Размножение и индивидуальное развитие организма
Размножение как характерная особенность живого
Одно из главных отличий живой материи от неживой природы – это способность к воспроизводству себя. Ведь любой живой организм рано или поздно отмирает. Если бы не было способности к воспроизводству, жизнь прекратила бы свое существование, как форма материи.
Определение 1
Размножение – это свойство живых организмов к воспроизводству себе подобных.
К размножению способны все живые организмы – от вирусов и бактерий до человека. Само существование любого вида живых организмов, передача качественных признаков из поколения в поколение невозможно без размножения.
На уровне молекул примером размножения может послужить уникальная способность молекулы ДНК к редупликации. В клетках с помощью деления способны размножаться митохондрии и хлоропласты.
Но основу процесса размножения на организменном уровне составляет процесс размножения клеток. Рассмотрим его детальнее.
Деление клеток как основа размножения
Клетки живых организмов размножаются с помощью деления. Существует несколько вариантов механизма этого процесса. Весь период времени от начала одного деления клетки до следующего называется клеточным циклом.
Некоторые простейшие организмы размножаются прямым делением клеток. Клетка удлиняется, ее содержимое расходится к разным полюсам, ядро вытягивается и разделяется, формируется мембрана между дочерними клетками.
Основным способом деления клеток эукариот является митоз. Состоит митоз из четырех последовательных фаз:
- профазы,
- метафазы,
- анафазы,
- телофазы.
Период между делениями клетки называется интерфазой. Сам процесс митоза у разных организмов может длиться от нескольких минут до нескольких часов.
Начинается процесс митоза с уплотнения хроматина в профазе. Нити хроматина сокращаются, спирализируются, образуя хромосомы. Ядерная оболочка исчезает (точнее — распадается на фрагменты). Хромосомы попадают в толщу цитоплазмы. В это время в клетке начинает формироваться веретено деления. Его нити протягиваются между центромерами и хромосомами.
Готовые работы на аналогичную тему
Во время метафазы хромосомы располагаются в центральной части клетки, в одной плоскости. Затем хроматиды каждой хромосомы отделяются друг от друга.
В анафазе хромосомы расходятся к разным полюсам клетки. Так как в каждой хромосоме находится только одна нитка хроматиды, то происходит одинаковое, равномерное распределение генетического материала между дочерними клетками.
С наступлением телофазы происходит деспирализация хромосом (они перестают быть видимыми в световой микроскоп). В дочерних клетках исчезает веретено деления и формируется ядерная оболочка. Митоз завершается образованием двух дочерних клеток с одинаковым набором хромосом.
Определение 2
Мейоз – это особый способ деления клеток эукариотических организмов, в результате которого происходит уменьшение хромосомного набора в два раза.
Во время мейоза происходит два последовательных деления, между которыми практически отсутствует интерфаза. Каждое из этих делений имеет, как и митоз четыре фазы.
В профазе первого деления происходит конъюгация хромосом. В это время может происходить кроссинговер. Через некоторое время хромосомы начинают расходиться. Каждая хромосома при этом состоит из двух нитей хроматид. Гомологические хромосомы располагаются не в одной плоскости (как при митозе), а одна над другой. С помощью веретена деления гомологичные хромосомы расходятся к разным полюсам клетки. Телофаза $І$ завершается формированием двух дочерних клеток с половинным набором хромосом по сравнению с материнской клеткой.
Так как интерфаза между двумя последовательными делениями в мейозе практически отсутствует, то после окончания телофазы $І$ начинается новое деление – профаза $ІІ$. Механизм деления напоминает предыдущий процесс, но в анафазе$ ІІ$ к полюсам клетки расходятся уже нити хроматид.
В ходе мейоза из одной материнской клетки образуется четыре дочерних клетки с вдвое меньшим числом хромосом, чем у материнской клетки. При мейозе происходит обмен наследственной информацией, комбинация генов в хромосомах.
Понятия филогенеза и онтогенеза
Определение 3
Весь путь развития живой природы от момента зарождения жизни и до настоящего времени называется филогенезом.
Определение 4
Период от слияния двух половых клеток и образования зиготы до момента смерти организма называется индивидуальным развитием (онтогенезом).
Онтогенез делится на зародышевое развитие (эмбриогенез) и постэмбриональное развитие. Эмбриогенез длится с момента оплодотворения яйцеклетки до момента рождения организма. А постэмбриональное развитие охватывает период от рождения организма до его смерти.
В постэмбриональном развитии человека выделяют такие этапы, как:
- детство,
- юность,
- зрелость,
- старость.
Тест по теме » Размножение и индивидуальное развитие организмов» 9 класс
Тема «Размножение и индивидуальное развитие организмов»
Вариант №4.
Часть А. Выберите один верный ответ.
1) Благодаря митозу число хромосом в клетках тела:
а) одинаковое ) уменьшается вдвое в) удваивается г) увеличивается
2) Личиночный тип онтогенеза у :
а) крокодила б) кенгуру в) утконоса г) беззубки
3) В яйцеклетке содержится 16 хромосом, а в сперматозоиде этого же животного:
а) 24 хромосомы б) 8 хромосом в) 16 хромосом г) 32 хромосомы
4) Какая последовательность этапов индивидуального развития характерна
для бабочки капустной белянки?
а) яйцо → бабочка б) яйцо → бабочка → личинка
в) яйцо → личинка → куколка → бабочка г) яйцо → куколка → личинка → бабочка
5) Бактерии размножаются
а) спорами б) половыми клетками в) вегетативным путем г) делением клетки пополам
6) Конъюгация хромосом — это процесс:
а) расхождения хромосом в) их распределения по гаметам
б) сближения гомологичных хромосом г) обмена участками хромосом
7) В результате мейоза количество хромосом в образовавшихся ядрах:
а) удваивается б) уменьшается вдвое в) остается прежним г) утраивается
8) Не является стадией митоза:
а) анафаза б) телофаза в) интерфаза г) метафаза
9) В телофазе митоза происходит:
а) удвоение ДНК б) спирализация хромосом
в) расхождение гомологичных хромосом г) формирование ядер дочерних клеток
10) В профазу мейоза I, так же как и в профазу митоза:
а) происходит синтез белка б) происходит деспирализация хромосом
в) происходит конъюгация хромосом г) образуется веретено деления
В.1.Выберите признаки характерные для мейоза:
А) в результате деления количество хромосом в клетке остается прежним
Б) процесс завершается в результате одного деления
В) в результате деления образуются клетки с набором- пс
Г) процесс проходит два этапа деления
Д) процесс обеспечивает рост и развитие организма, его бесполое размножение
Е) процесс обеспечивает образование гамет и половое размножение животных.
В 2. Установите соответствие между типом размножения и его характерными чертами:
Характерные чертыА) потомки идентичны родителям
Б) одна родительская особь
В) основной клеточный механизм — мейоз
Г) основной клеточный механизм — митоз
Д) потомки генетически уникальны
Е) не встречается у позвоночных
Тип размножения
Бесполое
Половое
Часть С. Дайте развёрнутый ответ на вопрос.
Чем половое размножение отличается от бесполого ?
Тема «Размножение и индивидуальное развитие организмов»
Вариант №3.
Часть А. Выберите один верный ответ.
1) Самая длинная фаза клеточного цикла:
а) анафаза б) интерфаза в) профаза г) телофаза
2) Чем объяснить постоянство числа хромосом у особей одного вида?:
а) диплоидностью организмов в) процессом деления клеток
б) гаплоидностью организмов г) процессами оплодотворения и мейоза
3) В соматических клетках 16 хромосом, а в яйцеклетке этого же организма :
а) 24 хромосомы б) 8 хромосом в) 16 хромосом г) 32 хромосомы
4) Какой тип постэмбрионального развития у большинства млекопитающих?
а) полное превращение б) прямое в) непрямое г) неполное превращение
5) После мейоза 1 количество хромосом и ДНК в клетках:
а) 1п 2с б) 2п2с в) пс г) 2п4с
6) Образование нервной трубки происходит на стадии :
а} дробления б) бластулы в) нейрулы г) гаструлы
7) Не образуются митотическим путем:
а) яйцеклетки б) клетки кожи в) лейкоциты г) мышечные клетки
8) В клеточном цикле репликация ДНК происходит:
а) метафазу б ) профазу в) телофазу г) интерфазу
9) В анафазе митоза происходит:
а) спирализация гомологичных хромосом в) расхождение хроматид
б) расхождение целых хромосом г) удвоение хромосом
10) В ходе полового размножения наблюдается:
а) полное воспроизведение родительских признаков
б) перекомбинация признаков и свойств родительских организмов
в) сохранение численности женских особей
г) сохранение численности мужских особей
В 1. Выберите признаки, характерные для митоза:
A)Этим способом делятся клетки любой части тела млекопитающих
Б) Происходит у некоторых клеток, образовавшихся в семенниках или яичниках
B)В процессе деления происходит конъюгация и кроссинговер хромосом
Г) Конъюгации и кроссинговера не происходит
Е) Результатом деления является образование диплоидных клеток
особей
В 2. Установите соответствие между формой размножения и его типом:
Форма размноженияА) партеногенез
Б) почкование
В) вегетативное размножение
Г) фрагментация
Д) размножение с образованием зиготы
Е) копуляция
Тип размножения:
Половое
Бесполое
Часть С . Дайте развёрнутый ответ на вопрос.
В чем отличие мейоза от митоза ?
Ответы
Вариант №4. Вариант №3. Часть 1. Часть 1.
1 – а 1 — б
2 – г 2 — г
3 – в 3 — б
4 – в 4 — б
5 – г 5 — а
6 – б 6 — в
7 – б 7 — а
8 – в 8 — г
9 – г 9 — в
10 – г 10 — б
В1. В,Г,Е В1. А,Г,Е
В2. 1) а б г 2) в д е
В2. 1) а д е 2) б в г
«Размножение и индивидуальное развитие организмов»
Цели и задачи урока:
- повторить, обобщить и систематизировать учебный материал по теме “Размножение и индивидуальное развитие организмов”,
- закрепить знания основных понятий темы, развивать умения и навыки использовать их,
- установить влияние вредных факторов на развитие организма,
- содействовать формированию потребности ведения здорового образа жизни,
- ознакомить учащихся с современным состоянием проблемы клонирования.
Оборудование:
- таблицы: “Индивидуальное развитие организмов”, “Деление клетки. Митоз”, “Мейоз”, коллекции насекомых,
- влажные препараты по развитию земноводных,
- литература по клонированию,
- видеофрагмент “Развитие земноводных”.
План урока:
- Организационный момент.
- Вводное слово учителя. Определение целей и задач урока.
- Повторение и обобщение по теме.
- Выводы по итогам работы:
- Проверочная работа.
- Итоги урока. Домашнее задание.
- Клонирование организмов. Проблемы, связанные с клонированием.
Ход урока
1. Организационный момент. Приветствие и определение готовности к уроку.
2. Вводное слово учителя.
Тема “Размножение и индивидуальное развитие организмов” одна из наиболее важных тем курса общей биологии, так как изучаемые вопросы, с одной стороны, хотя и хорошо вам известны по предыдущим курсам, но раскрываются более подробно, с учетом современных научных достижений, кроме того, являются значимыми для каждого человека, поскольку касаются здоровья его самого и его потомков.
Совместное с учениками определение целей и задач урока.
Повторить, знать и уметь использовать знания:
— о размножении организмов, его формах, приводить примеры;
— о делении клетки, его способах и значении, что такое митоз и мейоз;
— об оплодотворении и индивидуальном развитии организмов, что такое онтогенез;
— о влиянии вредных факторов на развитие организма;
а также: важнейшие биологические открытия, их значение для науки и практики, что такое клонирование, каковы его научные, нравственные аспекты, возможности дальнейшего развития.
3. Повторение и обобщение по теме.
Беседа, индивидуальные задания у доски и по карточкам с использованием таблиц, коллекций, влажных препаратов.
Вопросы:
1) Что такое размножение, его значение для живой природы. Какие существуют формы и способы размножения, сравнить их, привести примеры из различных царств живой природы.
Деление клетки, его виды, значение (по таблице у доски).
Индивидуальные задания на карточках:
- как происходит митоз, его значение;
- как происходит мейоз, его значение.
Или можно дать такое задание для работы в парах, в небольшой группе.[2]
Карточка № 1. Дать определение, что такое митоз. Каково его значение? Назвать фазы митоза по их описанию и определить их последовательность: — происходит образование хромосом__________; делится тело клетки_________ ; хромосомы расходятся к полюсам клетки__________; хромосомы выстраиваются по экватору клетки, кним прикрепляются нити веретена деления___________.
Карточка № 2. Дать определение, что такое мейоз. Какова его особенность и значение? Какое деление называется редукционным? Назвать фазы мейоза.
Карточка № 3. Сравните митоз и мейоз и заполните таблицу:
| Митоз | Мейоз | |
| В каких клетках происходит Число делений Подготовка к делению Последовательность процессов Результат процесса |
|
Учитель: Мы вспомнили, что такое размножение, его значение для воспроизводства, роста и развития организмов, значение деления клетки для этих процессов, сейчас посмотрим видеофрагмент “Оплодотворение и развитие земноводных” (2 минуты).
Актуализиция вопросов: необходимо обратить внимание, как происходит оплодотворение, какие процессы осуществляются в дальнейшем, как происходит формирование и развитие бластулы, гаструлы, трехслойного зародыша.
Вопросы к беседе по итогам просмотра:
3) Что такое оплодотворение, его биологический смысл и механизм;
4) Как происходит индивидуальное развитие организмов – онтогенез, его этапы.
