Размножение – универсальное свойство живых организмов. Мейоз – основа полового размножения. Цитологическая и цитогенетическая характеристика мейоза
Размножение — присущее всем живым существам свойство воспроизведения себе подобных, — новое поколение особей того же вида, — благодаря чему обеспечиваются непрерывность и преемственность жизни. Это одна из основных свойств живых организмов. Неполовое размножение. Много видов растений и животных (вирусы, бактерии, водоросли, грибы, простейшие, губки, кишковопорожнинні и др.) могут размножаться с помощью одной (моноцитогенне) или группы (поліцитогенне) неполовых клеток. формы моноцитогенного размножения: 1) деление клетки надвое; 2) множественный разделение (шизогония); 3) спорообразование; 4) почкование. Формы поліцитогенного размножение: 1) упорядоченное разделение; 2) неупорядоченное деление (фрагментация); 3) поліембріонія; 4) почкование; 5) образования почек, корневых клубней, луковиц (у растений) и т.д.
В случае деления клетки надвое образуются две дочерние клетки, но вдвое меньшие материнскую.
Они питаются, растут и начинают размножаться, когда достигают размеров материнской. Материнская клетка может делиться в любой плоскости (например, в амебы-протея) или только в определенной (в евглены зеленой или инфузории-туфельки). При этом органеллы более-менее равномерно распределяются между дочерними клетками. Если же определенная органела присутствует в материнской клетке в единственном числе, то она попадает к одной из дочерних особей, а в другой формируется заново (например, длинный жгутик у евглены зеленой). Если клетка делится на большую и маленькую дочерние, то такое разделение называется почкованием (например, дрожжи).
При множественном делении сначала испытывает многократного деления ядро материнской клетки, которая становится многоядерной, а уже затем делится цитоплазма и образуется много одноядерных дочерних клеток. Такая форма нестатевого размножения свойственна, например, паразитові крови человека — малярийной плазмодия.
Спорообразование известно в многих эукариот (грибы, водоросли, мхи, папоротники, плауны, хвощи). У растений и грибов споры образуются внутри специализированных органов — спорангиев. Споры растений и грибов, в отличие от спор бактерий, служат не только для переживания неблагоприятного периода и распространение, но и для размножения. Спороутворенню у грибов и растений часто предшествует половой процесс: из оплодотворенной яйцеклетки (зиготы), которая делится путем мейоза образуется спорангій.
У некоторых водорослей и грибов споры могут образовываться в результате митоза. Споры со жгутиками (зооспоры) способны активно передвигаться, а споры, которые их не имеют, распространяются водой, ветром и различными организмами. Продолжительность жизни зооспор незначительная (до нескольких часов), а неподвижные споры, покрытые плотной оболочкой, могут сохранять жизнеспособность значительно более длительный период, иногда — на протяжении десятков лет.
В некоторых паразитических простейших (например, споровиків) споры — это одноклеточные или многоклеточные образования, окруженные плотной оболочкой, которые не являются формой размножения, а служат для переживания неблагоприятного периода и заражения хозяев. Во время созревания содержание таких спор несколько раз делится и образует много клеток под общей оболочкой.
Поліцитогенне — это размножение отделенными от материнского организма багатоклітинними частями (рис. 1.78), или вегетативными органами . У многоклеточных водорослей, грибов и лишайников поліцитогенне размножение может происходить в виде фрагментации — с помощью обособления определенных участков тела (например, в зеленых нитчатых водорослей, плесневых грибов, лишайников) или за счет специализированных образований (у лишайников).
В случае неупорядоченного разделения количество и размеры частей, на которые распадается организм, непостоянны. Этот тип разделения распространен среди беспозвоночных животных (губки, кишковопорожнинні, плоские и кольчатые черви, иглокожие).
По упорядоченного разделения его плоскость, количество и размеры фрагментов (новых организмов) более-менее стали (морские звезды, некоторые медузы, полипы кишечнополостных и т.д.).
Другим распространенным способом поліцитогенного размножения животных является почкование. Вследствие этого процесса от материнского организма отделяются одна или несколько многоклеточных "почек", из которых впоследствии развиваются дочерние особи (полипы кишечнополостных, некоторые кольчатые черви). Если "почки" остаются связанными с материнским организмом в течение жизни, возникает колония (например, коралловые полипы).
Половое размножение. Половое размножение свойственно как одноклеточным, так и багатоклітинним растениям и животным. Половой процесс — это сочетание в одной клетке генетического материала различных особей. Он осуществляется в формах конъюгации или копуляції.
Конъюгация — это общее название нескольких форм полового процесса, известных у бактерий, водорослей, некоторых грибов простейших (инфузорий). Во время конъюгации бактерий при условии временного контакта клетки обмениваются фрагментами своих молекул ДНК через цитоплазматический мостик.
