Размножение и индивидуальное развитие организмов

Определения и обозначения

Размножение — способность организмов производить потомство. Оно необходимо для продолжения существования вида: отдельные особи живут ограниченное время, а потомство сменяет их. Различают бесполый способ, не требующий слияния гамет, и половой, обычно включающий их слияние.

Онтогенез — индивидуальное развитие организма от момента его возникновения до смерти. В течение этого пути организм последовательно меняется: растёт, формирует свои структуры, достигает зрелости, а затем стареет. Это понятие помогает рассматривать жизнь как целый процесс, а не только как развитие зародыша.

Гаметогенез — процесс образования и созревания половых клеток, или гамет. При нём мейоз уменьшает число хромосом вдвое, а дальнейшее созревание подготавливает клетки к участию в оплодотворении. Благодаря этому при слиянии гамет не происходит удвоения числа хромосом в каждом поколении.

Оплодотворение — слияние мужской и женской гамет с образованием зиготы. Их ядра объединяют наследственный материал, поэтому зигота получает хромосомы от обеих гамет. С этого момента начинается развитие нового организма.

Как это устроено

При бесполом размножении потомок развивается от одной родительской особи, а гаметы не сливаются. К основным способам относятся деление, почкование, спорообразование и вегетативное размножение частями организма. Например, у гидры на теле появляется почка, которая растёт и затем может отделиться; у растений новый организм способен развиться из побега или клубня. Поскольку наследственный материал обычно копируется от одной особи, потомство похоже на родителя, хотя мутации могут вызвать различия.

Половое размножение начинается с образования гамет, а у большинства организмов продолжается их слиянием. Гаметы несут наследственный материал, который поступает от родительских организмов. При оплодотворении он объединяется в зиготе, поэтому потомок получает новые сочетания наследственных вариантов. Эти сочетания объясняют, почему потомство одного организма может отличаться и от него самого, и друг от друга.

Гаметы должны иметь половинное число хромосом по сравнению с обычными клетками тела. Мейоз обеспечивает такое уменьшение: из клетки с диплоидным набором образуются клетки с гаплоидным набором. Если бы гаметы сохраняли полный набор, при их слиянии число хромосом удваивалось бы в каждом поколении. Благодаря мейозу оплодотворение восстанавливает характерный для вида диплоидный набор.

После оплодотворения зигота многократно делится, и начинается эмбриональное развитие. Сначала увеличивается число клеток, затем они специализируются и образуют зародышевые слои, из которых формируются ткани и органы. Такое распределение задач между клетками позволяет построить организм с разными системами органов. В итоге зародыш приобретает строение, необходимое для жизни после рождения или выхода из яйца.

После рождения или выхода из яйцевых оболочек начинается постэмбриональное развитие, которое продолжается до конца жизни. При прямом развитии молодая особь похожа на взрослую, а её дальнейшие изменения связаны главным образом с ростом и созреванием. При развитии с превращением из яйца выходит личинка, отличающаяся от взрослой особи; переход к взрослой форме сопровождается заметной перестройкой. Различие стадий может позволять молодым и взрослым организмам использовать разные ресурсы или условия среды.

Сравнение бесполого и полового размножения

Сравнивайте способы сразу по нескольким признакам: количество родителей само по себе не показывает, участвовали ли гаметы. Особенно полезно сопоставить происхождение потомства с его наследственным сходством. Помните, что слово «обычно» важно: биологические процессы могут различаться у разных организмов.

Разбор задач

У гидры на теле образовался вырост, который вырос и отделился. Определите способ размножения и укажите, участвовали ли в нём гаметы.

1. В условии описано появление выроста на теле родительского организма.
2. Вырост растёт и отделяется, превращаясь в самостоятельную особь. Такой способ называется почкованием.
3. Проверяем, есть ли в описании образование и слияние половых клеток. Их нет, а новый организм развивается непосредственно от одной особи.

Ответ: это бесполое размножение почкованием; гаметы не участвовали. На способ указывает характерный вырост, который отделяется от родительского организма.

У животного диплоидный набор составляет 2n = 24. Сколько хромосом будет в зрелой гамете и в зиготе после оплодотворения?

1. Диплоидное число 2n равно 24, значит половина набора, обозначаемая n, равна 24 : 2 = 12.
2. Мейоз уменьшает число хромосом вдвое, поэтому в зрелой гамете будет 12 хромосом.
3. При оплодотворении сливаются две гаметы: 12 + 12 = 24. Следовательно, зигота получает диплоидный набор.

Ответ: в зрелой гамете — 12 хромосом, в зиготе — 24. Сначала число уменьшается при мейозе, а затем восстанавливается при объединении наследственного материала гамет.

У первого вида молодые особи похожи на взрослых, а у второго из яйца выходит личинка, заметно отличающаяся от взрослой. Сравните типы постэмбрионального развития и объясните значение различий.

1. Сходство молодой особи со взрослой указывает на прямое развитие. Молодой организм растёт и созревает, не проходя резко отличающейся личиночной стадии.
2. Личинка, непохожая на взрослую особь, — признак развития с превращением. В ходе онтогенеза она меняется и приобретает признаки взрослого организма.
3. Различия между стадиями могут помогать им занимать разные экологические ниши, например питаться разной пищей и меньше конкурировать.

Ответ: у первого вида развитие прямое, у второго — с превращением. Разные стадии могут быть приспособлены к различным условиям жизни, хотя конкретное значение зависит от вида.

Типичные ошибки

• Ошибка — считать, что при бесполом размножении потомство всегда абсолютно одинаково. Такое представление возникает из-за копирования наследственного материала от одной особи, но мутации могут изменить его. Проверка: формулируйте сходство как «обычно генетически похоже», а не «полностью идентично».

• Ошибка — путать гаметогенез и оплодотворение. Их смешивают, потому что оба процесса связаны с половыми клетками, однако гаметы сначала образуются и созревают, а затем могут слиться. Проверка: гаметогенез — образование гамет, оплодотворение — их слияние.

• Ошибка — думать, что мейоз удваивает число хромосом в гаметах. Причина — смешение результата мейоза с итогом оплодотворения, при котором набор зиготы становится диплоидным. Проверка: при мейозе число уменьшается вдвое, а при слиянии двух гамет восстанавливается.

• Ошибка — ограничивать онтогенез периодом до рождения или выхода из яйца. Так происходит, если развитие воспринимают только как формирование зародыша, хотя организм меняется и позднее. Проверка: онтогенез охватывает весь путь от возникновения до смерти, включая постэмбриональный период.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны знания о строении клетки, ядре и хромосомах, а также о различиях между митозом и мейозом. Связь с наследственностью и изменчивостью помогает объяснить, как размножение передаёт наследственный материал и почему половое размножение создаёт новые сочетания признаков. Понятие онтогенеза пригодится при изучении эмбриологии, жизненных циклов, возрастных изменений и факторов, влияющих на развитие.

Что запомнить

• Размножение обеспечивает продолжение существования вида.
• При бесполом размножении новый организм возникает без слияния гамет.
• Половое размножение включает образование гамет и обычно их слияние.
• Мейоз формирует гаметы с уменьшенным вдвое набором хромосом.
• Оплодотворение образует зиготу и восстанавливает диплоидный набор.
• Онтогенез включает эмбриональный и постэмбриональный периоды.
• Постэмбриональное развитие бывает прямым и с превращением.