5) Осуществление зародышевого, эмбрионального развития (по итогам просмотра видеофрагмента и по таблице у доски).
6) Постэмбриональное развитие (беседа с использованием коллекций, влажного препарата).
Краткий анализ работы по вопросам 1-8.
Учитель: на онтогенез влияют многие факторы, особенно на ранних стадиях, когда происходит закладка органов и тканей, и организм в значительной степени беззащитен. Вы уже многое знаете об этом, подготовили краткие сообщения, предлагаю прослушать их, обратив внимание, каково воздействие вредных веществ на формирующийся организм.
Факторы, оказывающие вредное влияние на развитие: алкоголь, никотин, токсические и наркотические вещества. Сообщения 2-3 учеников по 2 минуты.
Учитель: а сейчас все вместе постараемся сделать выводы и обобщить то, что мы повторили.
4. Выводы по итогам работы:
Размножение — это воспроизведение себе подобных организмов. Существует бесполое и половое размножение. При бесполом размножении организм несет наследственные задатки
(гены) одного родителя, при половом размножении – от 2 родителей, что обеспечивает комбинативную изменчивость и имеет значение для выживания особей в природе.
В основе роста и развития организмов лежит процесс деления клеток. Митоз – непрямое деление, в результате чего образуются клетки с таким же, как и у родительской клетки, набором хромосом (2n). При мейозе образуются половые клетки с гаплоидным набором хромосом (n). Оплодотворение – процесс слияния мужской и женской половых клеток, при этом восстанавливается диплоидный набор хромосом, образуется зигота. Она начинает делиться, формируется однослойный зародыш – бластула, а затем двухслойный зародыш — гаструла и трехслойный зародыш. Начинается закладка и образование органов и тканей.
У цветковых растений – двойное оплодотворение, когда один спермий сливается с яйцеклеткой, из которой развивается зародыш, а второй – с центральной диплоидной клеткой, из которой развивается эндосперм. Этот процесс был открыт русским ученым С.Г. Навашиным.
После рождения или выхода из яйцевых оболочек наступает период постэмбрионального развития. Постэмбриональное развитие может быть прямым и с превращением.
На индивидуальное развитие организмов оказывают вредное воздействие многие факторы: алкоголь, никотин, токсические и наркотические вещества. Они нарушают нормальное развитие, способствуют появлению различных аномалий, могут прервать развитие особи.
(Выводы и обобщение делаются учениками или при непосредственном участии детей).
Обобщив изученный материал, перейдем к контролю знаний и умений, выполним небольшую проверочную работу.
5. Проверочная работа.
1 вариант.
Задание № 1. Тест. Выберите правильный ответ.
1) Что такое размножение?
а — увеличение числа особей,
б — деление клеток,
в — воспроизведение себе подобных организмов,
г- образование новых видов.
2) Какое размножение характерно для растений?
а — половое и бесполое,
б — только половое,
в — только бесполое,
г — тлько делением клетки.
3) При мейозе образуются клетки с набором хромосом:
а — n ,
б — 2n,
в — 3n,
г — 4n.
4) Двухслойный зародыш называется:
а – нейрула,
б – бластула,
в – личинка,
г – гаструла.
5) Из эктодермы образуются:
а — кожа,
б — кишечник,
в — скелет и мышцы,
г — все перечисленное.
6) Делением клетки не является:
а — митоз,
б- мейоз,
в — амитоз,
г — интерфаза.
Задание № 2.
Определить соответствие и вставить соответствующие числам названия стадий развития:
Непрямое развитие насекомых: 1- ________, 2-________, 3-_________, 4-_________.
Ответы: взрослая особь, куколка, яйцо, личинка, кокон, икринка.
Задание № 3.
Дайте краткое объяснение:
В чем преимущество полового или бесполого размножения?
2 вариант.
Задание № 1. Тест. Выберите правильный ответ.
1) Что такое оплодотворение?
а — слияние двух половых клеток,
б — слияние яйцеклетки и сперматозоида,
в — слияние организмов,
г — половой процесс.
2) Какое размножение характерно для животных?
а — половое и бесполое,
б — только половое,
в — только бесполое,
г — только делением клетки.
3) При митозе образуются клетки с набором хромосом:
а — n ,
б — 2n,
в — 3n,
г — 4n.
4) Однослойный зародыш называется:
а — нейрула,
б — бластула,
в — личинка,
г — гаструла.
5) Из эндодермы образуются:
а — кожа,
б — кишечник,
в — скелет и мышцы,
г- все перечисленное.
6) Делением клетки не является:
а — митоз ,
б — мейоз,
в — амитоз,
г — интерфаза.
Задание № 2.
Определить соответствие и вставить соответствующие числам названия стадий развития:
Непрямое развитие земоводных: 1- _______, 2-_______, 3-________, 4-_________.
Ответы: взрослая особь, куколка, икринка, яйцо, кокон, головастик.
Задание № 3.
Дайте краткое объяснение:
В чем проявляется вредное воздействие на развитие организма определенных факторов?
3 вариант.
Задание № 1. Тест. Выберите правильный ответ.
1) Что такое размножение?
а — увеличение числа особей,
б — деление клеток,
в- воспроизведение себе подобных организмов,
г- образование новых видов.
2) Формы размножения организмов:
а — половое и бесполое,
б — только половое,
в — только бесполое,
г — только делением клетки.
3) При амитозе образуются клетки с набором хромосом:
а — n ,
б — 2n, в — 3n,
г — любое число n.
4) Двухслойный зародыш называется:
а — нейрула,
б — бластула,
в — личинка,
г — гаструла.
5) Из мезодермы образуются:
а — кожа,
б — нервная система,
в — скелет и мышцы,
г — все перечисленное.
6) Делением клетки не является:
а — митоз,
б- интерфаза,
в — амитоз,
г — мейоз.
Задание № 2.
Определить соответствие и вставить соответствующие числам названия:
Оплодотворение: 1- _________ х __________ 2-_________ 3 -_________.
Ответы: зигота, сперматозоид, бластула, яйцеклетка.
Задание № 3.
Дайте объяснение:
В чем преимущество полового или бесполого размножения?
6. Итоги работы на уроке, оценивание ответов. Итоги проверочной работы рассмотрим на следующем уроке.
Домашнее задание. Подготовить материал о практическом применении важнейших научных открытий в области биологии.
7. Клонирование организмов. Проблемы, связанные с клонированием.
Учитель: повторив и обобщив основной материал по теме, мы лишь коснулись многих вопросов, связанных с открытиями в области современной биологической науки. Как вы знаете, в середине XX века (1953 год) ученые Дж. Уотсон и Ф. Крик предложили модель нуклеиновых кислот: ДНК и РНК, было установлено значение их для наследственности, что позволило затем, уже в конце XX века, расшифровать геном человека, создать теорию клонирования. Вы, конечно же, имеете определенную информацию по этим вопросам, в частности, о клонировании. Сегодня мы хотя и очень кратко, но постараемся систематизировать наши знания по данной теме. Различные работы по клонированию организмов начались в конце XX века. Что же такое клонирование? Почему так много споров на эту тему среди самых разных групп: ученых, политиков, представителей церкви и просто обычных людей? Каковы биологические и нравственные аспекты этой проблемы? Послушаем заренее подготовленные сообщения (по 2 минуты) и ваше мнение по вопросу клонирования.
Сообщение 1. Что такое клонирование, какова его история. [3]
Клонирование – это образование идентичных потомков (клонов) путем бесполого размножения, процесс изготовления генетически идентичных копий отдельной клетки и организма. Клон – совокупность клеток или организмов, генетически идентичных одной родоначальной клетке.
Основные этапы: 1943 год – успешное оплпдотворение яйцеклетки “в пробирке”, 1973 год – заявление одного из ученых о готовности произвести на свет первого “ребенка из пробирки”, на что последовали строгие запреты церкви, 1977 год — клонирование лягушек, 1978 год – рождение первого “ребенка из пробирки”, 1981 год – получение трех клонированных эмбрионов человека и их уничтожение под давлением общественности, 1987 год — клонирование человеческих зародышей (их развитие было приостановлено), 1997 год – человечество потрясено появлением шотландской овцы Долли в Великобритании; принят Законопроект в конгрессе США о запрещении клонирования человека. 2000 год – попытки государственного регулирования процессов клонирования.
Сообщение 2. Клонирование человека? [5]
Клонирование человека сейчас уже очень близко к реальности. Как вы уже слышали, было много попыток создать человека путем клонирования. Человеческий клон, считают некоторые, это идентичный близнец другого человека, отсроченный по времени. Он может быть обычным человеческим существом, выношенным и рожденным обычной женщиной, воспитанным в семье и т. д. Многие спрашивают, для чего клонировать человека? Возможно, им могли бы ответить бездетные семьи или те, кто потерял близкого человека. А, может быть, тот, кто нуждается в пересадке органа. Или государство хотело бы иметь определенных выдающихся личностей (вождей, политиков, артистов и др.). Но так ли все просто и возможно?
Каковы же доводы за и против клонирования? Беседа по обсуждению проблемы.
На данный момент вокруг отношения к экспериментам по клонированию человека существует несколько вопросов:
1. Имеем ли мы вообще право на клонирование человека?
2. Любые эксперименты состоят из ошибок и достижений, но в данном случае ошибкой будет появление на свет клона человека (сформировавшейся личности) с какими-либо отклонениями. Тогда возникает вопрос: “Что делать с “ним?”. Имеем ли мы право уничтожать такие последстия, т. е. уничтожить клон, ведь это будет равносильно убийству. Или существо должно продолжить мучения?
3. Обладает ли наука необходимой информацией для проведения таких экспериментов?
4. Можно ли спрогнозировать последствия таких экспериментов. Ведь в случае успеха такой прорыв в науке может иметь самые непредсказуемые последствия для человечества. Польский писатель-фантаст Станислав Лем в одной из книг пишет, как его герой обрел одного двойника, затем другого, и, наконец, каюта была набита людьми из разных дней, недель, лет… Но эти осложнения – лишь бледная тень тех грозных проблем, которые могут встать перед человечеством. Природой отработан сложнейший механизм подготовки половых клеток к выполнению их функции: дать начало новой жизни. Клонирование, т. е. воспризведение копии взрослого человека – это и есть попытка прорваться сквозь запреты природы, считают противники клонирования.
Учитель: давайте проанализируем, что такое клонирование, каковы доводы за и против клонирования. Беседа по обсуждению проблемы. Выводы: клонирование – это образование идентичных потомков (клонов) путем бесполого размножения.
Аргументом в пользу клонирования является появление возможности выращивания органов для пересадки их в организм, что может позволить победить массу болезней, возможность бездетных людей иметь собственных детей, помощь людям с тяжелыми генетическими болезнями.
Аргументы против клонирования: право одного человека на клонирование другого, возможность использования клонов в личных (корыстных) целях, опасность проведения экспериментов и их последствий, научная база для проведения таких экспериментов, прогноз последствия клонирования и др.
Профессор Борис Конюхов считает, что “нормы биотики, о которых так много спорят сейчас, нужны не только ученым. Те нравственные заповеди, которыми человечество пользуется веками, к сожалению, не предусмативают новых возможностей, которые вносит в жизнь наука. Поэтому людям и необходимо обсуждать и принимать новые законы общежития, учитывающие новые реальности”.
Специальной резолюцией Совета безопасности ООН введен мораторий на любые эксперименты по клонированию человека и зародышей старше двухнедельного срока развития.
Решением Генеральной Ассамблеи ООН вводится запрет на клонирование человека (Март 2005 года). Дополнительный протокол к Европейской конвенции о правах человека и биомедицине запрещает “любое вмешательство, имеющее целью создать существо, идентичное другому человеку, живому или мертвому”. Он подписан представителями многих стран. В России также действителен мораторий – пятилетний запрет на клонирование.
Урок сегодня хотелось бы закончить словами С. Острового:
Есть в природе знак святой и вещий, ярко обозначенный в веках,
Самая красивая из женщин – женщина с ребенком на руках,
Пусть ей солнце вечно рукоплещет, так она и будет жить в веках,
Самая прекрасная из женщин – женщина с ребенком на руках.
Литература.
1. Общая биология: Учеб. для 10-11 кл. общеобразоват.учреждений. Д.К. Беляев, Н.Н.Воронцов и др. М.: Просвещение, 2004.
2. О.В.Саблина, Г.М. Дымшиц. Общая биология: Рабочая тетрадь. Пособие для 10-11 кл. общеобразовательных учреждений. М.: Просвещение, 2005.
3. Рожать нельзя клонировать. Вестник ВОГиС.-2002.-№19.
4. Г.С.Калинова, А.Н. Мягкова, В.З. Решетникова. Учебно-тренировочные материалы для подготовки к единому государственному экзамену. Биология. М.: Интеллект-Центр, 2004.
5. Интернет-ресурсы.
Тема 3. Размножение и индивидуальное развитие организма (онтогенез) Урок на тему «Разнообразие форм размножения, особенности бесполого, вегетативного размножения». биология – 9 класс | План-конспект урока по биологии (9 класс) на тему:
биология – 9 класс
Тема 3. Размножение и индивидуальное развитие организма (онтогенез)
Урок на тему «Разнообразие форм размножения, особенности бесполого, вегетативного размножения».
Цель урока:
Сформировать знания об особенностях разных способов и форм бесполого размножения, его практическое значение, подчеркнуть наследственную однородность потомства при бесполом и вегетативном размножении.
Задачи урока:
- Охарактеризовать размножение как один из этапов индивидуального развития организмов
- Расширить и углубить знания о размножении на примере бесполого.
