§ 20. Половое размножение

Определения и обозначения

Половое размножение — способ образования потомства, при котором объединяется наследственный материал двух гамет. Благодаря этому новый организм получает сочетание наследственных признаков, а потомство может отличаться от родителей. Такой способ размножения помогает создавать разнообразие организмов.

Гамета — половая клетка с гаплоидным набором хромосом, то есть с числом хромосом вдвое меньше, чем в обычных клетках тела. Гаметы участвуют в размножении и передают наследственную информацию будущему организму. Их уменьшенный набор нужен, чтобы после слияния число хромосом не удваивалось.

Оплодотворение — слияние мужской и женской гамет с образованием зиготы. Во время этого процесса наследственный материал гамет объединяется. Именно поэтому оплодотворение связывает образование половых клеток с началом развития нового организма.

Зигота — первая клетка нового организма, возникающая при оплодотворении и имеющая диплоидный набор хромосом. Она получает наследственный материал обеих гамет и начинает делиться. Из зиготы развивается организм, поэтому её можно считать началом его индивидуального развития.

Как это устроено

Гаметы образуются в результате мейоза — деления, при котором число хромосом уменьшается вдвое. Поэтому в каждой гамете находится гаплоидный набор, обозначаемый n. Если бы гаметы сохраняли полный набор, при каждом оплодотворении число хромосом удваивалось бы. Уменьшение набора позволяет после слияния клеток восстановить обычное для вида число хромосом.

Мужские и женские гаметы различаются строением и выполняют разные задачи. Мужская гамета обычно небольшая и подвижная: её функция — добраться до женской клетки и доставить наследственный материал. Женская гамета, как правило, крупнее и содержит больше цитоплазмы и запасов веществ. Эти особенности помогают ей поддержать первые этапы развития после оплодотворения.

Оплодотворение начинается со встречи гамет, после которой они сливаются. Затем наследственный материал обеих клеток объединяется: к гаплоидному набору одной добавляется гаплоидный набор другой. В результате образуется зигота с диплоидным набором, который обозначают 2n. Так восстанавливается число хромосом, характерное для клеток организма данного вида.

При половом размножении потомок получает наследственные признаки от двух гамет, поэтому в его клетках сочетается материал обоих родителей. Такое сочетание не является простой копией наследственного набора одного из них. У разных потомков могут получиться разные комбинации признаков, даже если их родители одни и те же. Поэтому потомство генетически отличается от родителей и часто не похоже полностью даже на братьев и сестёр.

При бесполом размножении новый организм возникает без слияния гамет, тогда как для полового нужны образование и объединение двух половых клеток. При бесполом способе потомок обычно наследственно очень похож на организм, от которого он произошёл. Половое размножение создаёт больше сочетаний наследственного материала и тем самым повышает наследственную изменчивость. Однако для него нужны гаметы и условия, при которых они смогут встретиться и слиться.

Сравнение полового и бесполого размножения

Сравнивайте способы размножения по каждой строке, а не только по числу родителей: при половом размножении важны именно две сливающиеся гаметы. Таблица показывает общую закономерность, но формулировки «обычно» и «как правило» учитывают разнообразие организмов.

Разбор задач

Задача 1. Укажите, какие клетки называются гаметами и какой набор хромосом они имеют. Чтобы ответить, нужно вспомнить не только название клеток, но и то, чем их набор отличается от набора клеток тела. Разберём определение и обозначение по порядку.

1. Гаметы — это половые клетки, участвующие в размножении.
2. Они образуются при мейозе, во время которого набор хромосом уменьшается вдвое.
3. Такой набор называют гаплоидным и обозначают n; он вдвое меньше диплоидного набора 2n.

Ответ: гаметы — половые клетки с гаплоидным набором хромосом (n).

Задача 2. После слияния двух гамет с гаплоидным набором хромосом определите, какая клетка образуется и какой набор она имеет. Не нужно считать конкретные хромосомы, если число для вида не дано: достаточно проследить, что происходит с наборами. Каждый участник слияния вносит по одному гаплоидному набору.

1. До слияния имеются две гаметы, каждая с набором n.
2. При оплодотворении их наследственный материал объединяется: n + n.
3. Образовавшаяся первая клетка нового организма называется зиготой и имеет диплоидный набор 2n.

Ответ: образуется зигота с диплоидным набором хромосом (2n).

Задача 3. Сравните двух потомков одних родителей и потомков, возникших бесполым путём от одного организма. Объясните, почему степень их наследственного сходства может различаться. Здесь важно сопоставить, каким образом передаётся наследственный материал, а не просто посчитать родителей.

1. При половом размножении каждый потомок получает материал двух гамет.
2. Сочетания наследственного материала у потомков могут различаться, поэтому даже дети одних родителей обычно не являются точными копиями друг друга.
3. При бесполом размножении потомки обычно наследственно очень похожи на организм, от которого произошли, поскольку слияния гамет и нового сочетания материала двух гамет нет.

Ответ: потомки при половом размножении обычно разнообразнее и могут отличаться друг от друга; потомки при бесполом размножении обычно сильнее похожи на родительский организм.

Типичные ошибки

Первая ошибка — считать, что гаметы имеют такой же набор хромосом, как клетки тела. Её допускают, если забывают о мейозе и уменьшении набора вдвое. Проверка простая: у гаметы набор гаплоидный, n, а у зиготы после слияния — диплоидный, 2n.

Вторая ошибка — путать оплодотворение с образованием гамет. Гаметы образуются до оплодотворения, а само оплодотворение — их встреча и слияние. Чтобы проверить себя, расположите события по порядку: сначала образуются гаметы, затем происходит их слияние.

Третья ошибка — называть зиготой одну из гамет. Это неверно, потому что зигота возникает только после слияния двух гамет и имеет диплоидный набор. Если клетка ещё не участвовала в слиянии, это гамета, а не зигота.

Четвёртая ошибка — утверждать, что обязательно нужны два отдельных организма. Путают число гамет с числом их носителей: для оплодотворения нужны две гаметы, но в некоторых случаях они могут образоваться у одного организма. Проверяйте, говорится ли в условии о слиянии клеток, а не только о числе особей.

Связь с другими темами

Чтобы разобраться в половом размножении, нужны знания о клетке, хромосомах и наследственной информации, а также представление о митозе. Особенно важно различать мейоз и митоз и понимать, чем гаплоидный набор отличается от диплоидного. Эти понятия объясняют, как возникают гаметы и почему после оплодотворения восстанавливается полный набор хромосом. Тема пригодится при изучении наследственности, изменчивости, размножения организмов и эволюции: разнообразие потомства влияет на то, как популяции меняются со временем.

Что запомнить

• Гаметы — половые клетки с гаплоидным набором хромосом.
• При оплодотворении гаметы сливаются.
• Результатом оплодотворения становится зигота.
• Зигота имеет диплоидный набор хромосом.
• Потомство при половом размножении наследует материал от двух гамет.
• Половое размножение способствует наследственной изменчивости потомства.