§ 45. Размножение и развитие

Определения и обозначения

Размножение — способность организмов производить потомство. Благодаря ему после гибели отдельных особей вид может продолжать существовать, а его организмы заселяют подходящие места обитания. Размножение бывает бесполым и половым, и различаются эти способы прежде всего тем, как возникает новый организм.

Бесполое размножение — образование потомства без слияния гамет, то есть половых клеток. Обычно для него достаточно одной родительской особи, а новый организм формируется из её клетки или части тела. Такой способ позволяет размножаться без поиска партнёра, что особенно полезно при подходящих и стабильных условиях.

Половое размножение — образование потомства в результате слияния гамет. Чаще всего гаметы происходят от двух родителей, хотя у некоторых организмов их может производить одна особь. Потомки получают сочетания наследственного материала, которых не было у родителей в таком виде, поэтому разнообразие особей возрастает.

Онтогенез — индивидуальное развитие организма от его зарождения до смерти. В нём выделяют эмбриональный этап, когда организм развивается до рождения или выхода из яйца, и постэмбриональный — от этого момента до конца жизни. Это понятие охватывает и рост, и качественные изменения: созревание, формирование органов и возрастные перестройки.

Как это устроено

При бесполом размножении новый организм возникает от одной родительской особи, а гаметы и оплодотворение не участвуют. Поэтому потомки обычно наследственно сходны с родителем: их клетки получают наследственный материал от одного источника. При половом размножении сливаются гаметы, и материал двух клеток объединяется; в результате потомки отличаются друг от друга сочетаниями наследственных признаков. Различия между потомками могут возникать и при бесполом размножении, например из-за мутаций, поэтому сходство не означает абсолютной идентичности.

Половые клетки образуются в процессе, который обеспечивает передачу наследственной информации следующему поколению. При оплодотворении их ядра объединяются, и возникает зигота — первая клетка нового организма. Она содержит наследственный материал, полученный от гамет, и начинает делиться. Именно поэтому с образованием зиготы связывают начало эмбрионального развития организма, возникшего половым путём.

Сначала зигота многократно делится, не увеличиваясь при каждом делении в размерах; этот этап называется дроблением. Затем клетки зародыша распределяются по слоям, образуя зародышевые листки, из которых позднее развиваются разные ткани и органы. После этого клетки специализируются, а их взаимодействие приводит к формированию систем органов. Последовательность этапов важна: строение зародыша постепенно усложняется, и для каждого следующего шага необходимы клетки и структуры, возникшие раньше.

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 достигла половой зрелости; ей предстоит расти и созревать. При развитии с превращением организм проходит стадии, заметно различающиеся по строению и образу жизни, например личинку и взрослую особь. Смена стадий позволяет организму менять функции и иногда осваивать разные ресурсы среды на разных этапах жизни.

Способ размножения и особенности развития связаны с условиями, в которых живёт организм. В стабильной среде бесполое размножение помогает быстро увеличить численность, а при меняющихся условиях разнообразие потомков может повысить вероятность, что часть из них окажется приспособленной. Развитие с превращением может уменьшать конкуренцию между молодыми и взрослыми особями, если они используют разные ресурсы. На выживание влияют и число потомков, и их защищённость, и условия среды на каждой стадии жизненного цикла.

Сравнение способов размножения и типов развития

Сравнивая способы размножения, сначала проверьте, участвуют ли гаметы и происходит ли их слияние. Затем оцените, откуда потомок получает наследственный материал: это помогает понять, почему потомки обычно более сходны при бесполом размножении и разнообразнее при половом. Таблица описывает общие закономерности, поэтому учитывайте особенности конкретного организма.

Разбор задач

Деление одноклеточного организма

Условие: определите, является ли деление одноклеточного организма бесполым размножением, и укажите, сколько родительских организмов участвует. Известно, что перед делением одна клетка разделяется на две дочерние. Нужно выяснить, есть ли в этом процессе слияние гамет.

1. Установим, что именно происходит: одна клетка разделяется и образует две новые клетки.
2. Проверим признак полового размножения — слияние гамет. В описании такого слияния нет.
3. Значит, деление относят к бесполому размножению; исходной родительской особью была одна клетка.