- рассмотреть способы бесполого размножения, определить его практическое значение.
Оборудование:
Таблицы, рисунки, иллюстрирующие способы бесполого размножения организмов; гербарные экземпляры и комнатные растения, размножающиеся вегетативно; компьютер и проектор для демонстрации фрагментов видеофильма «Размножение организмов».
Формы организации учебной деятельности учащихся: групповая, индивидуальная, парная.
Содержание урока.
1. Организационный момент. Класс делится на четыре группы.
Сегодня на уроке:
Мы проникнем с вами в клетку и увидим, какой механизм лежит в основе деления клетки.
Вспомним из курса зоологии и ботаники виды деления клетки.
Побываем в роли селекционеров.
2. Изучение нового материала.
Мы продолжаем изучение цитологии – науки о клетке. Вы знаете, что любой живой организм имеет клеточное строение. Любой организм обладает признаками живого. Давайте вспомним эти свойства. Одно из главных свойств живых организмов – это размножение, т.е. воспроизводить себе подобных. В основе размножения и роста лежит процесс деления клетки.
Сегодня мы на уроке познакомимся с уникальным способом передачи наследственной информации от предков к потомству; будем на уроке в роли зоологов и селекционеров; выясним причину наследственной однородности потомства при бесполом размножении.
Вступление учителя.
Жизнь на Земле зародилась миллионы лет назад. В процессе эволюции одни организмы сменялись другими. Почему те организмы, которые жили в далекие времена, похожи на ныне живущие организмы? Каков механизм передачи наследственной информации от предков к потомству?
Обсуждение в группах. Фронтальная беседа.
Выводы: Репликация (удвоение) – полуконсервативным способом: одна цепь неизменна, матрица, другая образуется из свободных нуклеотидов. Редупликация – это самоудвоение молекулы ДНК по принципу комплементарности с помощью фермента дезоксирибонуклеазы. Процесс самовоспроизведения ДНК обеспечивает точное копирование генетической информации и передачу её от поколение к поколению.
( просмотр видео фрагмента приложение №1)
Вспомним из курса ботаники и зоологии, какие виды размножения вам известны? (половое и бесполое) Бесполое размножение осуществляется при участии лишь одной родительской особи и происходит без образования гамет. Дочернее поколение у одних видов возникает из одной или группы клеток материнского организма, у других видов – в специализированных органах.
В ходе дальнейшей нашей работы, внимательно слушая своих товарищей, вы должны составить схему: “Бесполое размножение”. В конце урока мы проверим у каждой группы.
Перед вами представлены организмы.
Определите способ размножения, расскажите об особенностях данного размножения.
Деление – способ бесполого размножения, характерный для одноклеточных организмов, при котором материнская особь делится на две и более дочерние клетки.
Можно выделить: а) простое бинарное деление (прокариоты) б) митотическое бинарное деление (простейшие, одноклеточные водоросли) в)множественное деление , или шизогонию (малярийный плазмодий, трипаносомы).
Работа в группах. Выслушивание вариантов ответов.
Для подтверждения ваших ответов просмотрим видео фрагмент ( приложение №2)
Задание для групп: Зарисовать схему бесполого размножения амебы.
Рассмотрите следующий организм.
Определите способ его размножения, опишите, как происходит этот процесс.
Почкование – способ бесполого размножения, при котором новые особи образуются в виде выростов на теле родительской особи. Дочерние особи могут отделяться от материнской и переходить к самостоятельному образу жизни (гидра, дрожжи), могут оставаться прикрепленными к ней, образуя в этом случае колонии (коралловые полипы).
Просмотрим видео фрагменты ( приложение №3)
Задание для групп: Перечислить этапы почкования гидры.
Рассмотрите следующий организм.
Определите способ размножения дождевого червя бесполым путем. Опишите этот процесс.
Фрагментация — способ бесполого размножения, при котором новые особи образуются из фрагментов (частей), на которые распадается материнская особь (кольчатые черви, морские звезды, спирогира, элодея). В основе фрагментации лежит способность организмов к регенерации.
Задание для групп: Назвать живые организмы способные к фрагментации.
Рассмотрите следующие виды растений.
Назовите вегетативные органы представленных растений и определите способы размножения.
Вегетативное размножение – способ бесполого размножения, при котором новые особи образуются или из частей вегетативного тела материнской особи или из особых структур (корневище, клубень и др.), специально предназначенных для этой формы размножения. Вегетативное размножение характерно для многих групп растений, используется в садоводстве, огородничестве, селекции растений для сохранения полезных качеств (искусственное вегетативное размножение).
Задание для групп: Рассмотрите представленные комнатные растения: лилия, аспарагус, дефенбахия, сансивьера, фиалка узумбарская, бегония королевская, хлорофитум хохлатый, толокнянка обыкновенная. Предложите способы размножения этих видов растений вегетативно.
Ответьте на вопрос: « Какое значение имеет вегетативное размножение?»
Рассмотрите следующие виды растений.
Вспомните, к какой группе относятся данные виды растений, укажите способы бесполого размножения.
Данные виды растений относятся к высшим споровым растениям. Спорообразование или споруляция – размножение посредством спор. Споры – специализированные клетки, у большинства видов образуются в особых органах спорангиях. (мхи, лишайники, грибы) У высших растений образованию спор, предшествуют мейоз. (хвощи, плауны, папоротники)
Задание для групп: Где у папоротников развиваются споры и как они рассеиваются? Чем размножение папоротника отличается от размножения мха?
Учитель: Полиэмбриония – способ бесполого размножения, при котором новые особи образуются из фрагментов (частей), на которые распадается эмбрион.
Задание для групп: Какие живые организмы свидетельствуют о данном виде размножения?
Учитель: Этот способ размножения происходит во время эмбрионального развития, при котором из одной зиготы развивается несколько зародышей – близнецов (однояйцовые близнецы у человека). Потомство всегда одного пола.
Задание для групп: Вспомните, как называется комплекс методов, используемых человеком для получения генетически идентичных копий клеток или особой. Приведите доказательства того, что этот метод является способ бесполого размножения.
Учитель: Клонирование – искусственный способ бесполого размножения. В естественных условиях не встречается. Клон – генетически идентичное потомство, полученное от одной особи в результате того или иного способа бесполого размножения. В основе получения клона лежит митоз (у бактерий- простое деление). Клонирование – метод генной инженерии, при котором потомки получаются из соматической клетки предка и поэтому имеют абсолютно такой же геном.
На экспериментальной ферме под Эдинбургом в Шотландии еще недавно паслась овца по имени Долли, появившаяся на свет с помощью метода клонирования. Ученые взяли ядpo, содержащее генетический материал, из клетки вымени овцы-матери и имплантировали его в яйцеклетку другой овцы, из которой был предварительно удален собственный генетический материал. Полученный эмбрион был имплантирован в третью овцу, игравшую роль суррогатной матери. Вслед за англичанами американские генетики успешно провели клонирование обезьян.
Клонирование животных позволяет решить многие проблемы медицины и молекулярной биологии, но вместе с тем порождает множество социальных проблем.
Учитель: Итак, существует множество видов бесполого размножения. Я прошу представить свои схемы.
Беседа-обобщение по схемам.
Учитель: Как вы думаете, чем характеризуется бесполое размножение?
Характеризуется тем, что новая особь развивается не из половых, а из соматических клеток, тем самым обеспечивается однородность потомства.
3. Закрепление знаний учащихся.
На доске: схема “Бесполое размножение”.
– Что такое размножение?
– Какие вы знаете виды размножения?
– Чем характеризуется бесполое размножение? (подтвердить примерами, опираясь на таблицу).
Вывод: В ходе урока мы познакомились с механизмом передачи наследственной информации от родителей к потомству, механизмом редупликации. Деление – основа размножения и роста клетки. Это один из главных принципов живых систем, многообразия и единства живой природы. Проникли в тайны клетки. Из курса ботаники и зоологии вспомнили виды бесполого размножения, значение вегетативного размножения.
- Домашнее задание: изучить §13.
Диагностическая работа по теме «Размножение и индивидуальное развитие организма»
Часть 1 : выбрать правильный ответ из предложенных вариантов
1. Женские гаметы называются:
а) Фолликулы; б) Яйцеклетки; в)
Сперматозоиды; г) лимфоциты.
2. Зигота человека содержит:
а) 23 хромосомы; б) 46 хромосом; в) 48 хромосом; г) 92 хромосомы.
3. Внутренний зародышевый листок у эмбриона хордовых называется
а) эктодермойб) энтодермой в) бластулой г) мезодермой
4. Вид деления клеток при дроблении зиготы:
а) митоз; б) амитоз; в) мейоз. Г) образования гамет
5. Процесс индивидуального развития организмов – это:
а) овогенез; б) онтогенез;
в) сперматогенез. г) формирования
6. Стадия однослойного зародыша:
а)
гаструла; б) бластула; в)
морула; г) нейрула
7. Способом полового размножения многоклеточных
организмов является:
а) партеногенез; б) почкование; в) спорообразование; г) черенкование
8. Какая стадия развития зародыша показана на рисунке?
а) бластула б) нейрула в) зигота
г)гаструла
9. Садовую землянику размножают с помощью надземных видоизмененных побегов — усов, чтобы
а) сохранить признаки сорта
б) ускорить созревание плодов
в) повысить устойчивость к заболеваниям
г) получить потомство с новыми признаками
10. Какой тип развития характерен для животных, потомство которых сходно со взрослыми особями, но имеет небольшие размеры и иные пропорции тела
а) эмбриональное б) непрямое
в) с метаморфозом г) прямое
11. Укажите неправильное сочетание ответов.
Прямое развитие характерно для
1) гидры; 2) планарии; 3) аскариды; 4) дождевого червя; 5) беззубки; 6) кузнечика; 7) речного рака; 8) ящерицы; 9) слона.
а) 1,2, 4, 7, 8, 9. б) 1,3, 4, 6, 7, 9. в) 1, 3, 4, 5, 8, 9.
12. Из мезодермы у животных развивается:
1) мышцы; 2) соединительная ткань; 3) нервная ткань; 4) лёгкие;
5) кровеносная система; 6) половые железы; 7) почки; 8) печень.
а) 1, 2, 5, 6, 7. б) 1,5, 6, 7, 8. в) 2,3, 4, 5, 6.
13. Какой процесс называется размножением:
а) процесс, свойственный только хордовым
организмам
б) процесс воспроизведения организмами себе
подобных, беспечивающий продолжение существования вида
в) процесс, свойственный организмам, кроме
простейших, обеспечивающий продолжение существования вида
14. Необходимо установить
правильную последовательность событий и структур во время эмбриогенеза
человека:
а) бластоциста → зигота →
гаструляция → органогенез
б) зигота → бластоциста →
органогенез → гаструляция
в) зигота → бластоциста →
гаструляция → органогенез
15. Развития костной рыбы,
какая последовательность правильная:
а) зигота → зародыш → личинка
→ малёк → взрослая форма
б) зигота → зародыш → малёк →
имаго → взрослая форма
в) зигота → зародыш → малёк →
личинка → взрослая форма
16. Наиболее древняя и самая простая форма бесполого размножения – это
а) вегетативное размножение б) деление пополам
в) фрагментация г) почкование
17. В ходе оплодотворения у цветковых растений спермии могут сливаться с
А)яйцеклеткой Б)вегетативной клеткой
В)яйцеклеткой и вегетативной клеткой
Г)яйцеклеткой и центральной клеткой
18. Эндосперм у семян цветковых растений
А)гаплоидный Б) диплоидный В) триплоидный Г) тетраплоидный
19. Партеногенез –
это:
1) развитие особи из неоплодотворенной
яйцеклетки;
2) развитие особи из спермия;
3) развитие особи из зиготы;
4) развитие особи из диплоидной
соматической клетки.
20. Почему большинство
садовых растений размножают вегетативным путем?
1) они не способны давать семена;
2) сохраняются сортовые признаки;
3) повышается урожайность и устойчивость;
4) возникают организмы с новыми, более
выгодными признаками для человек
В1. В ходе эмбрионального развития из клеток мезодермы формируются
а) нервная система; б) пищеварительная система;
в) кровеносная система; г) выделительная система;
д) скелет; е) мускулатура
В2.. Установите соответствие между способами размножения и примером:
ПРИМЕР | СПОСОБ РАЗМНОЖЕНИЯ |
А) почкование гидры Б) деление клетки бактерии надвое В) образование спор у грибов Г) партеногенез пчёл Д) образование усов земляники | 1) бесполое 2) половое |
В.3 Установите последовательность этапов индивидуального развития однолетнего покрытосеменного растения из семени
1) плодоношение и созревание семян
2) рост и развитие вегетативных органов
3) цветение и опыление
4) образование и формирование зародыша
5) прорастание семени
В4. Сперматозоид, в
отличие от яйцеклетки, характеризуется выберите три правильных ответа из шести.
1) активным передвижением; 2) меньшим
размером;
3) гаплоидным набором хромосом;
4) практически полным отсутствием запаса
органических веществ;
5) округлой формой; 6) образованием в
процессе мейоза.
В5. Выберите признаки,
характерные для бластулы:
1) образуется в результате дробления;
2) состоит из двух или трех зародышевых
листков;
3) ее стенка у всех животных многослойная;
4) внутри обычно есть полость;
5) по размерам она примерно равна зиготе;
6) возникает только у организмов с непрямым
развитием.
