Репродукція організмів

Репродукція живих організмів

Репродукція — це здатність живих організмів до самовідтворення, утворення ними нащадків, які є засобом збереження виду і забезпечують безперервність їхнього існування. Здатність до самовідтворення — це одна з ключових ознак живого, яка відрізняє живі організми від неживих систем.

Репродукція живих організмів відбувається у формі розмноження, яке здійснюється у різні способи. Слід відзначити, що здатність до репродукції мають не тільки клітинні організми, але й такі неклітинні форми життя, як віруси.

Форми розмноження живих організмів

Основних форм розмноження живих організмів існує кілька. У першу чергу розрізняють статеве (під час якого утворюються статеві клітини) і нестатеве (під час якого статеві клітини не утворюються) розмноження.

Як окрему форму розмноження можуть розглядати вегетативне розмноження, виокремлюючи його з нестатевого. У такому випадку нестатевим вважають розмноження, під час якого утворюються спеціалізовані структури (спори, гемули тощо). А вегетативним вважають розмноження, під час якого такі структури не утворюються, а для розмноження використовуються звичайні соматичні органи (у планарії або гідри — частини тіла, у морських зірок — промені тощо).

Статеве розмноження

Статеве розмноження відзначається наявністю статевого процесу – поєднання в одній клітині генетичного матерiалу двох різних особин. Одним з найважливіших етапів статевого процесу є злиття статевих клітин, або гамет- спеціалізованих гаплоïдних клітин.

Спочатку проходить процес запліднення – злиття гамет, у результаті якого утворюється зигота; потiм iз зиготи утворюється зародок нового організму. Статеве розмноження вища форма відтворення, що забезпечує обмін спадковою інформацією між особи нами всередині виду, завдяки чому пiдвищується життєздатність потомства.

Статеве розмноження властиве деяким грибам, представникам усіх вiддiлiв рослинного і типів тваринного світу. В основі статевого розмноження лежить статевий процес, який здiйснюється у формі кон’югації та копуляції.

Способи  статевого розмноження

Кон’югація-тимчасове злиття клітин (утворюється цитоплазматичний місток), під час якого вони обмінюються частинами ядерного апарату і цитоплазми. Характерне найпростішим ( інфузоріям-туфелькам).
Копуляція- дві особини набувають властивостей статевих клітин і зливаються, утворюючи зиготу. Характерна  найпростішим (полістомели, політоми).
Партеногенез– розвиток організму із незаплідненої яйцеклітини. Характерний  рослинам, безхребетним тваринам (бджоли, дафнії, коловертки, попелиці), кавказької скельної ящірки.
Статеве розмноження із заплідненням– Формування двох типів спеціалізованих статевих клітин – гамет (чоловічої та жіночої), злиття яких призводить до утворення зиготи, з якої розвивається організм.

Поліембріонія — це процес розвитку кількох зародків з однієї заплідненої яйцеклітини. Поліембріонія досить поширена серед різних груп тварин (війчасті та кільчасті черви, деякі членистоногі, риби й ссавці). Як постійне явище вона притаманна деяким комахам (наприклад, їздцям) і ссавцям (наприклад, броненосцям). У людини у разі поліембріонії народжуються монозиготні близнята, які мають ідентичний набір спадкової інформації.

Типи статевого розмноження:
Ізогамія– спосіб статевого розмноження, у якому беруть участь однакові гамети (у хламідомонади);
Анізогамія–  спосіб статевого розмноження, у якому гамети відрізняються зо розміром, рухливістю (у деяких водоростей);
Оогамія – спосіб статевого розмноження, у якому беруть участь нерухлива велика жіноча яйцеклітина та рухливий дрібний чоловічий сперматозоїд (у хребетних тварин).

Гаметогенез: у ссавців, рослин та грибів.

Гаметогенез у грибів

Процес утворення статевих клітин називають гаметогенезом. Гамети утворюються в статевих залозах або спеціалізованих клітинах.

Серед грибів гаметогенез властивий не всім групам. У хітридіомікотових та оомікотових, наприклад, гамети утворюються в спеціальних спорангіях або гаметангіях (оогоніях та антеридіях). Гамети, що утворюються, можуть бути однаковими (при ізогамії) чи різними (при гетерогамії) за розміром. Серед них також поширений варіант, коли одна з гамет є великою й нерухомою, а інша — маленькою й рухливою (оогамія).

