Способы размножения

Введение

Способность размножаться, т. е. производить новое  поколение особей того же вида, - одна из основных особенностей живых организмов. В процессе размножения происходит передача генетического материала  от родительского поколения следующему поколению, что обеспечивает воспроизведение  признаков не только данного вида, но конкретных родительских особей. Для  вида смысл размножения состоит  в замещении тех его представителей, которые гибнут, что обеспечивает непрерывность существования вида; кроме того, при подходящих условиях размножение позволяет увеличить общую численность вида. Каждая новая особь, прежде чем достигнуть стадии, на которой она будет способна к размножению, должна пройти ряд стадий роста и развития. Некоторые особи погибают, не достигнув репродуктивной стадии (или половозрелости) в результате уничтожения хищниками, болезней и разного рода случайных событий; поэтому вид может сохраниться лишь при условии, что каждое поколение будет производить больше потомков, чем было родительских особей, принимавших участие в размножении. Численность популяций колеблется в зависимости от баланса между размножением и вымиранием особей. Существует ряд различных стратегий размножения, каждая из которых имеет определенные преимущества и недостатки; все они будут описаны в этом реферате.    
 
 
 
 

Половое размножение

При половом  размножении потомство получается в результате слияния генетического  материала гаплоидных ядер. Обычно эти ядра содержатся в специализированных половых клетках - гаметах; при оплодотворении гаметы сливаются, образуя диплоидную зиготу, из которой в процессе развития получается зрелый организм. Гаметы гаплоидны - они содержат один набор хромосом, полученный в результате мейоза; они  служат связующим звеном между данным поколением и следующим (при половом  размножении цветковых растений сливаются не клетки, а ядра, но обычно эти ядра тоже называют гаметами.) Мейоз - важный этап жизненных циклов, включающих половое размножение, так как  он ведет к уменьшению количества генетического материала вдвое. Благодаря этому в ряду поколений, размножающихся половым путем, это  количество остается постоянным, хотя при оплодотворении оно каждый раз  удваивается. Во время мейоза в результате случайного расхождения хромосом (независимое  распределение) и обмена генетическим материалом между гомологичными  хромосомами (кроссинговер) возникают  новые комбинации генов, попавших в  одну гамету, и такая перетасовка  повышает генетическое разнообразие. Слияние содержащихся в гаметах  гаплоидных ядер называют оплодотворением  или сингамией; оно приводит к  образованию диплоидной зиготы, т. е. клетки, содержащей по одному хромосомному набору от каждого из родителей. Это  объединение в зиготе двух наборов  хромосом (генетическая рекомбинация) представляет собой генетическую основу внутривидовой изменчивости. Зигота растет и развивается в зрелый организм следующего поколения. Таким  образом, при половом размножении  в жизненном цикле происходит чередование диплоидной и гаплоидной фаз, причем у разных организмов эти  фазы принимают различные формы. Гаметы обычно бывают двух типов - мужские  и женские, но некоторые примитивные  организмы производят гаметы только одного типа. У организмов, образующих гаметы двух типов, их могут производить соответственно мужские и женские родительские особи, а может быть и так, что у одной и той же особи имеются и мужские, и женские половые органы. Виды, у которых существуют отдельные мужские и женские особи, называются раздельнополыми; таковы большинство животных и человек. Среди цветковых растений тоже есть раздельнополые виды; если у однодомных видов мужские и женские цветки образуются на одном и том же растении, как, например, у огурца и лещины, то у двудомных одни растения несут только мужские, а другие - только женские цветки, как у остролиста или у тиса.

Гермафродитизм

Виды, у которых  одна и та же особь способна производить  и мужские, и женские гаметы, называют гермафродитными или двуполыми. К их числу относятся многие простейшие, в том числе парамеция, некоторые  кишечнополостные, плоские черви, например солитер, олигохеты, например дождевой червь, ракообразные, например морской  желудь, такие моллюски, как улитка, некоторые рыбы и ящерицы, а также  большинство цветковых растений. Гермафродитизм считается самой  примитивной формой полового размножения  и свойствен многим примитивным  организмам. Он представляет собой  приспособление к сидячему, малоподвижному или паразитическому образу жизни. Одно из преимуществ гермафродитизма  состоит в том, что он делает возможным  самооплодотворение, а это весьма существенно для некоторых эндопаразитов, таких как солитер, ведущих одиночное  существование. Однако у большинства  гермафродитных видов в оплодотворении участвуют гаметы, происходящие от разных особей, и у них имеются  многочисленные генетические, морфологические  и физиологические адаптации, препятствующие самооплодотворению и благоприятствующие перекрестному оплодотворению. Например, у многих простейших самооплодотворение предотвращается генетической несовместимостью, у многих цветковых растений - строением андроцея и гинецея, а у многих животных-тем, что яйца и спермии образуются у одной и той же особи в разное время.  