Размножение и индивидуальное развитие организмов. Онтогенез
1. Размножение и индивидуальное развитие организмов
Онтогенез2. онтогенез
Индивидуальное развитиеОНТОГЕНЕЗ
3. Понятие онтогенеза
Онтогенез – это процесс индивидуальногоразвития особи от начала существования
до гибели
Бактерии и простейшие:
Онтогенез = клеточный цикл
Многоклеточные (бесполое размножение):
От выделения группы клеток материнского
организма, которые, делясь митозом, дают
дочернюю особь
Многоклеточные (половое размножение):
От зиготы
4. Типы онтогенеза
Онтогенез представляет собой реализациюгенетической информации
Типы онтогенеза:
1. Личиночный
2. Яйцекладный
3. Внутриутробный
Типы развития:
Прямое – родившийся организм отличается от
взрослого размерами и недоразвитием органов
Непрямое – из яйца появляется личинка,
отличная от взрослого организма по ряду
анатомических признаков
5. Личиночный тип
Группы животных: насекомые, рыбы, земноводныеОсобенности: Яйцеклетки со сравнительно малым
содержанием желтка, зигота быстро развивается в
самостоятельно питающуюся личинку.
Рост личинки сопровождается метаморфозом –
превращением личинки во взрослую особь или в
следующую стадию.
Биологический смысл:
•расширение пищевой базы вида (бабочки и
гусеницы),
•заселение новых территорий (двустворчатые
моллюски)
6. Яйцекладный тип
Группы животных: рептилии, птицы,яйцекладущие млекопитающие
Особенности: Яйцеклетки богаты желтком,
зародыш обеспечен питанием и полностью
развивается внутри яйца. Личиночной стадии нет.
7. Внутриутробный тип
Группы животных: большинствомлекопитающих
Особенности: яйцеклетки бедны желтком (или
отсутствует), зародыш обеспечен питанием за
счет материнского организма. Образуются
провизорные (временные) органы – плацента,
через которую организм матери обеспечивает все
потребности зародыша: питание, дыхание,
оплодотворение. Завершается деторождением.
8. Периоды онтогенеза
1. Эмбриональный – процесс формированиямногоклеточного организма со всеми
системами органов от оплодотворения до
выхода личинок из оболочек, особи из яйца
или деторождения
2. Постэмбриональный – от выхода личинок из
оболочек, особи из яйца или деторождения до
смерти. Включает в себя детство, половое
созревание, взрослое состояние, старение.
Соотношение периодов онтогенеза в различных
группах живых организмов очень различается
(слон и бабочка однодневка)
9. Эмбриональный период
Индивидуальное развитиеЭМБРИОНАЛЬНЫЙ
ПЕРИОД
10. Эмбриогенез при внутриутробном онтогенезе
Включает три стадии:1. Дробление – образование бластулы
2. Гаструляция – образование гаструлы
3. Нейруляция – образование нейрулы
11. Дробление
Дробление начинается в яйцеводе. Первоеделение дает 2 бластомера – одинаковые клетки,
которые не расходятся, а делятся снова и снова,
формируя морулу
На стадии 32 бластомеров клетки формируют
шарик с полостью – бластулу с бластоцелью
Скорость деления превышает скорость роста
бластомеров, поэтому бластула по размерам как
зигота
На 6-й день дробления бластула попадает в
матку и на 7-й – имплантируется в стенку матки.
12. Деление клеток при дроблении
14. Гаструляция
Образование зародышевых листковПосле имплантации бластулы один её полюс начинает
дробиться быстрее и впячиваться внуть.
Зародыш становится двухслойным – гаструла.
Из клеток между двумя слоями закладывается третий
зародышевый листок
• Наружный листок – эктодерма
• Внутренний листок – энтодерма
• Третий листок — мезодерма
Гастральная полость – первичная кишка, ведущее в
неё отверстие – первичный рот. В дальнейшем на месте
первичного рта образуется анальное отверстие, а рот
возникнет на противоположном конце (хордовые –
вторичноротые трехслойные животные)
16. Нейруляция
— Закладка нервнойтрубки
Индуцируется хордой
(нотохордом).
Часть эктодермы
обособляется в нервную
пластинку, которая
впячивается внутрь и дает
желобок. Желобок
смыкается в нервную трубку
под эктодермой, но над
хордой
17. Гисто- и органогенез
• Эктодерма: нервная трубка, органы чувств,эпидермис кожи
• Энтодерма: выстилка внутрениих полостей
организма, печень, легкие, поджелудочная
железа
• Мезодерма: хрящевой и костный скелет,
мышцы, почки, сердце и сосуды, половая
система
18. Взаимовлияние частей зародыша
Из одинаковых тотипотентных клеток бластулы входе дифференцировки формируются клетки,
специфичные по строение и функциям в
результате активации и выключения
определенных групп генов.
«Равноправие» бластомеров сохраняется до 4
клеток (у человека и кролика), 16 у тритона.
Дифференцировка клеток связана с
эмбриональной индукцией — влиянием частей
зародыша друг на друга.
Влияние осуществляют различные белковые
факторы — морфогены
19. Постэмбриональный период
Индивидуальное развитиеПОСТЭМБРИОНАЛЬНЫЙ
ПЕРИОД
20. Постэмбриональное развитие
Подразделяется на 3 периода:1. Ювенильный – от выхода из яйцевых
оболочек или рождения до окончания
полового созревания
2. Пубертатный – период зрелости
3. Старение – изменения организма, снижающие
возможности его адаптации
Смерть – прекращение жизнедеятельности
организма – необходимый этап в эволюции.
Трагедия индивида во благо общества.
2. Размножение и индивидуальное развитие организмов
Онлайн учебник. Биология 9 класс. Общие закономерности (Мамонтов). Раздел 2. Размножение и индивидуальное развитие организмов. Электронная версия (ТРАНСКРИПТ). Цитаты использованы в учебных целях.
ОГЛАВЛЕНИЕ вернуться к содержанию учебника
Раздел 2. Размножение
и индивидуальное развитие организмов
Способность к размножению, или самовоспроизведению, — одна из важнейших характеристик органической природы. Размножение — свойство, присущее всем без исключения живым организмам, от бактерий до млекопитающих.
Существование любого вида животных и растений, бактерий и грибов, преемственность между родительскими особями и их потомством поддерживаются только благодаря размножению. Способы размножения у различных организмов могут очень сильно отличаться друг от друга, но в основе любого размножения лежит деление клетки.
Тесно связано с самовоспроизведением и другое свойство живых организмов — развитие. Оно также присуще всему живому на Земле: и мельчайшим одноклеточным организмам, и многоклеточным растениям, животным и грибам.
Глава 5. Размножение организмов.
Известны различные формы размножения, но все они могут быть объединены в два типа: половое и бесполое.
Половым размножением называют смену поколений и развитие организмов из специализированных — половых — клеток, образующихся в половых железах. При этом новый организм развивается, как правило, в результате слияния двух половых клеток, образованных разными родителями. Однако у беспозвоночных животных нередко сперматозоиды и яйцеклетки формируются в теле одного организма. Такое явление — обоеполость — называют гермафродитизмом. У большинства видов покрытосеменных (цветковых) растений цветок включает и тычинки, в которых образуются мужские половые клетки — спермин, и пестики, в завязи которых формируются яйцеклетки. Такие цветки называют двуполыми. Примерно у четверти видов мужские (тычиночные) и женские (пестичные) цветки развиваются независимо, т. е. у них цветки однополые. Примером может служить конопля. У некоторых растений — кукурузы, берёзы — и мужские, и женские цветки возникают на одной особи.
У некоторых видов животных и растений наблюдается развитие из неоплодотворённой яйцеклетки. Такое размножение называют девственным или партеногенетическим.
Бесполое размножение характеризуется тем, что новая особь развивается из неполовых, соматических (телесных) клеток.
Рассмотрим подробнее оба типа размножения.
10. Бесполое размножение
Вспомните! • Митоз • Спора • Почкование • Регенерация • Вегетативное размножение
При бесполом размножении новый организм может возникнуть из одной клетки или из нескольких неполовых (соматических) клеток материнской особи. В размножении участвует только одна родительская особь. Поскольку клетки, дающие начало дочерним организмам, возникают в результате митоза, то все потомки сходны по наследственным признакам с материнской особью.
Многие простейшие (амебы, эвглена зелёная и др.), одноклеточные водоросли (хламидомонада) размножаются путём митотического деления клетки (рис. 21). Другим одноклеточным — некоторым низшим грибам, водорослям (хлорелла), животным (малярийный плазмодий) свойственно спорообразование. При этом клетка распадается на большое число особей, равное количеству ядер, заранее образованных в ней в результате многократного деления её ядра. Многоклеточные организмы также способны к спорообразованию: это мхи, высшие грибы, многоклеточные водоросли, папоротникообразные и некоторые другие.
Способом бесполого размножения является также почкование. Например, у дрожжевых грибов (рис. 22) и некоторых инфузорий (сосущие инфузории) при почковании на материнской клетке первоначально образуется небольшой бугорок, содержащий ядро, — почка. Она растёт, достигает размеров, близких к размерам материнского организма, и затем отделяется, переходя к самостоятельному существованию. У многоклеточных (пресноводная гидра) почка состоит из группы клеток обоих слоёв стенки тела. Почка растёт, удлиняется, на переднем её конце появляется ротовое отверстие, окружённое щупальцами. Образуется маленькая гидра, которая затем отделяется от материнского организма (рис. 23).
У других многоклеточных животных существует бесполое размножение путём фрагментации тела на отдельные части (медузы, кольчатые черви, плоские черви, иглокожие). Из каждой такой части развивается полноценная особь.
У растений широко распространено вегетативное размножение, т. е. частями тела — черенками, усами, клубнями (рис. 24). Так, картофель размножается видоизменёнными подземными частями стебля — клубнями. У жасмина, ивы легко укореняются побеги — черенки. С помощью черенков размножают виноград, смородину, крыжовник.
Длинные ползучие стебли земляники — усы — образуют почки, которые, укореняясь, дают начало новому растению. Немногие растения, например бегония, могут размножаться листовыми черенками (листовая пластинка и черешок). На нижней стороне листа, в местах разветвления крупных жилок, возникают корни, на верхней — почки, а затем побеги.
Для вегетативного размножения используют также корень. В садоводстве с помощью черенков из боковых корней размножают малину, вишню, сливу, розу. С помощью корневых клубней размножаются георгины. Видоизменение подземной части стебля — корневище — также образует новые растения. Например, осот с помощью корневища может дать более тысячи новых особей на 1 м2 почвы.
Вопросы для повторения и задания
- Сравните бесполое и половое размножение. В чём их основные отличия?
- Что такое бесполое размножение? Какой процесс лежит в его основе?
- У каких организмов встречается бесполое размножение?
- Составьте схему, иллюстрирующую многообразие способов бесполого размножения. Приведите примеры.
- Почему при бесполом размножении потомки генетически сходны между собой и с родительской особью?
- Обсудите на уроке, какое значение для выживания организмов имеет их способность к бесполому размножению.
11. Половое размножение. Развитие половых клеток
Вспомните! • Сперматозоид • Яйцеклетка • Гамета • Мейоз • Желток •ДНК • РНК • Хромосома
Половое размножение имеет большие эволюционные преимущества по сравнению с бесполым. При оплодотворении происходит объединение наследственного материала от обоих родителей. Появление в каждом поколении новых комбинаций обеспечивает более успешное и быстрое приспособление вида к меняющимся условиям обитания.
В половых железах развиваются половые клетки: мужские — сперматозоиды, женские — яйцеклетки (или яйца). В первом случае их развитие называют сперматогенезом, во втором — овогенезом (от лат. ово — яйцо).
В процессе образования половых клеток выделяют ряд стадий. Первая стадия — период размножения, в котором первичные половые клетки делятся путём митоза, в результате чего увеличивается их количество.
Вторая стадия — период роста. У незрелых мужских гамет он выражен нерезко. Их размеры увеличиваются незначительно. Напротив, будущие яйцеклетки — овоциты — увеличиваются в размерах иногда в сотни, а чаще в тысячи и даже более раз. Рост овоцитов осуществляется за счёт веществ, образуемых другими клетками организма. Так, у рыб, амфибий и в большей степени у рептилий и птиц основную массу яйца составляет желток — совокупность питательных веществ (жиров, белков, углеводов и др.), необходимых для питания зародыша. Он синтезируется в печени, в особой растворимой форме переносится кровью в яичник, проникает в растущие овоциты и откладывается там в виде желточных пластинок. Кроме того, в самой будущей половой клетке синтезируются многочисленные белки и большое количество разнообразных РНК: транспортных, рибосомных и информационных.
Следующая стадия — период созревания, или мейоз, — представлена на рисунке 25. Клетки, вступающие в период созревания, содержат диплоидный набор хромосом и уже удвоенное количество ДНК. Сущность мейоза в том, что каждая половая клетка получает одинарный, гаплоидный, набор хромосом.
Мейоз включает два последовательных деления. Как и в митозе, в каждом мейотическом делении выделяют четыре фазы: профазу, метафазу, анафазу и телофазу.
Первое (I) мейотическое деление. Профаза I начинается спирализацией хромосом. Как вы помните, каждая хромосома состоит из двух хроматид, соединённых в области центромеры. Затем гомологичные хромосомы сближаются, каждая точка каждой хроматиды одной хромосомы совмещается с соответствующей точкой хроматиды другой, гомологичной хромосомы. Этот процесс точного и тесного сближения гомологичных хромосом в мейозе называют конъюгацией. В дальнейшем между ними может произойти кроссинговер — обмен гомологичными участками. К концу профазы между гомологичными хромосомами возникают силы отталкивания.
В метафазе I спирализация хромосом максимальна. Конъюгированные хромосомы располагаются в экваториальной плоскости клетки. К центромерам прикрепляются нити веретена деления.