У базидіоміцетів (їхніми представниками є шапинкові гриби) та аскоміцетів (до них належать трюфелі, дріжджі та пеніцили) гаметогенез відсутній.

Мейоспори, які утворюють гриби, мають однаковий розмір. У базидіоміцетів формуються базидіоспори, які розташовані на спеціальній структурі — базидії. В аскоміцетів формуються аскоспори, які розташовані всередині іншої структури — аска.

В обох випадках процес починається зі злиття двох гаплоїдних ядер, які розташовані в клітині гриба (це характерна риса обох цих груп грибів). Після цього відбувається мейотичний поділ, який завершується утворенням чотирьох гаплоїдних клітин. У базидіоміцетів вони зазвичай розміщуються на базидії і потім відділяються від неї та поширюються. В аскоміцетів після завершення мейотичного поділу кожна зі спор ділиться ще раз мітотично. Таким чином в аску розміщується по вісім спор, які потім виходять з нього і поширюються.

Гаметогенез у рослин

Утворення статевих клітин у рослин можна розглянути на прикладі квіткових рослин. У них воно складається з двох етапів — спорогенезу і гаметогенезу.

Спорогенез у квіткових рослин відбувається в пиляках (мікроспорогенез, у результаті якого утворюються мікроспори) і маточці (мегаспорогенез, у результаті якого утворюються макроспори). У процесі мікроспорогенезу з однієї диплоїдної клітини утворюється чотири гаплоїдні мікроспори. Кожна з них ділиться мітотично й утворює пилкове зерно, яке містить два спермії.

У процесі мегаспорогенезу з однієї диплоїдної клітини також утворюється чотири мегаспори. Але тільки одна з них утворює зародковий мішок. Інші три відмирають. Мегаспора тричі ділиться мітотично і утворює вісім клітин. Одна з них стає яйцеклітиною, а дві зливаються і утворюють диплоїдну центральну клітину зародкового мішка.

Гаметогенез у ссавців

Гаметогенез у тварин можна розглянути на прикладі ссавців. У ссавців структурами, в яких відбувається гаметогенез, є їхні статеві залози — сім’яники та яєчники. Гаметогенез відбувається послідовно у трьох зонах, які виділяють у залозах, і закінчується формуванням гамет . Розрізняють сперматогенез (процес утворення чоловічих статевих клітин) та овогенез (процес утворення жіночих статевих клітин.

Партеногенез

Партеногенез — це розвиток нового організму з незаплідненої яйцеклітини. Як і у випадку поліембріонії, за партеногенезу дочірні організми мають ідентичний з материнським набір спадкової інформації. Є організми, в яких партеногенез — єдиний спосіб розмноження (деякі комахи — палочники та прямокрилі). В інших видів, наприклад у ящірок, існують роздільностатеві та партеногенетичні популяції. У життєвому циклі попелиць і дафній закономірно чергуються покоління, які розмножуються статевим способом і партеногенетично.  У бджіл з незапліднених яєць шляхом партеногенезу утворюються самці, а із запліднених виходять самки.

Партеногенез за своїми особливостями займає ніби проміжне положення між нестатевим і статевим способами розмноження. З одного боку, новий організм розвивається зі спеціалізованої статевої клітини — яйцеклітини, з іншого — розвитку дочірньої особини не передує запліднення.

Педогенез

Педогенез є одним з варіантів партеногенетичного розвитку. У випадку педогенезу розвиток зародка починається ще на личинкових стадіях розвитку батьківських особин. Педогенез відомий для паразитичних плоских червів,  його також виявили в деяких гіллястовусих ракоподібних і цілого ряду комах (представників жуків, метеликів, двокрилих тощо).

Апоміксис

Апоміксис — це спосіб розмноження без статевого процесу, але зі збереженими статевими органами. Апоміксис можна вважати вторинним нестатевим розмноженням, бо предкові форми організмів апоміктів розмножувалися статевим шляхом.

Апоміксис має дві найбільш поширені форми: партеногенез (який було докладно описано вище) і апогамію. Апогамія — це процес утворення зародка із клітин статевого покоління (у квіткових із гаплоїдних клітин зародкового мішка, у папоротей — із клітин заростка). Ще одним варіантом апогамії є адвентивна ембріонія, в процесі якої зародок розвивається із соматичних клітин. Зародок, який утворюється в результаті адвентивної ембріонії, є диплоїдним та ідентичним за генотипом материнській особині.

Апоміксис поширений серед квіткових рослин.

