§ 29. Размножение

Определения и обозначения

Размножение — свойство живых организмов воспроизводить себе подобных. Оно обеспечивает непрерывность существования вида, поскольку отдельные организмы живут ограниченное время, а их потомки продолжают популяцию. Благодаря размножению наследственная информация передаётся от родительских организмов следующему поколению. Поэтому размножение важно не только для отдельного организма, но и для сохранения вида.

Бесполое размножение — образование нового организма без слияния гамет, обычно от одной родительской особи. Потомок получает наследственный материал от этой особи и чаще всего похож на неё. Так можно понять, почему для размножения не всегда нужны два партнёра. Этот способ позволяет организму оставить потомство, даже если рядом нет других особей его вида.

Половое размножение — образование нового организма в результате слияния гамет. Гаметы — половые клетки, несущие наследственную информацию; обычно различают мужские и женские гаметы. Их соединение объединяет наследственный материал, поэтому потомок получает его от обоих родителей. Это определение помогает отличить половое размножение от способов, при которых новый организм возникает без гамет.

Оплодотворение — процесс слияния гамет, в результате которого образуется зигота — клетка, из которой развивается новый организм. Само образование гамет и их слияние — разные события: сначала гаметы должны появиться, а затем встретиться. Зигота получает наследственный материал от обеих гамет. Поэтому понятие оплодотворения описывает ключевой этап полового размножения.

Как это устроено

При бесполом размножении наследственный материал потомку передаётся от одной особи, потому что слияния гамет нет. Новый организм может возникать из одной клетки или из части родительского организма. В результате потомки обычно генетически сходны с родителем и друг с другом. Однако сходство не означает абсолютной неизменности: наследственные изменения могут возникнуть, например, при изменениях ДНК.

Деление — способ, при котором одна клетка разделяется и образует дочерние клетки; так размножаются, например, бактерии. При почковании на родительском организме появляется вырост, который растёт и затем отделяется или остаётся связанным с ним. Споры — клетки, способные развиться в новый организм без слияния с другой клеткой; такой способ называют спорообразованием. При вегетативном размножении новое растение развивается из части родительского растения — например, побега, корня или листа. Во всех случаях потомок начинает развитие из клетки или части организма, а не из зиготы.

При половом размножении гаметы несут наследственную информацию, а их слияние объединяет её в зиготе. У многих организмов гаметы образуются в результате мейоза — деления, при котором число хромосом в клетках уменьшается вдвое. Это важно, потому что при слиянии двух гамет число хромосом восстанавливается. Далее зигота делится и развивается в новый организм, получивший наследственный материал от обеих гамет.

Наследственный материал родителей сочетается в зиготе, поэтому потомки не получают совершенно одинаковые наборы признаков. Различия могут проявляться в строении, физиологических особенностях и реакции на условия среды. Если среда меняется, среди разнообразного потомства с большей вероятностью окажутся особи, которым новые условия подходят лучше. Эти особи могут успешнее выживать и оставлять потомство, что повышает приспособляемость вида в изменяющейся среде.

Бесполое размножение обычно даёт возможность быстрее увеличить численность: не требуется искать партнёра и сливать гаметы. Поэтому оно выгодно, когда условия подходят организму и важно быстро заселить доступное место. Половое размножение требует большего участия в образовании гамет и оплодотворении, зато создаёт наследственное разнообразие. Разные способы полезны при разных обстоятельствах: быстрое увеличение численности удобно в стабильных условиях, а разнообразное потомство может оказаться преимуществом при переменах.

Сравнение бесполого и полового размножения

Сравнивайте способы по каждому признаку отдельно: особенно важно не смешивать число родительских особей с числом гамет. Формулировки «обычно» и «может» нужны потому, что детали размножения различаются у разных организмов. Таблица помогает увидеть главный компромисс: скорость размножения и разнообразие потомства.

Разбор задач

Задача 1. Бактерия разделилась на две дочерние клетки. Определите способ размножения и объясните, участвуют ли в нём гаметы. Чтобы не ориентироваться только на то, что клеток стало больше, выясним, каким образом возникли дочерние клетки. В условии указано разделение одной клетки на две, а не слияние половых клеток.

1. Сначала определяем исходное событие: одна бактерия разделилась на дочерние клетки.
2. Затем сопоставляем его с определением бесполого размножения: новый организм возникает без слияния гамет.
3. Проверяем, есть ли в условии гаметы или их слияние: ни того ни другого не указано, клетки образовались путём деления.