В анафазе I удвоенные гомологичные хромосомы расходятся к различным полюсам. Следовательно, из каждой пары гомологичных хромосом в дочернюю клетку попадает только одна. Число хромосом уменьшается в два раза, хромосомный набор становится гаплоидным. Однако каждая хромосома при этом ещё состоит из двух хроматид, т. е. по-прежнему содержит удвоенное количество ДНК.
В телофазе I временно образуется ядерная оболочка. Во время интерфазы между первым и вторым делениями мейоза редупликации ДНК не происходит. Клетки, образовавшиеся в результате первого деления созревания, различаются по составу отцовских и материнских хромосом и, следовательно, по набору генов.
Все клетки человека, в том числе первичные половые клетки, содержат 46 хромосом. Из них 23 получены от отца и 23 — от матери. При образовании половых клеток после первого мейотического деления в сперматоциты и овоциты также попадает по 23 хромосомы. Однако вследствие случайности расхождения отцовских и материнских хромосом в анафазе I образующиеся клетки получают различные комбинации родительских хромосом. Например, в одной из них может оказаться 3 отцовских и 20 материнских хромосом, в другой — 10 отцовских и 13 материнских и т. д. Число возможных комбинаций очень велико. Учитывая обмен гомологичными участками хромосом в профазе первого деления мейоза, очевидно, что каждая образующаяся половая клетка генетически уникальна, так как несёт неповторимый набор генов. Следовательно, мейоз — основа комбинативной генотипической изменчивости.
Второе (II) мейотическое деление. Второе деление мейоза протекает так же, как обычное митотическое деление, с той лишь разницей, что делящаяся клетка гаплоидна. В анафазе II центромеры, соединяющие сестринские хроматиды в каждой хромосоме, делятся, и хроматиды, как и в митозе, с этого момента становятся самостоятельными хромосомами. С завершением телофазы II заканчивается и весь процесс мейоза: из исходной первичной половой клетки образовались четыре гаплоидные клетки.
У особей мужского пола все они преобразуются в гаметы — сперматозоиды. У особей женского пола вследствие неравномерного мейоза лишь из одной клетки получается жизнеспособная яйцеклетка. Три другие дочерние клетки гораздо мельче, они превращаются в так называемые направительные, или редукционные, тельца, которые вскоре погибают. Образование только одной яйцеклетки и гибель трёх генетически полноценных направительных телец связано с тем, что все запасные питательные вещества, которые понадобятся для развития будущего зародыша, необходимо сохранить в одной клетке.
Период формирования состоит в приобретении клетками определённой формы и размеров, соответствующих их функции.
Например, у пресмыкающихся, птиц и млекопитающих за счёт деятельности клеток, окружающих яйцеклетку, вокруг неё возникает ряд дополнительных оболочек (рис. 26). Их функция заключается в защите яйцеклетки и развивающегося зародыша от внешних неблагоприятных воздействий. Яйцеклетки большинства животных содержат в цитоплазме запас питательных веществ в виде желтка.
Сперматозоиды могут иметь различные размеры и форму (рис. 27). Функция сперматозоидов состоит в доставке в яйцеклетку генетической информации и стимуляции её развития. Сформированный сперматозоид состоит из головки, которая почти полностью занята ядром с гаплоидным набором хромосом; шейки, в которой находятся центриоли и митохондрии; хвоста, образованного микротрубочками и обеспечивающего подвижность всего сперматозоида.
В передней части головки сперматозоида находится видоизменённый комплекс Гольджи, называемый акросомой. Он содержит ферменты, растворяющие мембрану яйца при оплодотворении, т. е. при слиянии сперматозоида и яйцеклетки (рис. 28). Возникающая при этом диплоидная клетка носит название зигота (рис. 29).
Вопросы для повторения и задания
- Чем половое размножение отличается от бесполого?
- Определите критерии для сравнения мейоза и митоза. Составьте и заполните таблицу «Два основных способа деления клеток».
- Почему зрелые половые клетки одного организма несут разные комбинации наследственного материала?
- Изобразите схематично яйцеклетку и сперматозоид. В чём их сходство и отличия?
- Какие эволюционные преимущества даёт живым организмам половое размножение?
- Объясните, почему фраза «половые клетки делятся мейозом» неверна.
Глава 6. Индивидуальное развитие организмов (онтогенез)
Индивидуальным развитием, или онтогенезом, называют весь период жизни особи — с момента слияния сперматозоида с яйцом и образования зиготы до гибели организма. Онтогенез делится на два периода: 1) эмбриональный — от образования зиготы до рождения или выхода из яйцевых оболочек; 2) постэмбриональный — от выхода из яйцевых оболочек или рождения до смерти организма.
Науку, изучающую закономерности индивидуального развития организмов на стадии зародыша, называют эмбриологией (от греч. эмбрион — зародыш).
12. Эмбриональный период развития
Вспомните! • Зигота • Митотический цикл •Специализация
У большинства многоклеточных животных, независимо от сложности их организации, стадии эмбрионального развития, которые проходит зародыш, едины. В эмбриональном периоде выделяют три основных этапа: дробление, гаструляцию и первичный органогенез.
Дробление. Развитие организма начинается со стадии одной клетки. Оплодотворённое яйцо — это клетка и одновременно уже организм на самой ранней стадии его развития. В результате многократных делений одноклеточный организм превращается в многоклеточный. Возникшее при оплодотворении путём слияния сперматозоида и яйцеклетки диплоидное ядро через несколько минут начинает делиться, вместе с ним делится и цитоплазма. Образующиеся клетки (бластомеры) с каждым делением уменьшаются в размерах, поэтому процесс деления называют дроблением. В период дробления накапливается клеточный материал для дальнейшего развития (рис. 30). Завершается дробление образованием многоклеточного зародыша — бластулы. Бластула имеет полость, наполненную жидкостью, так называемую первичную полость тела (рис. 31).
В тех случаях, когда в цитоплазме яйцеклетки желтка мало (как у ланцетника) или относительно немного (как у лягушки), дробление бывает полным, т. е. яйцеклетка делится целиком.
Иначе протекает период дробления у птиц. Свободная от желтка цитоплазма составляет всего 1% от общего объёма яйцеклетки курицы; вся остальная цитоплазма яйцеклетки, а следовательно, и зигота, заполнена массивом желтка (см. рис. 26). Если присмотреться к куриному яйцу, на одном из его полюсов непосредственно на желтке можно увидеть маленькое пятнышко — бластулу, или зародышевый диск, образовавшийся в результате дробления свободного от желтка участка цитоплазмы, содержащего ядро (см. рис. 26). В таких случаях дробление называют неполным. Неполное дробление свойственно также некоторым рыбам и рептилиям.
Во всех случаях — и у ланцетника, и у амфибий, и у птиц, а также у других животных — общий объём клеток на стадии бластулы не превышает объёма зиготы. Другими словами, митотическое деление зиготы не сопровождается ростом образовавшихся дочерних клеток до объёма материнской, и размеры их в результате ряда последовательных делений прогрессивно уменьшаются. Эта особенность митотического деления клеток в ходе дробления наблюдается при развитии оплодотворённых яиц у всех животных.
Некоторые другие черты дробления также свойственны различным видам животных. Например, все клетки в бластуле имеют диплоидный набор хромосом, одинаковы по строению и отличаются друг от друга главным образом количеством содержащегося в них желтка. Такие клетки, лишённые признаков специализации для выполнения определённых функций, называют неспециализированными (или недифференцированными) клетками. Другая особенность дробления — чрезвычайно короткий митотический цикл бластомеров по сравнению с клетками взрослого организма. Во время очень короткой интерфазы происходит только удвоение ДНК.
Гаструляция. Бластула, как правило, состоящая из большого числа бластомеров (например, у ланцетника из 3000 клеток), в процессе развития переходит в новую стадию, которую называют гаструлой (от греч. гастер — желудок). Зародыш на этой стадии состоит из отчётливо различимых пластов клеток — так называемых зародышевых листков’, наружного, или эктодермы (от греч. эктос — находящийся снаружи), и внутреннего, или энтодермы (от греч. энтос — находящийся внутри). Совокупность процессов, приводящих к образованию гаструлы, называют гаструляцией.
У ланцетника гаструляция осуществляется путём впячивания одного из полюсов бластулы внутрь, по направлению к другому, у других животных — иными способами.
Таким образом, сущность процесса гаструляции заключается в перемещении клеточных масс. Клетки зародыша практически не делятся и не растут. Однако на этой стадии начинается использование наследственной информации клеток зародыша, появляются первые признаки дифференцировки.
Дифференцировка, или дифференцирование, — это процесс возникновения и нарастания структурных и функциональных различий между отдельными клетками и частями зародыша. С морфологической точки зрения он выражается в том, что образуются несколько сотен типов клеток специфического строения, отличающихся друг от друга. Из неспециализированных клеток бластулы постепенно возникают клетки эпителия кожи, появляются нервные, мышечные клетки и т. д. С биохимической точки зрения специализация клеток заключается в их способности синтезировать определённые белки, свойственные только данному типу клеток. Лимфоциты синтезируют защитные белки — антитела, мышечные клетки — сократительный белок миозин. Каждый тип клеток образует «свои», свойственные только ему белки. Биохимическая специализация клеток обеспечивается избирательной активностью генов, т. е. в клетках разных зародышевых листков — зачатков определённых органов и систем — начинают функционировать разные группы генов.
У разных видов животных одни и те же зародышевые листки дают начало одним и тем же органам и тканям. Это значит, что они гомологичны. Так, из клеток наружного зародышевого листка — эктодермы — у членистоногих, хордовых, в том числе у рыб, амфибий, рептилий, птиц и млекопитающих, формируются кожные покровы и их производные, а также нервная система и органы чувств. Гомология зародышевых листков подавляющего большинства животных — одно из доказательств единства животного мира.
В дальнейшем у большинства многоклеточных животных между эктодермой и энтодермой закладывается третий зародышевый листок — мезодерма (от греч. мезос — находящийся посередине). С появлением мезодермы зародыш становится трёхслойным (рис. 32). Такую стадию развития зародыша называют поздней гаструлой.
Органогенез. Дальнейшее развитие зародыша связано с взаимодействием трёх зародышевых листков, из которых формируются все ткани и органы организма. Развитие систем органов зародыша — органогенез — происходит в определённой последовательности. У хордовых животных он начинается с образования зачатка хорды и нервной системы. На спинной стороне зародыша обособляется группа эктодермальных клеток, образуя длинную пластинку. Эти клетки начинают активно делиться и погружаются в тело зародыша. Образуется желобок, края которого постепенно сближаются, а затем смыкаются, формируя первичную нервную трубку (рис. 33). Вся остальная эктодерма — зачаток кожного эпителия. При дальнейшем развитии зародыша позвоночных животных из передней части нервной трубки формируется головной мозг, а из задней — спинной. Зародыш на этой стадии носит название нейрула.
Зачаток хорды, образованный из энтодермы, сворачивается в плотный тяж — хорду. Из оставшейся части энтодермы развивается эпителий кишечника. Образуется комплекс осевых органов: нервная трубка, хорда, кишечная трубка. Дальнейшая дифференцировка клеток зародыша приводит к возникновению остальных органов и тканей. Процесс дифференцировки обусловлен тем, что в различных клетках зародыша активируются различные, строго определённые группы генов. Это приводит к различиям в наборе белков, функционирующих в клетках, и, следовательно, к различиям в химических реакциях и строении клеток. В процессе специализации клеток из эктодермы образуются нервная система, органы чувств, эпителий кожи, эмаль зубов; из энтодермы — эпителий кишки, пищеварительные железы — печень и поджелудочная железа, эпителий жабр и лёгких; из мезодермы — мышечная ткань, соединительная ткань, в том числе рыхлая соединительная ткань, хрящевая и костная ткань, кровь и лимфа, а также кровеносная система, почки, половые железы и др.
Вопросы для повторения и задания
- Что такое зигота?
- Чем деление клеток в процессе дробления отличается от обычного митотического деления клеток взрослых животных?
- Составьте и заполните таблицу «Основные этапы эмбрионального периода развития».
- Вспомните из курса зоологии, у каких животных тело состоит только из двух слоёв клеток — эктодермы и энтодермы. Есть ли у них системы органов?
- Что такое дифференцировка клеток в процессе эмбрионального развития?
- Изобразите в виде схемы, из каких зародышевых листков образуются в процессе развития основные органы, ткани и структуры организма позвоночного животного.
- Обсудите в классе, существует ли зависимость между количеством желтка в яйцеклетке и особенностями эмбрионального развития.
13. Постэмбриональный период развития
Вспомните! • Яйцевые оболочки • Зародышевые оболочки • Личинка • Метаморфоз • Борьба за существование
В момент рождения или выхода организма из яйцевых оболочек заканчивается эмбриональный и начинается постэмбриональный период развития. Постэмбриональное развитие может быть прямым или сопровождается превращением (метаморфозом).
При прямом развитии (у пресмыкающихся, птиц, млекопитающих) из яйцевых оболочек или из тела матери выходит организм небольших размеров, но с уже заложенными всеми основными органами, свойственными взрослому животному. Постэмбриональное развитие в этом случае сводится в основном к росту и половому созреванию.
При развитии с метаморфозом из яйца выходит личинка, обычно устроенная проще взрослого животного, со специальными личиночными органами, во взрослом состоянии отсутствующими. Личинка питается, растёт, и со временем личиночные органы заменяются органами, свойственными взрослым особям. Следовательно, при метаморфозе разрушаются личиночные органы и возникают органы, присущие взрослым животным.
