§20. Участие соматических и половых клеток в процессе размножения организмов

Определения и обозначения

Соматические клетки — клетки тела, которые непосредственно не сливаются при оплодотворении. Они происходят от зиготы: та делится митозом, а её клетки постепенно образуют разные ткани и органы. Обычно в соматической клетке находится диплоидный набор хромосом, обозначаемый 2n. Такие клетки нужны организму для роста, работы органов и, у некоторых видов, бесполого размножения.

Половые клетки — специализированные клетки, участвующие в половом размножении. Их виды — мужские и женские гаметы; у животных это, например, сперматозоид и яйцеклетка. Гаметы имеют гаплоидный набор хромосом (n), то есть вдвое меньший, чем соматические клетки. Слияние гамет создаёт зиготу и соединяет наследственный материал двух клеток.

Бесполое размножение — образование нового организма без слияния половых клеток. Потомок развивается из одной родительской особи, её части или соматических клеток. Такой способ позволяет размножаться без поиска партнёра и часто быстро увеличивать численность. Потомство обычно генетически сходно с родителем, но не обязательно абсолютно одинаково.

Половое размножение — размножение, при котором образуются и сливаются мужская и женская гаметы. Их объединение приводит к образованию зиготы, из которой развивается новый организм. Наследственный материал гамет сочетается, поэтому потомок получает признаки, связанные с обоими родителями. Это повышает разнообразие потомства.

Как это устроено

Все клетки многоклеточного организма в начале развития происходят от зиготы, которая делится митозом. При последующих делениях клетки получают одинаковый набор хромосом, но не остаются одинаковыми по строению и работе. Одни превращаются в клетки мышц, другие — в клетки кожи или нервной ткани. Такое различие возникает потому, что в разных клетках активны разные участки наследственной информации.

При бесполом размножении новый организм возникает без соединения гамет. У животных, например, при почковании часть клеток родительского организма делится и формирует зачаток потомка; у растений для вегетативного размножения служат части побега, корня или клубня. Участвуют соматические клетки или их группы, которые продолжают делиться митозом. Поэтому наследственная информация потомка обычно близка к информации единственного родителя.

Гаметы должны иметь половину обычного числа хромосом, иначе при каждом оплодотворении их количество удваивалось бы. У животных и многих растений половые клетки образуются в ходе мейоза — деления, уменьшающего набор с 2n до n. У некоторых организмов детали формирования гамет отличаются, но смысл остаётся тем же: подготовить клетки с половинным набором. Это позволяет сохранять характерное для вида число хромосом из поколения в поколение.

При оплодотворении мужская и женская гаметы соединяются, и их ядра объединяют наследственный материал. В результате возникает зигота с диплоидным набором: один набор хромосом поступает от одной гаметы, другой — от второй. Зигота начинает делиться митозом, а её потомки постепенно формируют зародыш и затем организм. Так половое размножение связывает образование гамет с развитием нового тела.

Бесполое размножение обычно даёт возможность быстро увеличивать численность, особенно если условия среды стабильны. Однако сходство потомков означает, что при перемене условий многие из них могут оказаться уязвимыми к одной и той же проблеме. При половом размножении сочетание наследственного материала гамет создаёт различия между потомками. Разнообразие увеличивает вероятность того, что часть особей окажется лучше приспособлена к изменившейся среде.

Участие соматических и половых клеток в размножении

Сначала определите, происходит ли слияние гамет: это главный признак полового размножения. Затем сопоставьте тип клеток и деление, участвующие в появлении потомка. Последние строки помогают связать способ размножения с наследственным сходством и приспособлением.

Разбор задач

Задача 1. Определите, какие клетки участвуют в размножении гидры почкованием, картофеля клубнями и человека. Здесь важно отличить появление нового организма из части тела от образования потомка после оплодотворения. Название организма само по себе не решает задачу: нужно выяснить, сливаются ли гаметы. Для человека в условии подразумевается обычное половое размножение.

1. При почковании гидры вырастает часть тела, которая развивается в самостоятельный организм без оплодотворения. Значит, участвуют соматические клетки почки, делящиеся митозом.
2. Клубень картофеля — видоизменённый побег с почками. Из почки при вегетативном размножении вырастает растение, поэтому в основе процесса — деление соматических клеток.
3. У человека новый организм начинается после слияния яйцеклетки и сперматозоида. Эти клетки являются гаметами, а их слияние образует зиготу.