Неотенія

Неотенія є способом розмноження деяких тварин, за якого вони мають можливість розмножуватися не в дорослому стані, а на стадії личинки. У цьому випадку в личинки до стадії дорослої особини розвивається лише статева система, а всі інші системи залишаються незмінними. Неотенія трапляється у представників земноводних, комах, ракоподібних, червів,

Неотенія зазвичай має пристосувальне значення. Частіше за все це явище спостерігається в тих випадках, коли личинки і дорослі тварини живуть у різних середовищах. Якщо в середовищі, де живуть дорослі особини, умови стають неприйнятними для проживання, стає вигідним розмножуватися на стадії личинки.

Класичним прикладом неотенії є аксолотль — личинка амбістоми (одного з видів саламандр).

Запліднення

Форми запліднення

Заплідненням називають процес з’єднання (злиття) зрілої чоловічої і жіночої статевих клітин, у результаті якого утворюється одна клітина (зигота), що є початком нового організму. Існує багато форм запліднення, на які його поділяють залежно від того, яку з характеристик процесу було обрано. Так, запліднення, ділять на штучне (здійснюється людиною) та природнє (без участі людини). А залежно від місця, де воно відбувається, розрізняють зовнішнє (поза організмом) і внутрішнє (в організмі) запліднення.

Запліднення у водоростей та спорових рослин

У водоростей і спорових рослин запліднення відбувається шляхом злиття гамет тільки у водному середовищі. Тому для розмноження цим рослинам потрібна крапельно-рідка вода, навіть якщо вони ростуть на суходолі.

Розміри гамет, що беруть участь у такому заплідненні, можуть бути як однаковими, так і різними. У більшості випадків одна або обидві гамети є рухливими, і їхня зустріч відбувається без особливих проблем. Але в деяких випадках (наприклад, у червоних водоростей) джгутики у гамет відсутні. Тому цим рослинам довелося виробляти більш складну систему запліднення.

Запліднення у голонасінних рослин

Запліднення у голонасінних рослин від крапельно-рідкої води не залежить. Це дозволило голонасінним успішно поширитися у сухих місцях існування і стати одними з найбільш успішних груп наземних організмів.

У голонасінних спермії не мають джгутиків. До жіночої шишки вони потрапляють з пилком, який переносить вітер. Після потрапляння пилка до шишки з нього виростає пилкова трубка, яка і транспортує безджгутикові спермії до місця розташування яйцеклітини. У процесі запліднення у голонасінних бере участь лише один спермій.

Подвійне запліднення у квіткових рослин

Квіткові рослини, як і голонасінні, є насінними рослинами. І після запліднення у них також утворюються насінини. Але процес запліднення квіткових є більш досконалим. У них утворюються квітки і має місце подвійне запліднення.

Початок процесу у квіткових дуже схожий на голонасінних. Пилок теж повинен потрапити на іншу рослину (у перехреснозапильних видів). Але він потрапляє на спеціальну структуру — приймочку маточки, і там вже проростає, утворюючи пилкову трубку. По цій трубці два спермії (як і у голонасінних) транспортуються до зародкового мішка, у якому один зі сперміїв зливається з яйцеклітиною, утворюючи зиготу.

Запліднення у тварин

У тварин запліднення буває двох видів: зовнішнє і внутрішнє. Зовнішнє запліднення часто використовують мешканці водойм. А мешканці суходолу частіше використовують внутрішнє запліднення. Зовнішнє запліднення є найбільш простим варіантом запліднення у тварин і еволюційно з’явилося першим.

Перевагою зовнішнього запліднення є те, що воно не потребує утворення в організмі спеціалізованих структур для введення сперми в тіло самки. Але шанси на зустріч яйцеклітини зі сперматозоїдом за такого варіанта запліднення є меншими.

Багато водних мешканців також використовують внутрішнє запліднення. І це не лише вторинноводні тварини (наприклад, кити), предки яких жили на суходолі й розмножувалися за допомогою внутрішнього запліднення. Наприклад, представники хрящових риб «винайшли» внутрішнє запліднення незалежно від інших груп хордових тварин.

Біологічне значення статевого розмноження

Біологічне значення статевого розмноження полягає в тому, що у нащадків значно оновлюється спадковий матеріал, у них з’являється велика можливість пристосуватися до середовища проживання, ніж у організмів, що виникли при безстатевому розмноженні, коли нащадки практично не відрізняються від батьків за своїми спадковим ознаками.