Разберём несколько примеров непрямого постэмбрионального развития. Личинка асцидий (тип Хордовые, подтип Личиночнохордовые) обладает всеми основными признаками хордовых животных: хордой, нервной трубкой, жаберными щелями в глотке (рис. 34). Она свободно плавает, затем прикрепляется к какой-либо твёрдой поверхности на дне моря, где и совершается метаморфоз: у неё исчезают хвост, хорда, мышцы, а нервная трубка распадается на отдельные клетки, большая часть которых фагоцитируется. От нервной системы личинки остаётся лишь группа клеток, дающая начало нервному узлу. Строение тела взрослой асцидии, ведущей прикреплённый образ жизни, нисколько не напоминает обычные черты организации хордовых животных. Только знание особенностей онтогенеза позволяет определить систематическое положение асцидий: строение личинки указывает на происхождение их от хордовых животных, которые вели свободный образ жизни. В процессе метаморфоза асцидии переходят к сидячему образу жизни, в связи с чем упрощается их организация.
Личиночная форма амфибий — головастик (рис. 35), для которого характерны жаберные щели, боковая линия, двухкамерное сердце, один круг кровообращения. В процессе метаморфоза, происходящего под влиянием гормона щитовидной железы, рассасывается хвост, появляются конечности, исчезает боковая линия, развиваются лёгкие и второй круг кровообращения.
Примером метаморфоза может служить также развитие насекомых (рис. 36). Гусеницы бабочек или личинки стрекоз резко отличаются по строению, образу жизни и среде обитания от взрослых животных и напоминают своих предков — кольчатых червей.
Таким образом, метаморфоз связан с переменой образа жизни или среды обитания. Значение метаморфоза заключается, во-первых, в том, что свободноживущие личинки прикреплённых или паразитических животных способствуют расселению вида. Кроме того, личиночные формы некоторых животных живут в иных условиях и имеют другие источники питания, чем взрослые особи: это снижает интенсивность конкуренции за пищу и в целом остроту борьбы за существование внутри вида.
Постэмбриональный период развития имеет разную продолжительность. Например, подёнки в личиночном состоянии живут 2—3 года, а в половозрелом — от 2—3 часов до 2—3 суток, в зависимости от видовой принадлежности. В большинстве же случаев постэмбриональный период более продолжителен. У человека он включает дорепродуктивную стадию, стадию зрелости (репродуктивную) и, наконец, стадию старости (пострепродуктивную).
У млекопитающих и человека наблюдается известная зависимость продолжительности жизни от длительности полового созревания и беременности. Обычно продолжительность жизни превышает дорепродуктивный период онтогенеза в 5—8 раз.
Постэмбриональное развитие сопровождается ростом. Различают рост неопределённый, продолжающийся в течение всей жизни, и определённый, ограниченный каким-то сроком. Неопределённый рост наблюдается у древесных форм растений, некоторых моллюсков, из позвоночных — у рыб, крыс.
У многих животных рост прекращается вскоре после достижения половой зрелости. У человека рост заканчивается к 20— 25 годам.
Вопросы для повторения и задания
- Какое развитие называют постэмбриональным?
- Сравните прямое и непрямое постэмбриональное развитие. Приведите примеры животных с такими типами развития.
- В чём заключается биологическое значение метаморфоза?
- Какие черты строения головастика свидетельствуют о родстве амфибий и рыб?
- Вспомните из курса зоологии, чем отличается развитие с неполным и полным превращением (метаморфозом).
- Какая стадия постэмбрионального развития у позвоночных животных занимает большую часть жизни? Объясните почему.
- Сравните понятия «рост» и «развитие». Чем они принципиально отличаются?
ОГЛАВЛЕНИЕ вернуться к списку конспектов
Биология 9 класс. Общие закономерности (Мамонтов). Раздел 2. Размножение и индивидуальное развитие организмов. Электронная версия. Цитаты использованы в учебных целях.
Репродуктивные системы и эволюция сосудистых растений
Реферат
Различия в частоте появления потомства бесполым путем, путем самооплодотворения и путем ауткроссинга половым путем, оказывают преимущественное влияние на генетическую структуру растений населения. У селферов и асексуалов меньше генотипов внутри популяций, чем ауткроссеры с аналогичными частотами аллелей, и более генетическое разнообразие селфи и бесполых людей является результатом различий среди популяций, чем среди сексуальных ауткроссеров.В результате снижения уровни разнообразия, эгоисты и асексуалы могут быть менее способны реагировать адаптивно к изменяющейся среде, и потому что генотипы не смешанные по семейным линиям, их популяции могут накапливаться вредные мутации быстрее. Такие различия предполагают, что эгоистичные и асексуальные линии могут быть эволюционно недолговечными и может объяснить, почему они часто кажутся недавними. Тем не менее, происхождение и поддержание различных репродуктивных форм должны быть связаны со свойствами выживания и воспроизводства на индивидуальном уровне.Сексуальные ауткроссеры страдают от издержек, связанных с ауткроссингом. потому что они не способствуют самостоятельному или бесполому потомству, тогда как Селферы и бесполые могут вносить вклад в ауткроссинг потомства. Селфинг и Бесполое размножение также может позволить размножение, когда обстоятельства уменьшить возможности объединения гамет, производимых разными людей, явление, известное как репродуктивная гарантия. Оба стоимость ауткроссинга и репродуктивного обеспечения приводит к чрезмерное представительство эгоистов и бесполых во вновь образованном потомстве, и если у сексуальных ауткроссеров больше шансов выжить и размножаться, в конечном итоге они будут вытеснены из популяций, в которых самоопыление или возникает бесполый вариант.
Мировая четверть миллиона видов сосудистых растений (1) демонстрируют невероятное разнообразие истории жизни, формы роста и физиологии, но разнообразие их репродуктивные системы не менее велики. В некоторых папоротниках отдельные гаплоидные гаметофиты производят как яйцеклетки, так и сперматозоиды. В других, отдельные гаметофиты производят только одно или другое. У семенных растений структуры, продуцирующие пыльцу и семяпочки, могут переноситься вместе в пределах одного одиночный цветок, рожденный отдельно в разных структурах на одном и том же растение, или переносится на совершенно разных растениях.В обеих группах растений паттерн, в котором воспроизводятся репродуктивные структуры, влияет на частота, с которой гаметы неродственных особей объединяются в зиготы, и это преимущественное влияние на количество и распределение генетического разнообразия, обнаруженного у вида.
Эволюционные объяснения разнообразия систем спаривания когда-то сосредоточился на различиях в свойствах населения, связанных с разными репродуктивными режимами. Самоопыляющиеся или бесполые растения были, например, предполагается, что оба они более приспособлены к немедленному обстоятельства и быть менее способными адаптироваться к изменяющейся среде чем сексуальные ауткроссеры, и эти различия были использованы для объяснения связь различных репродуктивных режимов с конкретной жизнью истории, среды обитания или и того, и другого (2, 3).Теперь мы понимаем, что для объяснения происхождение и поддержание определенных репродуктивных форм в видов, мы должны соотносить различия в репродуктивном способе с различиями которые выражаются среди людей в популяциях (4). Тем не менее, различия в темпах видообразования и исчезновения могут быть связанные с различиями в репродуктивных режимах. Как результат, понимание широкомасштабных филогенетических тенденций в эволюции растений репродуктивные системы потребуют от нас больше узнать о закономерностях и причины этих отношений.
Режимы воспроизведения
У высших животных мейоз непосредственно производит яйца и сперму. В половой цикл сосудистых растений более сложен. Многоклеточный гаплоидные и диплоидные поколения чередуются. Диплоидные спорофиты продуцируют гаплоидные споры через мейоз, и эти споры развиваются в многоклеточные гаплоидные гаметофиты. У птеридофитов (папоротники, булавы) мхи и хребты) гаметофит свободноживущий. В семенных растениях (голосеменные и покрытосеменные) женский гаметофит переносится внутри семяпочка и только мужской гаметофит (пыльца) покидает структуру в котором он был произведен.Гаметофиты производят гаплоидные яйцеклетки и сперматозоиды. через митоз, и они объединяются, чтобы сформировать диплоидные зиготы, из которых новые развиваются спорофиты. Бесполое размножение у растений, как у животных, происходит, когда потомство производится путем модификации полового жизненный цикл, не включающий мейоз и сингамию (см.рис. 1).
Рисунок 1Схема основных жизненных циклов сосудистых растений. Бесполые жизненные циклы обозначены пунктирными линиями. Цикл половой жизни обозначен сплошные линии.См. Исх. 5 для более полного описания бесполой жизни циклы.
Когда сосудистые растения размножаются бесполым путем, они могут бутонизация, ветвление или кущение (вегетативное размножение) или производит споры или семена, генетически идентичные спорофитам, которые их продуцировали (агамоспермия семенных растений, апогамия птеридофитов). Вегетативное размножение чрезвычайно распространено у многолетних растений, особенно в травах и водных растениях, и это может иметь драматические последствия. последствия.Водоросль Elodea canadensis , например, был завезен в Великобританию примерно в 1840 году и распространился по всей Европе. к 1880 г. полностью вегетативным размножением (6). Исключительная уверенность в однако вегетативное размножение — скорее исключение, чем правило. Чаще такие виды, как клевер белый ( Trifolium repens ), размножаются как путем вегетативного размножения, так и через семена, полученные половым путем (7).
Агамоспермия менее распространена, чем вегетативное размножение, хотя это было зарегистрировано по крайней мере из 30 семейств цветущих растения (6, 8), особенно часто это травы и розы.Агамоспермные виды часто представляют собой полиплоиды, полученные в результате гибридизации. между репродуктивно несовместимыми предками. Когда они возникли много раз, как в бороде ястреба ( Crepis ) западной Северная Америка (9) или европейская ежевика ( Rubus ; ref.10), модель вариации затрудняет выявление различных линии, которые можно назвать видами. Таксономическое распространение апогамия птеридофитов малоизвестна из-за технических трудности, связанные с изучением развития спор.Тем не менее, Мантон (11) приводит примеры как минимум семи родов папоротников и указывает на то, что уже более века известно, что апогамия могут быть экспериментально индуцированы во многих других группах (12).
При половом размножении сосудистых растений репродуктивные структуры может переноситься по-разному. У некоторых птеридофитов, таких как клубный мох Selaginella , а также во всех семенниках, яйцах и сперму производят разные гаметофиты. У других птеридофитов а один гаметофит может производить как яйца, так и сперматозоиды, как и в большинстве папоротников.Однако даже если яйцеклетки и сперматозоиды производятся на одном и том же гаметофите, зиготы чаще всего образуются в результате слияния яиц и сперматозоидов от различные гаметофиты (13). Различия во времени, когда самец и форма женских репродуктивных структур часто усилена антеридиогены, выделяемые гаметофитами в женской фазе, которые вызывают соседние гаметофиты остаются в мужской фазе (14). Антеридиоген система Cryptogramma crispa , например, кажется принудительное размножение вне скрещивания, даже если отдельные гаметофиты в процессе развития способны производить как яйцеклетки, так и сперматозоиды (15).
Яйца и сперма вырабатываются различными гаметофитами во время цветения. растения, но пыльники и рыльца чаще всего несут в одном цветок. Несмотря на очевидную возможность самооплодотворения, зиготы чаще всего образуются в результате слияния яиц и сперматозоидов получены из разных растений (16). Генетически детерминированный механизмы самонесовместимости, по-видимому, развивались несколько раз в цветковых растений (17), но различия во времени, когда пыльца выпущены, и рыльца восприимчивы в цветке и пространственном разделение пыльников и рыльц способствует ауткроссированию, даже в многие самосовместимые растения (18, 19).У некоторых видов цветения растения полиморфизм по высоте рыльца связан с дополнительный полиморфизм в высоте пыльника, состояние, известное как гетеростилий. Короткие пыльники встречаются у цветков с длинными рыльцами и наоборот. Дарвин (20) описал классический пример этой системы в Примула верис . У этого вида, как и у многих других, морфологические различия связаны с различиями в совместимости которые позволяют пыльце, полученной из коротких пыльников, прорастать только на коротких рыльца и пыльца, полученные из длинных пыльников, прорастают только на длинных рыльца (см. также исх.21). У других видов цветковых растений и в все половые функции голосеменных животных отделены друг от друга. Или пыльца и семяпочки образуются в разных структурах на одном и том же растение (моноэция) или производятся на разных растениях (двудомность). В разделение половых функций также может быть связано с физиологические и экологические различия между полами, как в Siparuna grandiflora у самок и самцов разные закономерности распределения внутри популяций (22).
Последствия репродуктивных систем
Генетическая структура вида включает в себя идентичность и частота генотипов, обнаруженных в популяциях, и распределение генотипы в популяциях. Репродуктивная система издавна признано преобладающим влиянием на генетическую структуру растений разновидность. Бесполое потомство генетически идентично особям который их произвел, за исключением различий, вызванных соматической мутацией.Самостоятельное потомство может отличаться от своего родителя в результате сегрегации. в гетерозиготных локусах, но самоопыление обычно дает гораздо меньше генотипов среди потомства, чем ауткроссинг. В результате меньше генотипов обычно встречаются в популяциях, в которых любая из форм однопородных размножение встречается чаще, чем у тех, в которых ауткроссинг является нормой.