Ответ: у гидры при почковании и у картофеля клубнями участвуют соматические клетки или их группы; у человека — половые клетки, гаметы.

Задача 2. У организма диплоидный набор равен 24 хромосомам. Сколько хромосом содержится в его половых клетках и сколько будет в зиготе после оплодотворения? Диплоидный набор обозначают 2n, а число в гамете — n. При решении нужно сначала разделить исходное число пополам, а затем сложить наборы двух гамет.

1. В диплоидной клетке 2n = 24, поэтому гаплоидный набор равен n = 24 ÷ 2 = 12.
2. Каждая гамета несёт по 12 хромосом. При оплодотворении наборы мужской и женской гамет объединяются: 12 + 12 = 24.
3. Зигота получает диплоидный набор 2n, потому что в ней снова оказываются два набора хромосом.

Ответ: в каждой половой клетке — 12 хромосом, в зиготе — 24.

Задача 3. Сравните размножение растения вегетативным черенком и размножение семенами. Почему потомство в первом случае обычно сходно с исходным растением, а во втором может отличаться? Сравниваем не только способ появления нового растения, но и клетки, участвующие в процессе. Черенок образует корни и побеги из соматических клеток, а семя развивается после полового процесса.

1. При размножении черенком клетки частей растения делятся митозом; слияния гамет нет. Поэтому наследственная информация потомка обычно почти такая же, как у исходного растения.
2. При семенном размножении семя возникает после оплодотворения: гаметы сливаются, и наследственная информация сочетается. Семенное потомство может получить разные сочетания признаков.
3. Различия возможны и при вегетативном размножении: мутации могут менять наследственную информацию, а среда — влиять на проявление признаков.

Ответ: черенкование обычно сохраняет сходство с исходным растением, а при размножении семенами сочетание наследственного материала гамет может сделать потомство более разнообразным.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что соматические клетки совсем не связаны с размножением. Так думают, потому что соматические клетки не сливаются при оплодотворении. Но при бесполом размножении они или их части могут дать начало новому организму, а после образования зиготы из них формируется тело потомка. Проверьте себя вопросом: речь идёт об оплодотворении или о росте и развитии?

Ошибка: называть половыми клетками все клетки, участвующие в половом процессе. Причина — слишком широкое понимание слова «участвуют». Гаметами являются только специализированные мужские и женские клетки; зигота и клетки зародыша к ним не относятся. Чтобы проверить ответ, спросите, способна ли названная клетка соединиться с другой гаметой при оплодотворении.

Ошибка: утверждать, что при бесполом размножении потомки всегда абсолютно одинаковы. Их наследственная информация обычно очень сходна с родительской, поэтому так легко перепутать сходство с полным тождеством. Мутации могут создавать наследственные различия, а условия среды влияют на развитие признаков. Проверяйте, не заменили ли вы слово «обычно» категоричным «всегда».

Ошибка: путать гаплоидный набор гамет с диплоидным набором зиготы и соматических клеток. Это происходит, если забыть, что при оплодотворении наборы двух гамет объединяются. Гамета имеет n хромосом, а зигота — 2n; соматические клетки обычно тоже диплоидны. Для самопроверки обозначьте наборы символами и проверьте: n + n = 2n.

Связь с другими темами

Чтобы разобраться в теме, нужно знать строение клетки, роль ядра и хромосом, а также различия митоза и мейоза. Понятие оплодотворения помогает понять, как гаметы образуют зиготу. Эти знания связывают клеточные процессы с размножением целого организма.

Тема помогает изучать наследственность, изменчивость и жизненные циклы растений, животных и человека. Она служит основой для понимания генетики и индивидуального развития: от зиготы до взрослого организма. Представления о вегетативном размножении также применяют в биотехнологии, например при получении растений из черенков.

Что запомнить

• Соматические клетки образуют тело организма и обычно имеют диплоидный набор хромосом.
• Половые клетки — гаметы — имеют гаплоидный набор хромосом.
• Бесполое размножение происходит без слияния гамет и обычно связано с соматическими клетками.
• Половое размножение включает образование гамет, их слияние и формирование зиготы.
• При оплодотворении восстанавливается диплоидный набор хромосом.
• Бесполое размножение обеспечивает быстрое увеличение численности, а половое — генетическое разнообразие потомства.