Статеве розмноження робить організми стійкими до мінливих і несприятливих умов навколишнього середовища, підвищує їх життєздатність. Цьому сприяє різноманітність потомства, що народжується в результаті об’єднання спадковості двох організмів.

Нестатеве розмноження

Нестатеве розмноження — утворення нового організму з однієї або групи клітин вихідного материнського організму, в ході якого не утворюються статеві клітини і не відбувається статевий процес. У цьому випадку в розмноженні бере участь тільки одна батьківська особина, що передає свою спадкову інформацію дочірнім організмам.

Цей спосіб розмноження поширений в усіх групах живих організмів і є вихідним способом розмноження для клітинних форм. Суттєвою перевагою нестатевого розмноження є те, що в цьому варіанті продукувати нових нащадків можуть усі особини, тоді як у випадку статевого розмноження на це здатні тільки особини жіночої статі.

Способи нестатевого розмноження організмів

Нестатеве розмноження має дві форми: власне нестатеве та вегетативне розмноження. Нестатеве розмноження в одноклітинних органiзмiв вiдбувається шляхом поділу їх надвоє (бінарний по діл), множинного поділу (шизогонія), брунькування і спороутворення.

Шляхом бінарного поділу розмножуються прокаріоти, одноклітинні гриби й водорості, найпростіші. Діленню клітин передує реплікація ДНК, а в еукаріотів також поділ ядра.

Кожна особина ділиться на дві ідентичні, удвічі менші за материнську, дочірні клітини. Материнська клітина може ділитись у будь-якій площині (в амеби-протея) або лише в певній (в евглени зеленої поздовжнім подi лом, інфузорії-туфельки – поперечним).

За сприятливих умов дочірні клітини живляться, ростуть і, досягнувши розмірів материнської, починають

розмножуватись. Це призводить до швидкого росту популяції.

Множинний поділ, або шизогонія, притаманний, зокрема, малярійному плазмодію. Настає безпосередньо пiс ля зараження хазяїна, коли паразит проникає в печінку. Спочатку багаторазово ділиться клітинне ядро і материнсь ка клітина стає багатоядерною, а вже потім ділиться цитоплазма й утворює багато одноядерних дочірніх клітин,  кожна з яких здатна заразити новий еритроцит утворити шляхом шизогонії ще 24 дочірні клітини.

Брунькування – материнська клітина ділиться на велику й малу дочірні клітини (у дріжджів).

Спороутворення характеризується тим, що в ньому бере участь одна батьківська особина, яка утворює бага то спор або зооспор (із джгутиками). Спори – це мікроскопічні одноклітинні утвори, що складаються з незначної кiлькостi питоплазми і ядра (рідше дво- або багатоклітинні).

Фрагментація  –  відокремлення ділянки тіла з подальшим відновленням частин, яких бракує (тварини).

Вегетативне розмноження 

Під час вегетативного розмноження рослин особини, що утворюються від одного материнського організму, мають однаковий генотип, а їх сукупність називають клоном.

Вегетативне розмноження рослин поділяють на природнє та штучне. Природнє розмноження у водоростей здійснюється частинами талому, мохоподібних- виводковими бруньками, папоротеподібних- кореневищами. У голонасінних вегетативне розмноження відсутнє, а покритонасінним притаманні найрізноманітніші способи вегетативного розмноження за допомогою їх надземних і підземних органів.

Способи природного вегетативного розмноження

• кореневими паростками( вишня, малина);
• відсадками (агрус, смородина);
• кореневищами ( пирій, конвалія);
• листковими живцями ( фіалка);
• бульбами (топінамбур);
• цибулинами ( цибуля, тюльпан);
• живцями (верба);
• вусами ( суниця, жовтець);
• виводковими бруньками на листках.

Штучне вегетативне розмноження проводять різними методами:

• шляхом поділом кущів (смородина, агрус);
• бульб (картопля);
• кореневих бульб ( жоржина);
• кореневищ (мята, ірис);
• живцюванням- кореневими живцями (смородина, троянда);
• листковими живцями ( фіалка);
• щепленням-копулірування ( плодові культури);
• окулірування (плодові, троянда);
• аблактування ( виноград);
• культури ізольованих тканин ( картопля, суниця, декоративні рослини).

Біологічне значення нестатевого розмноження
1. У деяких організмів це єдиний спосіб розмноження

2. Таким чином можуть розмножуватися організми, які за певних умов виявилися ізольованими

3. Види, у яких короткий життєвий цикл, можуть швидше залишити більше нащадків

4. Сприяє пристосуванню організмів до незмінних умов існування.