Среди видов, размножающихся половым путем, селферы имеют популяции с меньшие и более изменяемые эффективные размеры (23) и с меньшим обменом аллелей среди людей внутри и среди популяций.Как результат, самоопыляющиеся виды обычно более гомозиготны, чем близкие родственники и имеют меньше генотипов на популяцию, чем ауткроссеры. Они тоже обычно имеют меньше полиморфных локусов и меньше аллелей на полиморфные локус, чем близкородственные ауткроссеры (24, 25). В дополнение разнообразие, обнаруженное внутри самоопыляющихся видов, в большей степени является результатом различий среди популяций, чем различий между людьми в пределах населения. Более 50% аллозимного разнообразия, обнаруженного у селферов, составляет объясняется различиями между популяциями, тогда как только 12% объясняется различиями между популяциями ауткроссеров (26).
Аллозимный анализ и анализ сайтов рестрикции хлоропластной ДНК (хпДНК) в Mimulus (Scrophulariaceae) и анализ нуклеотидных последовательностей интронов, связанных с двумя ядерными генами в Leavenworthia (Brassicaceae) иллюстрируют драматическое воздействие Системы спаривания могут иметь генетическую структуру видов растений. В Mimulus как разнообразие аллозимных, так и нуклеотидных последовательностей в самоопыляющиеся виды составляют лишь четверть от близкородственных виды-ауткроссинг (27).Более низкое нуклеотидное разнообразие в хпДНК может не следует ожидать, потому что это наследуется по материнской линии, но в очень высокой степени фоновый отбор самоопыляющихся видов против вредных аллелей на ядерные локусы могут существенно уменьшить разнообразие как ядерных, так и цитозольные геномы (28, 29). В Leavenworthia популяций селферы почти полностью состоят из одного гаплотипа в каждом из два изученных локуса, и каждая популяция характеризуется другой гаплотип. У ауткроссеров, с другой стороны, индивиды принадлежащие к одной и той же группе населения, только немного больше похожи на одного кроме особей, принадлежащих к разным популяциям (30, 31).Кроме того, выбор балансировки, по-видимому, отвечает за поддержание электрофоретического полиморфизма в локусе, кодирующем фосфоглюкозоизомераза у ауткроссинговых видов Ливенвортия (32). Таким образом, эгоисты могут иметь более низкую индивидуальную фитнеса, чем ауткроссеры, потому что они генетически однородны в этом локус.
Последствия бесполого размножения в некотором роде схожи с те из самоопыления. В строго асексуальной популяции обмена нет генов среди семейных линий, точно так же, как их нет в пределах полностью самоопыление населения.Однако, в отличие от селферов, бесполые генотипы воспроизводятся в точности, за исключением различий, вызванных соматическими мутация. Таким образом, частота гетерозигот может быть большой у бесполых. популяции, даже если количество обнаруженных генотипов невелико, особенно потому, что многие апогамные или агамоспермные растения являются производными из продуктов гибридизации (8, 11, 33). Агамоспермный Crepis в западной части Северной Америки, например, представляют собой полиплоиды. получен в результате гибридизации между разными парами из семи узко распределенные диплоидные предшественники (9), а местные популяции состоят из относительно небольшого количества генотипов.Более того, большая часть генетического разнообразия в весь набор агамоспермных видов, которые факультативно половой, скорее объясняется множественным происхождением, чем половым рекомбинация (34, 35).
Хотя в асексуальных популяциях практически гарантировано много меньше генотипов, чем половые популяции с аналогичным аллелем частоты, количество генотипов в популяции все еще может быть довольно большой. Исследования аллозимов выявили от 15 до 47 клонов в популяции солончака Spartina patens на восточное побережье Северной Америки (36) и 13–15 клонов ромашки Erigeron annuus (37).Когда количество генотипов на популяция большая, однако большинство генотипов встречается только в одном населения, и лишь немногие из них встречаются более чем в двух или трех популяции (38). Когда количество генотипов на популяцию невелико, Как это часто бывает с сельскохозяйственными сорняками, каждая из них может быть довольно широко распространенной. Более 300 различных форм каркасной проволочной травы, Chondrilla juncea , встречаются в Евразии и Средиземноморье, но не встречаются. широко распространенный. В Австралии, однако, встречаются только три формы, но каждая широко распространен и является серьезным сельскохозяйственным вредителем (39, 40).
Помимо эффектов на вариабельность в отдельных локусах, самоопыление а асексуальность может снизить способность населения реагировать на изменение окружающей среды посредством естественного отбора, потому что они уменьшают количество генетической изменчивости в популяциях. Раскрывая рецессивный аллели отбора, самоопыление может способствовать потере текущего вредные аллели, которые были бы адаптивно полезны в других среды. Фактически, эгоисты могут поддерживать всего лишь одну четверть наследственные ауткроссеры вариаций сохранят в популяции сопоставимый размер (41).Кроме того, предотвращая обмен генами между семейное происхождение, самоопыление и бесполое население уменьшают разнообразие генотипов, на которые может воздействовать естественный отбор. Фактически доля вариации, вызванная различиями между людьми в пределах ожидается, что семья будет сокращаться почти линейно в зависимости от скорость самоопыления в популяциях. В полностью самоопыляющихся популяциях практически все генетические различия — это различия между материнскими семьи. У ауткроссинговых популяций генетические различия внутри Ожидается, что количество материнских семей будет почти таким же большим, как и материнские семьи (17).Следовательно, как у самоопыляющихся, так и у бесполых видов генетическая структура их популяций может ограничивать их способность к адаптивно реагируют на естественный отбор. Потому что причины этого ограничение одинаково для обоих типов однопородного воспроизводства, оно его удобно называть однопородным ограничением.
Эмпирический анализ фенотипической изменчивости согласуется с паттерны изменчивости, предсказываемые однопородыми ограничениями в бесполых популяций (38), но в меньшей степени в популяциях селферов.Сравнения близкородственные ауткроссеры и селферы в Phlox , для Например, выяснилось, что ауткроссеры имели больше вариантов среди семей в 11 на 20 морфологических признаков, чем у селферов (42), хотя анализ не проводить различия между генетическим воздействием и воздействием окружающей среды на морфологические различия. Похожее исследование в Коллинзии гетерофилла (Scrophulariaceae), однако, по оценкам генетических компоненты дисперсии и не обнаружено никакой связи между генетически оценочные показатели самоопыления в популяциях и разделение генетическая изменчивость внутри и между семьями (43).
Помимо снижения способности населения реагировать на изменение окружающей среды посредством естественного отбора, как самоопыления, так и асексуальности также уменьшить эффективный размер популяции (44). Как результат, вредные аллели, у которых будет мало шансов дрейфовать фиксация в ауткроссинговой популяции может быть нейтральной в одном это в основном или полностью самоопыляющееся. Если такой аллель фиксируется, и если это также снижает репродуктивный потенциал населения, население станет меньше, что позволит аллели, которые еще более опасны для фиксации.Этот автокаталитический процесс, «мутационный расплав», может привести к вымирание населения, и сделать это намного легче при полном самоопыляющиеся или асексуальные популяции, чем у ауткроссинговых популяций (45, 46). Это однако оказывается, что небольшое количество ауткроссинга в основном самоопыляющиеся виды могут значительно замедлить скорость, с которой происходит.
Гипотезы об ограничении одного родителя и о мутационном крахе важный прогноз: обязательное самоопыление или обязательное бесполое родословная будет более недолговечной, чем другие сопоставимые половые ауткроссинг по происхождению.К сожалению, филогенетический анализ Распространение самоопыления и асексуальности у растений слишком мало, чтобы позволить нам, чтобы оценить это предсказание напрямую. Однако это ботанический обычным явлением, что самоопыляющиеся виды часто являются производными от скрещивания прародители (см. обсуждение селферов в Arenaria и Linanthus ниже, например). Потому что деривативы должны быть моложе своих предков, средний возраст самоопыляющихся видов составляет вероятно, меньше, чем у ауткроссинговых видов, что позволяет предположить, что селферы также более недолговечны.
Эволюция репродуктивных систем
Объяснение разнообразия репродуктивных систем в цветущие растения с точки зрения компромисса между краткосрочными адаптивными выгода и долгосрочная гибкость были привлекательными отчасти потому, что они подчеркнули синергетическую роль репродуктивных систем у растений. эволюция. Из-за их влияния на количество и распределение генетическая изменчивость внутри популяций и между ними, репродуктивные системы может сыграть важную роль в определении характера и степени реакция населения на естественный отбор по многим другим признакам.Как мы только что видели, как облигатные селферы, так и обязательные асексуалы ожидается меньшая генетическая изменчивость и накопление вредные мутации быстрее, чем половые ауткроссеры, которые могут ограничивают их способность адаптивно реагировать на изменение окружающей среды. Как В результате мы ожидаем, что самоопыляющиеся и бесполые линии растений будут относительно недолговечный. Тем не менее, как эгоисты, так и асексуалы неоднократно развивались, и очень важно, чтобы мы понимали обстоятельства, при которых они возникли.
Неспособность распознать частоту, с которой происходит самооплодотворение. эволюционировала, в частности, привела ко многим таксономическим ошибкам. В Arenaria (Caryophyllaceae), например, A. alabamensis является самоопыляющимся производным A. uniflora и популяция A. alabamensis в Грузии. независимо происходят от тех, что в Северной и Южной Каролине. Поскольку цветочные элементы, которые отличают A. alabamensis от А.uniflora получены конвергентно, оба набора Популяции теперь включены в состав A. uniflora (47). Linanthus sect. Лептосифон обеспечивает еще больше Яркий пример (рис. 2). Самооплодотворение развивалось независимо как минимум три раза в эта группа из 10 таксонов и один таксон самоопыления ( Linanthus bicolor ) имеет три разных происхождения (48).
Рисунок 2Филогения Linanthus sect. Лептосифон на основе 450 п.н. из внутреннего транскрибируемого спейсера ядерного рДНК (перерисовано из ссылки 48). Заштрихованные ветви показывают родословные, где самооплодотворение развилось. Linanthus bicolor появляется в жирный, курсив.
Несмотря на возможное влияние самооплодотворения на о долговременной устойчивости популяций мы знаем уже более 35 лет, что самооплодотворение «может развиваться только благодаря селективное преимущество перед оплодотворением »(4).Более того, есть только два типа преимуществ, которые может дать самооплодотворение. Оно может увеличить репродуктивный успех при недостатке опылителей или неэффективности перенос пыльцы ограничивает репродуктивный успех (репродуктивная гарантия), или он может увеличить успех в качестве родителя пыльцы, если пыльца посвящена самоопыление с большей вероятностью приведет к оплодотворению, чем выделение пыльцы на ауткроссинг (автоматический выбор) (49). К сожалению, мы не тем не менее, он способен предсказать, когда самоопыление обеспечит репродуктивную гарантия или преимущество автоматического выбора.
В Aquilegia formosa (Ranunculaceae), например, исключение опылителей не влияет на завязку семян, что позволяет предположить, что особи способны к самоопылению, чтобы обеспечить завязку семян. Рука опыления увеличивают завязку семян по сравнению с контролем с открытым опылением, предполагая, что перенос пыльцы ограничивает репродуктивный успех. Тем не менее, открытоопыляемые, выхолощенные цветы дают столько же семян, сколько и Открытоопыляемые, необработанные цветы, демонстрирующие, что самоопыление дает мало репродуктивной гарантии вида где как способность к автономному самоопылению, так и существует набор семян с ограниченным количеством пыльцы (50).
Преимущество автоматического выбора самоопыления, в первую очередь по Фишеру (51), может возникнуть из-за того, что в стабильной популяции особи, вышедшие из скрещивания, в среднем служат родительскими яйцеклетками для одного член следующего поколения и как родитель пыльцы друг для друга. А самоопыляющийся индивид в одной и той же популяции, однако, будет служить обоими семяпочка и пыльца — родитель для своего собственного потомства и в качестве родительской пыльцы одному выведенному потомству другой особи в популяции.Таким образом, аллель, способствующий самооплодотворению, имеет передачу 3: 2. преимущество по сравнению с продвижением ауткроссинга. Так что аллели продвигают ожидается, что самооплодотворение будет распространяться, если самооплодотворенное потомство не пострадает компенсирующий недостаток в выживании или воспроизводстве. Фишера аргумент предполагает, что морфологические изменения, способствующие самооплодотворение не умаляет способности самого себя служить ауткроссинг родительской пыльцы. Степень, в которой самоопыление снижает индивидуальный вклад в пул внешней пыльцы упоминается как дисконтирование пыльцы (52).
Было сделано относительно мало попыток измерить количество пыльцы. дисконтирование в популяциях растений. В одном эксперименте в Eichhornia paniculata (Pontederiaceae) (53) и еще один в Ipomoea purpurea (Convolvulaceae) (54) на самом деле были больше успешнее как ауткроссинговые родители пыльцы, чем ауткроссеры. В наблюдениях происходит из природных популяций Mimulus (Scrophulariaceae) (55), селферы не вносили никакой пыльцы в бассейн пыльцы ауткросса.Поскольку селферы были морфологически сильно отличается от ауткроссеров в Mimulus и многих других меньше у E. paniculata и I. purpurea , это может будь то различия в степени дисконтирования пыльцы связаны с различия в морфологии цветков. Это соответствовало бы наблюдение, что движение опылителей внутри многоцветковых флюоресценции привели к наблюдаемым различиям в степени пыльцы дисконтирование в других экспериментах на E.метельчатая (56).
