Размножение и индивидуальное развитие организмов

Определения и обозначения

Размножение — воспроизведение организмами себе подобных. Благодаря ему на смену погибающим особям приходят новые, и вид может существовать из поколения в поколение. Размножение не означает, что отдельный организм становится бессмертным: оно сохраняет не особь, а вид.

Бесполое размножение — образование новых организмов без слияния гамет, то есть специализированных половых клеток. Обычно в нём участвует одна родительская особь, а потомство наследственно на неё похоже. Такой способ позволяет быстро увеличить число организмов, если условия благоприятны.

Половое размножение — образование потомства, связанное со слиянием мужской и женской гамет. Их наследственная информация объединяется, поэтому потомки получают новые сочетания признаков. Благодаря этому половое размножение поддерживает наследственную изменчивость, которая помогает виду приспосабливаться к меняющимся условиям.

Онтогенез — индивидуальное развитие организма от его возникновения до смерти. В нём различают эмбриональный этап — развитие зародыша — и постэмбриональный, начинающийся после рождения или выхода из яйца. Это понятие помогает проследить не только появление организма, но и все изменения на протяжении его жизни.

Как это устроено

При бесполом размножении новый организм развивается из одной клетки или группы клеток родителя. При делении одна клетка распадается на две или несколько дочерних; при почковании на родителе появляется вырост, который отделяется или остаётся с ним. Фрагментация начинается с разделения тела на части, каждая из которых способна восстановить недостающие структуры. При образовании спор новые особи развиваются из особых клеток, а при вегетативном размножении растений — из частей побега, корня или листа. Способы различаются тем, какая часть родителя даёт начало потомству, но слияния гамет нет.

Гаметы образуются в результате мейоза — деления, при котором число хромосом уменьшается вдвое. Поэтому в каждой гамете содержится одинарный набор наследственной информации, а не полный набор, характерный для большинства клеток организма. Во время оплодотворения ядра гамет сливаются, и в зиготе восстанавливается двойной набор хромосом. Так наследственная информация передаётся следующему поколению, а сочетание генов двух гамет приводит к разнообразию потомков. При этом гаметы могут образоваться у одной особи, поэтому половое размножение не всегда означает участие двух отдельных организмов.

Если гаметы сливаются вне тела родительского организма, оплодотворение называют наружным; чаще оно происходит в водной среде. Вода позволяет гаметам перемещаться и уменьшает риск их высыхания, хотя вероятность встречи может быть невысокой, поэтому организмам часто приходится образовывать много гамет. При внутреннем оплодотворении слияние происходит в организме, что защищает половые клетки и зародыш от высыхания. Такой вариант характерен для многих наземных животных и связан с тем, что их образ жизни не обеспечивает постоянного контакта гамет с водой.

Эмбриональное развитие начинается с зиготы. Она многократно делится, и возникает зародыш, клетки которого постепенно приобретают различия: одни становятся частью будущей нервной ткани, другие — мышечной или покровной. Затем формируются ткани и органы, а зародыш растёт и готовится к самостоятельной жизни. Последовательность изменений не случайна: клетки взаимодействуют, поэтому развитие одних частей организма влияет на формирование других.

После рождения или выхода из яйца начинается постэмбриональное развитие. При прямом развитии молодая особь в целом похожа на взрослую, но меньше по размеру и ещё не способна к размножению; ей предстоит расти и созревать. При развитии с превращением из яйца выходит личинка, которая отличается от взрослой строением, образом жизни или питанием. Последующее преобразование личинки во взрослую особь называют метаморфозом, и оно позволяет стадиям жизненного цикла использовать разные условия или ресурсы.

Сравнение способов размножения и вариантов развития

Сначала сравнивайте признаки по строкам: так проще увидеть, чем способы размножения отличаются по участию гамет и сходству потомков. Последняя строка показывает, что у каждого способа есть значение для вида. Таблица описывает размножение, а прямое развитие и развитие с превращением относятся уже к постэмбриональному этапу.

Разбор задач

Задача. У одноклеточного организма клетка разделилась на две дочерние клетки. Определите способ размножения и объясните, почему он относится к этому типу. Для решения достаточно выяснить, участвуют ли гаметы и образуется ли зигота. Само слово «деление» ещё нужно связать с признаками размножения.

1. Установим, что именно произошло: одна клетка дала начало двум дочерним клеткам.
2. Проверим наличие половых клеток: в условии нет образования мужской и женской гамет.
3. Проверим, было ли оплодотворение: слияние гамет и возникновение зиготы не описаны.
4. Сопоставим признаки с определениями: деление клетки без гамет относится к бесполому размножению.

