодотворения — 24.

Задача 3. Объясните, почему потомки одних родителей могут отличаться друг от друга, и назовите этапы от образования гамет до начала развития нового организма. В ответе важно не смешивать сами этапы и объяснить источник различий. Разные гаметы несут неодинаковые сочетания наследственного материала, а их слияние создаёт разные сочетания у потомков.

1. У родителей образуются гаметы с гаплоидным набором хромосом.
2. Мужская и женская гаметы сливаются при оплодотворении, объединяя наследственный материал.
3. Возникает зигота с диплоидным набором, затем она делится и начинает развиваться.
4. Различные сочетания наследственного материала объясняют различия между потомками.

Ответ: последовательность — образование гамет, оплодотворение, образование зиготы и её деление. Потомки могут различаться, потому что наследуют неодинаковые сочетания особенностей родителей.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что гаметы имеют столько же хромосом, сколько клетки тела. Её допускают, если забывают, что при образовании гамет набор обычно уменьшается вдвое. Проверьте себя: мысленно сложите наборы двух гамет — должно получиться число хромосом, характерное для клеток тела.

Ошибка: путать оплодотворение с образованием гамет. Эти процессы идут на разных этапах: сначала возникают половые клетки, а затем они сливаются. Чтобы проверить себя, спросите, происходит ли в описании создание отдельной гаметы или соединение двух клеток.

Ошибка: называть зиготой одну из гамет. Гамета существует до слияния, а зигота появляется только после того, как мужская и женская гаметы объединились. Проверьте последовательность событий: если слияния ещё не было, зиготы ещё нет.

Ошибка: утверждать, что все потомки при половом размножении полностью одинаковы. Такое представление возникает, если учитывать лишь общих родителей и забывать о разных сочетаниях наследственного материала. Проверьте ответ вопросом: могут ли встретиться разные гаметы? Обычно могут, поэтому потомки, как правило, не являются полными копиями друг друга.

Связь с другими темами

Для понимания полового размножения нужно знать, чем половая клетка отличается от обычной клетки организма и что такое хромосомы. Тема напрямую связана с мейозом: он объясняет, почему у многих организмов гаметы получают половинный набор. Знания о наследственности помогают проследить передачу признаков родителями потомству и понять различия между потомками. Эти понятия пригодятся при изучении размножения и развития организмов, а также закономерностей наследования признаков.

Что запомнить

• Гаметы — половые клетки.
• Гаметы обычно имеют гаплоидный набор хромосом.
• Оплодотворение — слияние гамет.
• Зигота образуется при оплодотворении.
• В зиготе обычно восстанавливается диплоидный набор хромосом.
• Половое размножение создаёт наследственные различия между потомками.