В конъюгация инфузорий — это половой процесс, во время которого происходит обмен генетическим материалом: одно из гаплоїдних ядер каждой клетки (мігруюче или мужское) по цитоплазматичному мостике переходит в другую клетку и там сливается с другим ядром гаплоїдним (стационарным, или женским). После этого в в результате нескольких делений каждой из этих клеток нормальный ядерный набор восстанавливается (венегативне и генеративне ядра). Биологическое значение конъюгации заключается в обмене генетическим материалом между особями, что способствует комбінативній изменчивости (наследственная изменчивость повышается благодаря образованию новых комбинаций хромосом).
Копуляция — это слияние двух половых клеток (гамет). Когда сливаются две одинаковые по строению станігтеві клетки. Этот процесс называется ізогамією (некоторые водоросли, простейшие и т.д.). Чаще случается слияние мужской и женской гамет, которые отличаются по форме, размерам и особенностями строения (анізогамія). Если женская половая клетка (яйцеклетка) большая, неподвижная, а мужская (сперматозоид, спермий) значительно мельче, то такая форма анізогамії имеет название оогамії (многоклеточные животные, высшие растения, некоторые грибы).
Мейоз (от греч. meiosis — уменьшение), редукционное деление, деления
созревания, способ деления клеток, в результате которого происходит
уменьшение (редукция) числа хромосом в два раза и одна диплоидная клетка
(содержащая два набора хромосом) после двух быстро следующих друг за другом
делении даёт начало 4 гаплоидным (содержащим по одному набору хромосом).
Восстановление диплоидного числа хромосом происходит в результате
оплодотворения. М. — обязательное звено полового процесса и условие
формирования половых клеток (гамет). Биологическое значение М. заключается в
поддержании постоянства кариотипа в ряду поколений организмов данного вида и
обеспечении возможности рекомбинации хромосом и генов при половом процессе.
М. — один из ключевых механизмов наследственности и наследственной
изменчивости. Поведение хромосом при М. обеспечивает выполнение основных
законов наследственности.
Первая фаза М. — профаза I, наиболее сложная и длительная (у человека
22,5, у лилии 8-10 суток), подразделяется на 5 стадий. Лептотена —
стадия тонких нитей, когда хромосомы слабо спирализованы и наиболее длинны,
видны утолщения — хромомеры. Зиготена — стадия начала попарного, бок о
бок соединения (синапсиса, конъюгации) гомологичных хромосом;
при этом гомологичные хромомеры взаимно притягиваются и выстраиваются строго
друг против друга. Пахитена — стадия толстых нитей; гомологичные
хромосомы стабильно соединены в пары — биваленты, число которых равно
гаплоидному числу хромосом; под электронным микроскопом видна сложная
ультраструктура в месте контакта двух гомологичных хромосом внутри бивалента:
т. н. синаптонемальный комплекс, который начинает формироваться ещё в зиготене;
в каждой хромосоме бивалента обнаруживаются 2 хроматиды; т. о., бивалент
(тетрада, по старой терминологии) состоит из 4 гомологичных хроматид; на этой
стадии происходит кроссинговер, осуществляющийся на молекулярном уровне;
цитологические последствия его обнаруживаются на следующей стадии.
Диплотена — стадия раздвоившихся нитей; гомологичные хромосомы начинают
отталкиваться друг от друга, но оказываются связанными, обычно в 2-3 точках на
бивалент, где видны хиазмы (перекресты хроматид) — цитологическое проявление
кроссинговера. Диакинез — стадия отталкивания гомологичных хромосом,
которые по-прежнему соединены в биваленты хиазмами, перемещающимися на концы
хромосом (терминализация); хромосомы максимально коротки и толсты (за счёт
спирализации) и образуют характерные фигуры: кресты, кольца и др. Следующая
фаза М. — метафаза I, во время которой хиазмы ещё сохраняются;
биваленты выстраиваются в средней части веретена деления клетки, ориентируясь
центромерами гомологичных хромосом к противоположным полюсам веретена. В
анафазе I гомологичные хромосомы с помощью нитей веретена расходятся к
полюсам; при этом каждая хромосома пары может отойти к любому из двух полюсов,
независимо от расхождения хромосом др. пар. Поэтому число возможных сочетаний
при расхождении хромосом равно 2n, где n — число пар хромосом. В отличие от
анафазы митоза, центромеры хромосом не расщепляются и продолжают скреплять 2
хроматиды в хромосоме, отходящей к полюсу. В телофазе I у каждого полюса начинается деспирализация хромосом и формирование дочерних ядер и
клеток. Далее следует короткая интерфаза без редупликации ДНК —
интеркинез, и начинается второе деление М. Профаза II, метафаза
II, анафаза II и телофаза II проходят быстро; при этом в
конце метафазы II расщепляются центромеры, и в анафазе II расходятся к полюсам
хроматиды каждой хромосомы.