Ответ: да, деление одноклеточного организма — бесполое размножение, в котором участвует одна родительская особь. Вывод сделан по отсутствию гамет и оплодотворения, а не только по количеству образовавшихся клеток.

Последовательность эмбрионального развития

Условие: расположите стадии после оплодотворения — образование зиготы, дробление, формирование зародышевых листков и развитие органов. Чтобы решить задачу, нужно отследить, как из одной клетки постепенно возникает организм со сложным строением. Каждая стадия создаёт основу для последующей.

1. Оплодотворение приводит к образованию зиготы — с неё начинается развитие нового организма.
2. Зигота делится на множество клеток; эти ранние деления называются дроблением.
3. Затем клетки организуются в зародышевые листки, из которых развиваются ткани и органы.
4. После появления зародышевых листков происходит формирование органов.

Ответ: образование зиготы → дробление → формирование зародышевых листков → развитие органов. Если поставить дробление раньше образования зиготы, окажется, что делится клетка, которая ещё не возникла.

Развитие бабочки и млекопитающего

Условие: сравните развитие бабочки и млекопитающего и определите, у кого происходит превращение. При сравнении важно не просто заметить, что оба организма растут, а проследить, насколько молодая особь похожа на взрослую и какие стадии она проходит. Это позволяет различить прямое развитие и развитие с превращением.

1. У бабочки жизненный цикл включает стадии яйца, личинки, куколки и взрослого насекомого.
2. Личинка бабочки заметно отличается от взрослой особи по строению и образу жизни, а переход к взрослой форме происходит через превращение.
3. Детёныш млекопитающего обычно похож на взрослое животное и постепенно растёт и созревает.

Ответ: развитие с превращением происходит у бабочки, а развитие млекопитающего — прямое. Основание для вывода — смена у бабочки резко отличающихся стадий, тогда как детёныш млекопитающего сохраняет общий план строения взрослой особи.

Типичные ошибки

Ошибка — считать потомков бесполого размножения абсолютно одинаковыми организмами. Такое представление возникает потому, что наследственный материал обычно поступает от одной особи и потомки часто очень похожи. Однако мутации могут приводить к наследственным различиям и при бесполом размножении. Проверьте себя: говорите ли вы о сходстве, а не о гарантированной полной идентичности?

Ошибка — путать оплодотворение с образованием гамет. Гаметы формируются до оплодотворения, а само оплодотворение — это их слияние, в результате которого возникает зигота. Путаница появляется из-за того, что оба процесса относятся к половому размножению. Для самопроверки спросите: объединяются ли уже существующие половые клетки или они только образуются?

Ошибка — начинать эмбриональное развитие с рождения или выхода из яйца. Эти события завершают эмбриональный этап, а развитие организма, возникшего половым путём, начинается раньше — с образования зиготы. Ошибку допускают, если считают только самостоятельную жизнь уже сформировавшегося организма. Проверьте себя, различая начало онтогенеза и момент перехода к постэмбриональному этапу.

Ошибка — отождествлять развитие с ростом, то есть только с увеличением размеров. Рост действительно входит в развитие, но онтогенез включает и качественные перемены: специализацию клеток, созревание и изменения функций органов. Такое упрощение возникает, если оценивать организм только по размеру. Чтобы проверить себя, назовите изменения, которые возможны без заметного увеличения тела.

Связь с другими темами

Для понимания размножения нужно знать строение клетки, а также различия между митозом и мейозом. Эти процессы помогают объяснить, как клетки делятся, как образуются гаметы и как хромосомы передают наследственную информацию. Представление о роли хромосом позволяет понять, откуда у потомков появляются сходные и различающиеся признаки.

Тема связана с наследственностью и изменчивостью: способы размножения объясняют передачу признаков и появление их новых сочетаний. Знания об онтогенезе пригодятся при изучении индивидуального развития человека и жизненных циклов организмов. А связь изменчивости, выживания потомства и условий среды помогает рассматривать размножение и развитие в контексте эволюции.

Что запомнить

• Размножение обеспечивает продолжение существования вида.
• При бесполом размножении потомство возникает без слияния гамет.
• Половое размножение связано с образованием и слиянием гамет.
• Развитие нового организма, возникшего половым путём, начинается с образования зиготы.
• Онтогенез включает эмбриональный и постэмбриональный этапы.
• При развитии с превращением организм проходит отличающиеся друг от друга стадии.