Партеногенез

Партеногенез - одна из модификаций полового размножения, при которой женская гамета развивается  в новую особь без оплодотворения мужской гаметой. Партеногенетическое  размножение встречается как  в царстве животных, так и в  царстве растений, и преимущество его состоит в том, что в  некоторых случаях оно повышает скорость размножения. Существует два  вида партеногенеза - гаплоидный и диплоидный, в зависимости от числа хромосом в женской гамете. У многих насекомых, в том числе у муравьев, пчел и ос, в результате гаплоидного  партеногенеза в пределах данного  сообщества возникают различные  касты организмов. У этих видов  происходит мейоз и образуются гаплоидные гаметы. Некоторые яйцеклетки оплодотворяются, и из них развиваются диплоидные самки, тогда как из неоплодотворенных  яйцеклеток развиваются фертильные гаплоидные самцы. Например, у медоносной пчелы матка откладывает оплодотворенные  яйца (2n = 32), которые, развиваясь, дают самок (маток или рабочих особей), и  неоплодотворенные яйца (n = 16), которые  дают самцов (трутней), производящих спермии  путем митоза, а не мейоза. Такой  механизм размножения у общественных насекомых имеет адаптивное значение, так как позволяет регулировать численность потомков каждого типа. У тлей происходит диплоидный партеногенез, при котором ооциты самки претерпевают особую форму мейоза без расхождения  хромосом - все хромосомы переходят  в яйцеклетку, а полярные тельца не получают ни одной хромосомы. Яйцеклетки развиваются в материнском организме, так что молодые самки рождаются вполне сформировавшимися, а не вылупляются из яиц. Такой процесс называется живорождением. Он может продолжаться в течение нескольких поколений, особенно летом, до тех пор пока в одной из клеток не произойдет почти полное нерасхождение, в результате чего получается клетка, содержащая все пары аутосом и одну Х-хромосому. Из этой клетки партеногенетически развивается самец. Эти осенние самцы и партеногенетические самки производят в результате мейоза гаплоидные гаметы, участвующие в половом размножении. Оплодотворенные самки откладывают диплоидные яйца, которые перезимо-вывают, а весной из них вылупляются самки, размножающиеся партеногенетически и рождающие живых потомков. Несколько партеногенетических поколений сменяются поколением, возникающим в результате нормального полового размножения, что вносит в популяцию генетическое разнообразие в результате рекомбинации. Главное преимущество, которое дает тлям партеногенез, - это быстрый рост численности популяции, так как при этом все ее половозрелые члены способны к откладке яиц. Это особенно важно в периоды, когда условия среды благоприятны для существования большой популяции, т. е. в летние месяцы. Партеногенез широко распространен у растений, где он принимает различные формы. Одна из них - апомиксис - представляет собой партеногенез, имитирующий половое размножение. Апомиксис наблюдается у некоторых цветковых растений, у которых диплоидная клетка семязачатка-либо клетка нуцеллуса, либо мегаспора - развивается в функциональный зародыш без участия мужской гаметы. Из остального семязачатка образуется семя, а из завязи развивается плод. В других случаях требуется присутствие пыльцевого зерна, которое стимулирует партеногенез, хотя и не прорастает; пыльцевое зерно индуцирует гормональные изменения, необходимые для развития зародыша, и на практике такие случаи трудно отличить от настоящего полового размножения.