5. Вегетативне розмноження за браком умов для статевого розмноження забезпечує одержання значної кількості нащадків.

Статеві залози і статеві клітини

Статевими залозами у людини є яєчка (у чоловіків) і яєчники (у жінок). Яєчка — овальні парні статеві залози, що містяться поза черевною порожниною у шкірному мішку (мошонці). Вони належать до залоз змішаної секреції: зовнішня функція — це утворення сперматозоїдів, а внутрішня — виділення гормону тестостерону. Під час статевого дозрівання у сім’яних каналах яєчок утворюються чоловічі статеві клітини — сперматозоїди.

Яєчники — це парні статеві залози мигдалеподібної форми. У них утворюються й дозрівають жіночі статеві клітини — яйцеклітини. Також яєчники утворюють статеві гормони, такі як естрадіол і прогестерон. До черевної порожнини яєчники прикріплені кількома зв’язками.

Чоловічими статевими клітинами є сперматозоїди. Це рухливі клітини, які мають три відділи — головку, шийку і хвіст. У хвості містяться спеціальні білки, які забезпечують рух сперматозоїда. А в шийці зосереджені мітохондрії, що виробляють енергію, яка використовується для руху. Головка клітини містить ядро зі спадковим матеріалом і спеціальну органелу — акросому.

Жіночими статевими клітинами є яйцеклітини. Яйцеклітина набагато більша, ніж сперматозоїд. Вона містить поживні речовини, які забезпечують перші поділи майбутнього зародка, і не має джгутика. Спадковий матеріал яйцеклітини міститься в ядрі.

Сперматогенез у людини

Сперматогенез — це процес розвитку сперматозоїдів у людини. Він відбувається в сім’яних канальцях чоловічої статевої залози — сім’янику. Процес сперматогенезу складний, він завершується в період статевої зрілості утворенням сперматозоїдів — зрілих чоловічих статевих клітин, здатних до запліднення.

Овогенез у людини

Овогенез — це процес розвитку яйцеклітин. Процес розвитку яйцеклітин пов’язаний з ростом і розвитком первинних фолікулів, розміщених у корковому шарі яєчника.

Вплив різних факторів на гаметогенез

Процес утворення гамет у людини залежить від генетичних, гормональних та інших факторів.

Вкрай негативно на цей процес впливають алкоголь, паління і вживання наркотичних речовин, а також деякі фактори середовища (радіаційне випромінення, певні хімічні речовини тощо). Ці фактори можуть порушувати процес формування сперматозоїдів, що стає причиною їх недостатньої рухливості й безпліддя. Крім того, ці фактори суттєво підвищують кількість мутацій в статевих клітинах, що також погано відбивається на їхній життєздатності й підвищує ризик народження дітей зі спадковими вадами.

Гермафродитизм у людини

Гермафродитизмом називають наявність в однієї особини і чоловічих, і жіночих статевих залоз. У більшості випадків таке явище є характерним для безхребетних тварин, а у хребетних трапляється рідко (найчастіше у риб). У ссавців гермафродитизм виникає внаслідок певних спадкових аномалій або порушення розвитку.

У людини розрізняють два види гермафродитизму — істинний та хибний. Загальна частота гермафродитизму — приблизно 1 випадок на 2000 народжень. Але майже всі вони належать до хибного гермафродитизму. Істинний гермафродитизм трапляється дуже рідко.

У разі істинного гермафродитизму в людини формуються і чоловіча і жіноча статеві залози, які здатні виробляти гамети, а в будові статевих органів є як жіночі, так і чоловічі риси.

У випадку хибного гермафродитизму статеві залози сформовані правильно за жіночим або чоловічим типом. Але статеві органи несуть ознаки обох статей. Це може бути наслідком дисбалансу статевих гормонів.

Ґендер у людини

Ґендер — це соціально-біологічна характеристика, через яку визначаються поняття «чоловік» і «жінка», психосоціальні та соціокультурні ролі чоловіка й жінки як особистостей, а також психолого-біологічні особливості, на які впливає стать.  Термін ґендер запропонував американський психоаналітик Роберт Столлер у кінці 1960-х років.

На відміну від біологічної статі, ґендер є набором соціальних самоідентифікацій, які можуть як збігатися з біологічними особливостями людини, так і суперечити їм.