Ответ. Это бесполое размножение делением. Оно относится к этому типу, потому что новые клетки возникли из одной родительской клетки без слияния гамет и оплодотворения. У дочерних клеток обычно наследственное сходство, хотя изменения наследственного материала могут приводить к отличиям.

Задача. Укажите последовательность событий от образования гамет до появления зиготы и объясните роль каждого события. Здесь важно не перепутать образование половых клеток с их последующим слиянием. Также нужно проследить, как меняется число наборов хромосом.

1. Сначала в результате мейоза образуются гаметы, содержащие одинарный набор хромосом. Это позволяет передать потомству половину наследственной информации каждой гаметы.
2. Затем мужская и женская гаметы встречаются и сливаются; этот процесс называется оплодотворением. В их ядрах находятся наследственные сведения, которые будут объединены.
3. После слияния ядер возникает зигота. В ней восстанавливается двойной набор хромосом, а наследственная информация родителей оказывается в одной клетке.

Ответ. Последовательность такова: мейоз и образование гамет, затем оплодотворение и возникновение зиготы. Гаметы обеспечивают передачу наследственной информации, а их слияние объединяет её и восстанавливает двойной набор хромосом. Зигота становится началом нового организма.

Задача. У двух организмов потомство развивается по-разному: у одного молодая особь похожа на взрослую, у другого есть личиночная стадия и превращение. Сравните их постэмбриональное развитие. Для ответа нужно определить, есть ли личинка, которая заметно отличается от взрослого организма. Не следует смешивать это сравнение с вопросом о том, каким способом организм размножался.

1. У первого организма молодая особь похожа на взрослую. Значит, развитие идёт прямо: организм растёт и созревает без личиночной стадии, отличающейся от взрослой формы.
2. У второго организма присутствует личинка. Она проходит преобразование — метаморфоз — и превращается во взрослую особь, поэтому развитие происходит с превращением.
3. Сравним результат: наличие личинки и метаморфоза отличает второй вариант от прямого развития.

Ответ. У первого организма постэмбриональное развитие прямое, у второго — с превращением. Главный признак второго варианта — личиночная стадия и последующий метаморфоз.

Типичные ошибки

Ошибка — считать бесполое размножение абсолютно одинаковым у всех организмов. Её допускают, запоминая лишь отсутствие слияния гамет и не учитывая разные способы: деление, почкование, образование спор или вегетативное размножение. Проверьте себя вопросом: из какой клетки или части родителя возник новый организм? Если исходная структура различается, различается и способ.

Ошибка — полагать, что при половом размножении всегда участвуют две отдельные особи. Такое представление возникает из-за привычных примеров, где гаметы дают разные родители, но решающий признак — слияние гамет. Они могут образовываться у одного организма. Чтобы проверить себя, выясните не число особей, а произошло ли объединение мужской и женской гамет.

Ошибка — путать оплодотворение с образованием гамет. Эти процессы идут один за другим, поэтому их легко объединить в одно событие, хотя гаметы сначала образуются, а затем сливаются. При оплодотворении появляется зигота, а не гаметы. Самопроверка проста: если речь идёт о слиянии клеток, это оплодотворение.

Ошибка — считать, что онтогенез заканчивается рождением или выходом из яйца. Так думают, если воспринимают рождение как завершение развития, хотя после него организм растёт, созревает и стареет. Онтогенез охватывает весь путь особи от возникновения до смерти. Проверьте себя: постэмбриональный этап начинается после рождения или выхода из яйца, но не заканчивается в этот момент.

Связь с другими темами

Чтобы понять размножение, нужно знать строение клетки и роль хромосом — носителей наследственной информации. Митоз объясняет, как клетка образует дочерние клетки, а мейоз — как возникают гаметы с одинарным набором хромосом. Эти процессы связывают размножение с наследственностью и изменчивостью: они помогают объяснить, почему потомки похожи на родителей, но не всегда одинаковы между собой.

Знание этапов онтогенеза нужно для изучения эмбриологии, жизненных циклов организмов и закономерностей развития человека. Различение эмбрионального и постэмбрионального этапов помогает понять, когда формируются ткани и органы и как организм меняется после рождения. Сравнение жизненных циклов показывает, почему у одних видов развитие прямое, а у других включает личинку и превращение.

Что запомнить

• Размножение обеспечивает продолжение существования вида.
• При бесполом размножении слияния гамет не происходит.
• Половое размножение связано со слиянием гамет и образованием зиготы.
• Онтогенез охватывает весь период индивидуального развития организма.
• Эмбриональное развитие начинается с образования зиготы.
• Постэмбриональное развитие бывает прямым или протекает с превращением.