6.2. Половое размножение

Определения и обозначения

Половое размножение — способ размножения, при котором потомство возникает благодаря объединению наследственного материала половых клеток. Оно позволяет сочетать наследственные особенности гамет, а не просто создавать копию одной исходной клетки. Поэтому потомки могут различаться между собой.

Гамета — специализированная половая клетка, участвующая в оплодотворении. Обычно гаметы имеют одинарный набор хромосом: в нём представлена одна хромосома из каждой пары. Такой набор нужен, чтобы при слиянии двух гамет число хромосом стало двойным, а не увеличивалось с каждым поколением.

Оплодотворение — слияние мужской и женской гамет с объединением их наследственного материала. Обычно при этом соединяются и ядра гамет, где находится основная часть хромосом. В результате возникает первая клетка нового организма.

Зигота — клетка, образующаяся после оплодотворения и дающая начало новому организму. В ней соединены наследственные сведения обеих гамет, а число хромосом обычно становится двойным. Зигота начинает делиться и служит началом развития организма.

Как это устроено

Для полового размножения нужны гаметы, потому что именно они переносят наследственный материал к месту его объединения. Если бы каждая гамета несла полный двойной набор хромосом, после слияния набор в зиготе стал бы вдвое больше обычного. Поэтому у большинства организмов гаметы имеют одинарный набор. Часто он образуется при мейозе — делении, во время которого число хромосом уменьшается вдвое.

При оплодотворении наследственный материал одной гаметы соединяется с материалом другой. Обычно объединяются и ядра, поэтому хромосомы, полученные от обеих гамет, оказываются в одной клетке. Каждый набор одинарный, а вместе они образуют двойной набор зиготы. Так сохраняется характерное для организма число хромосом от поколения к поколению.

Путь к новому организму начинается с образования гамет, продолжается их встречей и оплодотворением, а завершается появлением зиготы. Затем зигота делится, и её потомки формируют ткани и органы развивающегося организма. Деления сами по себе не заменяют оплодотворение: они происходят уже после образования зиготы. Значит, гаметы передают наследственный материал, оплодотворение объединяет его, а зигота начинает развитие.

Типы полового процесса различают по тому, насколько гаметы похожи друг на друга. При изогамии сливаются гаметы сходного размера; они могут быть подвижными или неподвижными. При анизогамии размеры гамет различаются, но обе гаметы могут сохранять подвижность. Оогамия — частный вариант анизогамии: крупная неподвижная яйцеклетка сливается с мелким, обычно подвижным сперматозоидом. Такой вариант широко распространён у животных.

Половое размножение важно не только для увеличения числа организмов, но и для наследственной изменчивости. Гаметы передают разные варианты наследственных признаков, а при оплодотворении их материал сочетается. Поэтому у потомка возникает сочетание признаков, которое может не совпадать ни с одним из родительских сочетаний. Разные сочетания гамет также объясняют, почему потомки одних родителей могут отличаться друг от друга.

Типы полового процесса по различиям между гаметами

Сначала сравни размер гамет: если он сходный, подходит изогамия, если различается — анизогамия или оогамия. Чтобы отличить оогамию от других вариантов, проверь, есть ли крупная неподвижная яйцеклетка и мелкий подвижный сперматозоид. Подвижность сама по себе не всегда определяет тип процесса.

Разбор задач

Задача 1. В клетках организма обнаружено по одному набору хромосом. Определите, могут ли это быть гаметы, и объясните роль такого набора при оплодотворении.

1. Устанавливаем, что одинарный набор характерен для гамет многих организмов. Значит, найденные клетки могут быть половыми клетками, хотя одного признака недостаточно, чтобы утверждать это наверняка.
2. При оплодотворении одинарные наборы двух гамет объединяются. Хромосомы обеих клеток оказываются в одной зиготе.
3. Проверяем результат: два одинарных набора дают обычный для зиготы двойной набор, а не набор, превышающий его вдвое.

Ответ: клетки могут быть гаметами. Одинарный набор каждой из них позволяет при оплодотворении восстановить двойной набор хромосом в зиготе.

Задача 2. У двух типов гамет одного организма одна крупная и неподвижная, другая мелкая и подвижная. Назовите тип полового процесса и обоснуйте ответ.

1. Сравниваем размеры: гаметы явно неодинаковые, поэтому это не изогамия, при которой они сходны по размеру.
2. Учитываем подвижность: одна гамета крупная и неподвижная, вторая мелкая и подвижная. Такое сочетание характерно именно для яйцеклетки и сперматозоида.
3. Называем процесс: оогамия — наиболее специализированный вариант анизогамии. По описанию можно определить его, даже если названия гамет в условии не даны.

Ответ: оогамия. Крупная неподвижная гамета — яйцеклетка, а мелкая подвижная — сперматозоид.

Задача 3. У двух родителей различаются варианты наследственных признаков. Объясните, почему при половом размножении их потомство может отличаться и от родителей, и друг от друга.

1. Вспоминаем, что гамета несёт наследственный материал родительского организма, но не обязательно повторяет все его сочетания признаков.
2. При оплодотворении наследственный материал двух гамет объединяется. У зиготы возникает сочетание вариантов, полученных от обеих гамет.
3. Сравниваем возможные сочетания: при образовании разных гамет и их объединении потомки могут получить разные комбинации наследственных вариантов. Поэтому потомство не обязано быть точной копией родителей или друг друга.

Ответ: при оплодотворении сочетается наследственный материал гамет, поэтому у потомков возникают новые комбинации признаков. Этим объясняется разнообразие потомства при половом размножении.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что оплодотворение означает образование гамет. Гаметы формируются раньше, а оплодотворение — это их слияние и объединение наследственного материала. Путаница возникает потому, что оба события относятся к половому размножению. Проверь себя вопросом: клетки уже сливаются или только образуются?

Ошибка — называть зиготой любую половую клетку. Гамета участвует в оплодотворении, а зигота появляется только после слияния гамет. Эти понятия легко смешать, потому что оба обозначают клетки, связанные с размножением. Чтобы проверить себя, уточни, произошло ли уже оплодотворение.

Ошибка — полагать, что при слиянии гамет число хромосом удваивается относительно исходного организма. Объединяются два одинарных набора, и в зиготе обычно восстанавливается двойной набор, характерный для организма. Неверное представление возникает, если не учитывать набор каждой гаметы отдельно. Проверка проста: сложи два одинарных набора, а не два двойных.

Ошибка — считать, что половое размножение обязательно требует двух отдельных организмов. Важно объединение наследственного материала гамет, а не само число особей: у некоторых организмов обе гаметы могут происходить от одной особи. Обычно на ум приходят животные, где гаметы формируются у разных родителей, поэтому правило ошибочно обобщают. Проверяй, что именно сказано в условии о гаметах и их происхождении.

Связь с другими темами

Чтобы понять, почему гаметы обычно имеют одинарный набор, нужно знать, что такое хромосомы и наборы хромосом, а также вспомнить мейоз. Мейоз связан с уменьшением числа хромосом при образовании гамет. Сочетание наследственного материала при оплодотворении помогает объяснить наследственность и изменчивость потомства. Те же понятия понадобятся при изучении размножения растений и животных, а также развития зародыша из зиготы.

Что запомнить

• Половое размножение связано с объединением наследственного материала гамет.
• Гаметы обычно имеют одинарный набор хромосом.
• При оплодотворении образуется зигота.
• В зиготе обычно восстанавливается двойной набор хромосом.
• Изогамия, анизогамия и оогамия различаются особенностями гамет.
• Половое размножение способствует наследственному разнообразию потомства.