Ответ: бактерия размножилась бесполым способом — делением. Гаметы в этом процессе не участвуют, потому что новые клетки возникли при разделении одной родительской клетки, а не при оплодотворении.

Задача 2. У земляники из ползучего побега выросло новое растение. Назовите способ размножения и укажите, откуда новый организм получил наследственный материал. Ползучий побег — часть растения, а не половая клетка. Значит, нужно проверить, развивается ли новое растение из части родительского организма без слияния гамет.

1. Находим источник нового растения: им назван ползучий побег земляники.
2. Определяем, к какому способу это относится: развитие нового растения из побега является вегетативным размножением.
3. Устанавливаем происхождение наследственного материала: он передан от родительского растения через клетки его побега.

Ответ: это бесполое вегетативное размножение. Наследственный материал новый организм получил от родительской земляники; слияния гамет для его появления не было.

Задача 3. У вида в размножении участвуют мужская и женская гаметы. Объясните, почему потомки могут отличаться друг от друга и от родителей. Само наличие двух типов гамет указывает на половое размножение, но для объяснения различий нужно проследить, что происходит с наследственной информацией. При оплодотворении она объединяется в зиготе.

1. Определяем тип размножения: участие мужской и женской гамет означает половое размножение.
2. Учитываем, что каждая гамета несёт наследственный материал, а при оплодотворении он соединяется в зиготе.
3. Объясняем различия: сочетания наследственной информации у потомков могут быть разными, поэтому потомки отличаются друг от друга и от родителей.

Ответ: потомки могут различаться, потому что при половом размножении наследственный материал гамет объединяется в новых сочетаниях. Разнообразие потомства может повысить вероятность того, что некоторые особи окажутся лучше приспособлены к условиям среды.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что для любого размножения нужны две особи. Такое представление возникает из знакомства с половым размножением, где участвуют гаметы, но оно не подходит к бесполому способу. Новый организм может появиться от одной родительской особи — например, при делении или вегетативном размножении. Проверьте себя вопросом: было ли слияние гамет? Если нет, участие двух родителей для объяснения размножения не требуется.

Ошибка — называть спору гаметой. Их путают потому, что и спора, и гамета — особые клетки, связанные с размножением. Но спора может развиться без слияния с другой клеткой, а гамета участвует в половом процессе и сливается с другой гаметой. Для проверки выясните, нужно ли клетке соединиться с другой клеткой, чтобы дать начало развитию.

Ошибка — считать потомков при бесполом размножении абсолютно неизменными. Обычно они генетически сходны с родителем, поэтому их сходство принимают за полное отсутствие различий. Однако наследственные изменения возможны, хотя бесполое размножение не объединяет материал двух гамет. Проверяйте формулировку: точнее говорить «обычно сходны», а не «всегда совершенно одинаковы».

Ошибка — путать образование гамет с оплодотворением. Эти события связаны, поэтому их иногда считают одним процессом: гаметы появляются, а затем могут участвовать в размножении. Но образование гамет — это их возникновение, а оплодотворение — слияние уже образовавшихся гамет с появлением зиготы. Проверьте себя: если описано только образование половых клеток, оплодотворения ещё не произошло.

Связь с другими темами

Для понимания размножения нужны знания о строении клетки, роли ядра и ДНК. ДНК хранит наследственную информацию, а при образовании нового организма эта информация передаётся потомству. Поэтому сходство родителей и потомков связано не только с видом размножения, но и с тем, как наследственный материал копируется и распределяется.

Половое размножение связано с мейозом, а для понимания числа хромосом пригодятся понятия гаплоидного и диплоидного наборов. Гаметы имеют уменьшенный набор хромосом, а после оплодотворения в зиготе набор восстанавливается. Тема также связывает наследственность и изменчивость: первая объясняет передачу признаков, вторая — различия между организмами.

Описанные способы встречаются у растений, животных и микроорганизмов, хотя конкретные этапы могут различаться. Например, у растений возможны и половое, и вегетативное размножение, а бактерии размножаются делением. Сравнение групп организмов помогает увидеть, как общий принцип воспроизведения реализуется разными способами.

Что запомнить

• Размножение обеспечивает воспроизведение организмов и непрерывность существования вида.
• При бесполом размножении новый организм возникает без слияния гамет.
• Деление, почкование, спорообразование и вегетативное размножение — способы бесполого размножения.
• Половое размножение связано с образованием и слиянием гамет.
• При оплодотворении образуется зигота.
• Половое размножение способствует наследственному разнообразию потомства.