Половое размножение у  человека

Оплодотворение

Сперма изливается глубоко во влагалище, вблизи шейки  матки. Как показали исследования, сперматозоиды  проходят из влагалища в матку  и доходят до верхнего конца фаллопиевых  труб за пять минут благодаря сокращениям  матки и труб. Как полагают, эти  сокращения инициируются окситоцином, выделяющимся во время полового акта, и локальным воздействием простагландинов, содержащихся в семенной жидкости, на матку и фаллопиевы трубы. Спермии  сохраняют жизнеспособность в женских  половых путях в течение 24-72 ч, но остаются высокофертильными лишь 12-24ч. Сперматозоид способен оплодотворить  ооцит только после того, как он проведет в половых путях несколько  часов, претерпевая процесс так  называемой капацитации; при этом свойства мембраны, покрывающей акросому, изменяются, что делает возможным оплодотворение, которое обычно происходит в верхней  части фаллопиевой трубы. Когда  спермии приближается к ооциту, его  наружная мембрана, покрывающая область  акросомы, и мембраны самой акросомы разрываются, и находившиеся в акросоме ферменты - гиалуронвдаза и протеаза - «переваривают» окружающие ооцит  клеточные слои. Эти изменения  в головке спермия называют акросомальной  реакцией. В результате дальнейших изменений в головке спермия  внутренняя мембрана акросомы выворачивается наизнанку, что позволяет спермию  проникнуть сквозь плазматическую мембрану в ооцит; у человека сперматозоид входит в ооцит целиком. После  того как в яйцеклетку проник один спермии, расположенные под ее плазматической мембраной кортикальные гранулы  разрываются, начиная с места вхождения спермия, и освобождают вещество, под действием которого zona pellucida утолщается и отделяется от плазматической мембраны яйцеклетки. Эта так называемая кортикальная реакция распространяется по всей клетке, в результате чего zona pellucida образует непроницаемую преграду-оболочку оплодотворения, которая препятствует проникновению в ооцит других спермиев, т. е. явлению полиспермии. Проникновение сперматозоида служит стимулом для завершения второго деления мейоза, и ооцит второго порядка становится зрелым яйцом. При этом образуется также второе полярное тельце, которое тотчас же дегенерирует, а хвост сперматозоида рассасывается в цитоплазме яйца. Ядра обеих гамет превращаются в пронуклеусы и сближаются. Мембраны пронуклеусов разрушаются, а отцовские и материнские хромосомы прикрепляются к образовавшимся нитям веретена. К этому времени оба гаплоидных набора, содержащих у человека по 23 хромосомы, уже реплицировались, и возникшие в результате 46 пар хроматид выстраиваются по экватору веретена, как в метафазе митоза. Слияние пронуклеусов называется кариогамией. На этой стадии восстанавливается диплоидное число хромосом, и оплодотворенное яйцо получает название зиготы. Зигота проходит стадии анафазы и телофазы и завершает свое первое митотическое деление. Следующий за этим цитокинез приводит к образованию двух диплоидных дочерних клеток.

Биологический смысл полового размножения 

Процесс полового размножения осуществляется при  наличии половых клеток. Оплодотворение - это процесс слияния половых  клеток. Образующаяся диплоидная зигота является начальным этапом развития нового организма. Процесс оплодотворения складывается из трех этапов - сближения  половых клеток, активации яйцеклетки и слияния гамет (сингамия). Первому этапу благоприятствуют ряд факторов: физиологическая зрелость мужского и женского организмов, синхронизация созревания яйцеклетки и сперматозоидов, определенное половое поведение партнеров, а также группа химических веществ - аттрактантов, способствующих сближению. Эта группа веществ также называется гамонами, т. е. гормонами, продуцируемыми гаметами. Сперматозоиды выделяют секрет, способствующий их сегрегации и активирующий их движение. Кроме того, структурный компонент сперматозоида - акросома - выделяет протеолитические ферменты, разрушающие яйцевые оболочки. Способность к капацитации (оплодотворению) сперматозоиды приобретают только в половых путях самки, а в случае искусственного оплодотворения in vitro - при наличии в питательной среде веществ, стимулирующих оплодотворение. В момент контакта сперматозоида и яйцеклетки происходит активация акросомы, под действием секрета яйцевые оболочки растворяются. Цитоплазматические мембраны яйцеклетки и сперматозоида сливаются, формируется так называемый цитоплазматический мостик. Через него внутреннее содержимое сперматозоида проникает в яйцеклетку. Хвостик сперматозоида также может проникнуть внутрь яйцеклетки, но затем, как правило, рассасывается. Слияние гамет активирует ядро яйцеклетки, запуская так называемый кортикальный цикл реакций. Мембранный потенциал клетки меняется, она становится проницаемой для ионов натрия. После этого волнообразно происходит увеличение концентрации ионов кальция и растворение кортикальных структур зиготы. Выделяемые ферменты способствуют отслоению желточной оболочки, которая затвердевает, формируя оболочку оплодотворения. Одной из главнейших функций кортикального цикла является предотвращение полиспермии, т. е. одновременного оплодотворения одной яйцеклетки несколькими сперматозоидами и, как следствие, полиплоидии.  У костистых рыб, морского ежа все указанные изменения отражаются на морфологии и биохимии цитоплазмы. Это явление получило название сегрегации цитоплазмы. После активации происходит трансляция белка.   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Заключение

В процессе работы я рассмотрел некоторые виды размножения. Не только те, которые известны нам издавна, но и те, о которых мы узнали сравнительно недавно (в первую очередь - это клонирование). И кто знает, может быть в скором времени появится что-то новое, о котором мы сейчас даже не предполагаем. Возможно, что этот новый вид размножения открою я.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список  используемой литературы

Боген Г. -Современная биология. - М.: Мир, 1970. 

Грин Н., Стаут У., Тейлор Д. -Биология: в 3-х  т. Т. 3: пер. с англ. /под ред. Р. Сопера. - М.: Мир, 1990.

От молекул  до человека. - М.: Просвещение, 1973.

Вилли К. - Биология (биологические законы и процессы). - М.: Мир, 1974.

Слюсарев  А. А. - Биология с общей генетикой. - М.: Медицина, 1978.

Евелин П. - Анатомия и физиология для медсестер. -М.: БелАДИ (Черепаха), 1997. 

От животных к человеку. - М.: Наука, 1971.