Так же, как силы, способствующие развитию самооплодотворения, репродуктивная гарантия и автоматический отбор хорошо известны, а также это основная сила, противодействующая его распространению, инбридинговой депрессии. Томас Найт указал более 200 лет назад, что самоопределившееся потомство огородный горох менее сильнорослый и плодородный, чем потомство от скрещивания (57). Влияние инбридинговой депрессии на эволюцию Однако самооплодотворение сложнее, чем можно было ожидать.Судьба варианта, вызывающего увеличение скорости самоопыления зависит не только от степени инбридинговой депрессии, но и от генетическая основа инбридинговой депрессии и масштаб различие в скорости самоопыления, которое вызывает этот вариант (см. ссылку 58 для подробный обзор). Сложность возникает из-за того, что разные семьи линии в популяции могут демонстрировать разную степень инбридинговая депрессия. Поскольку отбор по семейным линиям — это важный компонент естественного отбора при частичном самооплодотворении популяции (см. выше), инбредные семьи (с высокой частотой аллелей, способствующих самооплодотворению) может иметь меньшее инбридинг депрессия, чем в менее инбредных семьях.Если степень ассоциации между семейной депрессией инбридинга и системой спаривания сильна достаточно, варианты самоопыления могут распространяться даже при высокой численности населения инбридинговая депрессия (59).
Степень связи между генетическими вариантами, влияющими на Система спаривания и уровни инбридинговой депрессии в естественных населения не известно. Если геномная скорость мутаций до рецессивной или почти рецессивная летальность достаточно высока, уровни инбридинга депрессии относительно нечувствительны к самооценке (60), что заставляют даже семьи, которые существенно различаются по уровню самоопыления, имеют аналогичный уровень инбридинговой депрессии.Отношение между внутрипопуляционные различия в системе спаривания и инбридинговая депрессия также может быть слабым, если различия в системе спаривания являются полигенными контролируемые (61). Результаты экспериментов неоднозначны. В г. Лобелия siphilitica (Campanulaceae) нет различий в инбридинге депрессия может быть обнаружена между самками, которые должны перекрещиваться, и гермафродиты, которые в некоторой степени себя чувствуют (62), тогда как в г. Гилия Ahilleifolia (Polemoniaceae) особи с пыльниками и рыльцами хорошо разделены (больше ауткроссинга) имеют большее количество инбридингов депрессия, чем те, при которых пыльники и рыльца не в порядке разделены (больше самоопыления) (63).
Идеи об эволюции агамоспермии и апогамии у растений имеют тенденцию сосредоточиться на генетических последствиях агамоспермии и механизмах который может возникнуть (5). У цветковых растений, например, агамоспермальное размножение в результате бесполого развития гаметофитная ткань почти всегда связана с полиплоидией. Уиттон (34) предполагает, что эта корреляция возникает из-за того же процесс, образование нередуцированных женских гаметофитов, способствует как к агамоспермальному размножению и происхождению полиплоидов.Несмотря на то что эти аргументы могут пролить свет на эволюционные корреляты агамоспермии, они не проливают света на процесс, посредством которого генетический вариант, способствующий агамоспермии, может утвердиться в населения. К счастью, легко построить аргументы, параллельные те для автоматического выбора преимущество самоопыления для показать, почему бесполые растения могут обладать аналогичным преимуществом в популяция ауткроссеров-гермафродитов.
В стабильной популяции гермафродитов каждый ауткроссер заменяет сам по себе, служа один раз в качестве родителя семян и один раз в качестве родителя пыльцы для открещенное потомство другой особи.Предположим генетический вариант вызывающий полную агамоспермию, заносится в эту популяцию и что этот вариант не влияет на производство пыльцы у особей неся это. Тогда агамоспермная особь заменит себя на агамоспермное семя, но оно также будет служить родительской пыльцой для открещенное потомство от половых особей. Короче говоря, некоторые из семян потомство полов будет нести генетический вариант, вызывающий агамоспермию и сами будут агамоспермными, тогда как все семенное потомство агамоспермов также будут агамоспермными.Таким образом, агамоспермия имеет преимущество автоматического выбора перед ауткроссингом, и это будет иметь тенденцию распространяться через популяции, если агамоспермы не имеют компенсирующего недостаток в выживании и воспроизводстве по сравнению с ауткроссерами. я не осведомлен об исследованиях, изучающих степень автоматического Преимущество отбора агамоспермов может иметь в естественных популяциях.
Стоимость секса
Математический анализ моделей развития и поддержания полового размножения предполагают, что асексуалы могут быть одобрены либо потому что они избегают «затрат на мужчин» или потому, что они избегают «Стоимость мейоза» (64, 65).Стоимость самцов возникает из-за того, что количество самок в популяции чаще ограничивает скорость рост населения, чем количество мужчин, следствие Бейтмана принцип (66). В результате бесполое население, полностью состоящее из самки могут иметь более высокую внутреннюю скорость прироста и, следовательно, вытеснить эквивалентную половую популяцию отдельными полами. Однако у гермафродитов цена на самцов будет существовать только тогда, когда вегетативное размножение позволяет людям производить больше потомства на единицу ресурса, чем воспроизводство семенами (67) или когда селферы или агамоспермы способны перенаправлять ресурсы от пыльцы к семенам производство (68).
Преимущество автоматического отбора селферов и агамоспермов часто бывает относят к стоимости мейоза. Более тщательный анализ сходства между эволюцией самоопыления и эволюцией агамоспермия предполагает, что стоимость мейоза не является подходящим описанием для силы, управляющие любым процессом. Фраза стоимость мейоза означает к идее, что генетический коэффициент родства между особи и их потомство от скрещивания меньше, чем коэффициент родства будет между теми же людьми и их эгоистичное или бесполое потомство.Обратите внимание, однако, что в В популяции полных самосемян агамосперм не имел бы преимущество автоматического отбора перед селферами, потому что пыльца это производит не оплодотворяет семяпочки. Бесполое потомство агамосперм генетически идентичны своему родителю (за исключением редких соматическая мутация) и самооправдавшееся потомство самообороны генетически варьируется в зависимости от степени сегрегации в гетерозиготных локусах. Таким образом, бесполое потомство агамосперма более тесно связано с их родитель, чем половое потомство самоотверженного.Тем не менее, относительная приспособленность потомства самообогащенных и агамоспермных будет определять результат естественного отбора, а не степень самоопыления или агамоспермное потомство напоминает своих родителей.
Эти наблюдения предполагают, что стоимость ауткроссинга — более подходящее выражение. описать преимущества автоматического выбора селферов и агамоспермы относительно половых ауткроссеров. Стоимость ауткроссинга возникает потому, что селферы и агамоспермы могут служить в качестве родителей пыльцы потомство, произведенное ауткроссерами, но ауткроссеры предотвращены от того, чтобы служить в качестве родителей пыльцы для самооправданного потомства эгоистов и бесполое потомство агамоспермов.Пока пыльца, посвященная самоопылению, остается с большей вероятностью осуществит оплодотворение, чем пыльца, посвященная ауткроссинг (49) и до тех пор, пока агамоспермы могут служить пыльцой родителей для потомков вне скрещивания других особей, самоопыления и агамоспермия будет чрезмерно представлена во вновь образованном потомстве следующее поколение. Если только естественный отбор против самоопыления или потомство агамосемянных растений достаточно сильное, затраты на ауткроссинг приведет к снижению частоты ауткроссеров.
Выводы
Прямые генетические последствия самооплодотворения и бесполого размножения бывают совсем разные. Самооплодотворение заставляет потомство быть гетерозиготными в среднем только по половине локусов, по сравнению с их родители, и высокоэгоистичные популяции состоят в основном из гомозиотные генотипы. Однако бесполое размножение приводит к появлению потомства. генетически идентичны своим родителям, за исключением соматических мутации, и поэтому бесполые популяции могут быть очень гетерозиготными.Поскольку самооплодотворение и бесполое размножение предотвращают обмен генетическим материалом между семейными линиями, однако количество генотипов, обнаруженных в популяциях преобладающих селферов или облигатных асексуалов обычно намного меньше, чем в популяции половые ауткроссеры с одинаковыми частотами аллелей. Для аналогичных причин, опросы неоднократно показывали, что большая часть генетическое разнообразие, обнаруженное у самоопыляющихся или бесполых видов, является результатом различия между популяциями, чем среди сексуальных ауткроссеров (24–26, 69).Короче говоря, большое разнообразие репродуктивных систем, демонстрируемых сосудистые растения сочетаются с аналогичным разнообразием генетических структур внутри и среди своего населения. Действительно, разнообразие репродуктивные системы могут быть преобладающей причиной разнообразия в генетическая структура.
Различия в генетической структуре, связанные с различиями в репродуктивные системы когда-то обычно назывались эволюционными силами определяющие их происхождение (3, 70, 71). Хотя такие отличия могут помочь нам, чтобы понять, почему одни родословные сохраняются и диверсифицируются, а другие — нет. нет, теперь мы понимаем, что для понимания происхождения альтернативы репродуктивных систем, мы должны искать выгоды и связанные с этим затраты с индивидуальным выживанием и воспроизводством.Более того, сравнение самооплодотворение и агамоспермия показывает, что наиболее важные Гермафродитные организмы различаются между монородителями и двуродительские формы размножения. Однородительское размножение, будь то посредством самоопыления, агамоспермии или апогамии исключает сексуальных ауткроссеров от вклада в какое-то потомство, которое сформирует следующее поколение. Если селферы, агамоспермы или апогамы могут способствовать некоторым полового потомства, генотипы, способствующие этому способу воспроизводства, будут чрезмерно представлены в следующем поколении, что отражает стоимость ауткроссинг.
К сегрегационной стоимости ауткроссинга можно добавить еще: селферы, агамоспермы, а апогамы способны давать потомство даже при условия, препятствующие объединению гамет, производимых разными частные лица. Преимущества этой репродуктивной гарантии кажутся такими очевидно, что удивительно, как мало экспериментальных исследований было проведено сделано, чтобы задокументировать это, и насколько неоднозначны их результаты (50). Когда растения, воспроизводящие однопородные растения, получают репродуктивную гарантию или чрезмерно представлены в следующем поколении в результате пожертвований гамет в потомство других особей, они в конечном итоге заменит половых ауткроссеров в популяции, если потомство сексуальных ауткроссеров имеют значительно больше шансов выжить и воспроизвести.Таким образом, относительная приспособленность разных типов людей конкурируют в популяции и частота, с которой разные типы сформированы, определит, сохранятся ли ауткроссеры в краткосрочной перспективе или заменены эгоистами или асексуалами.
Однако в долгосрочной перспективе различия в способностях ауткроссеров, эгоисты и асексуалы, чтобы реагировать на изменения окружающей среды и сопротивляться накопление вредных аллелей может вызвать клоны с разными репродуктивные системы сохраняются в течение разного времени.В меньшее количество генотипов в популяциях с высоким уровнем самоопыления и асексуальности может снизить эффективность естественного отбора, ограничивая способность своего населения адаптивно реагировать на изменяющаяся среда — одностороннее ограничение. Кроме того, весьма Популяция самоопыления имеет эффективный размер примерно вдвое меньше, чем у ауткроссера с таким же количеством особей (44) и их размером также имеет тенденцию быть более изменчивым (23). И селфи, и асексуалы, следовательно, с большей вероятностью накапливают вредные мутации, чем сексуальные ауткроссеры, и эти мутации могут уменьшить их репродуктивной способности и способствуют их раннему исчезновению через мутационный крах (45, 46).
Таким образом, в этом смысле Стеббинс (3), Грант (70) и Бейкер (71) были правы, утверждая, что эгоистам и асексуалам не хватает долгосрочного гибкость, характерная для сексуальных ауткроссеров. Действительно, это отсутствие гибкость может объяснить, почему эгоисты и асексуалы часто возникают от ауткроссинговых предков, но часто кажется, что эволюционно недолговечный. Если мы хотим иметь полное представление о широкомасштабные закономерности эволюции растений, поэтому мы должны начать для исследования взаимоотношений репродуктивных систем, скорости видообразования и скорости исчезновения, и мы должны начать понимать причины взаимоотношений, которые мы находим.
Благодарности
Два анонимных рецензента внесли предложения по более ранней версии этот документ, который привел к существенным улучшениям. Грег Андерсон, Джанин Каира, Синди Джонс и участники обсуждения систем спаривания растений группа из Университета Коннектикута также прочитала более ранний черновик этот документ, и я признателен им за их полезные предложения.
Сноски
↵ * Электронная почта: kent {at} darwin.eeb.uconn.edu.
Эта статья была представлена в Национальной академии наук. коллоквиум «Изменчивость и эволюция растений и микроорганизмов: К новому синтезу через 50 лет после Стеббинса », состоявшаяся в январе. 27–29, 2000 г., в Центре Арнольда и Мейбл Бекман в Ирвине, Калифорния.
- Copyright © 2000, Национальная академия наук
43: Размножение и развитие животных
- Последнее обновление
- Сохранить как PDF
- Авторы и авторство
Воспроизведение животных необходимо для выживания вида.В животном мире существует бесчисленное множество способов размножения видов. Бесполое размножение производит генетически идентичные организмы (клоны), тогда как при половом размножении генетический материал двух особей объединяется, чтобы произвести потомство, которое генетически отличается от своих родителей.
- 43.0: Прелюдия к воспроизводству и развитию животных
- Во время полового размножения мужская гамета (сперма) может быть помещена внутрь тела самки для внутреннего оплодотворения, либо сперма и яйцеклетки могут быть выпущены в окружающую среду для внешнего оплодотворения.Морские коньки являются примером последнего. После брачного танца самка откладывает яйца в брюшной мешок самца морского конька, где они оплодотворяются. Яйца вылупляются, и потомство в течение нескольких недель развивается в сумке.
- 43.1: Способы размножения
- Во время полового размножения генетический материал двух особей комбинируется, чтобы произвести генетически различное потомство, которое отличается от своих родителей. Считается, что генетическое разнообразие потомства, произведенного половым путем, дает видам больше шансов на выживание в непредсказуемой или меняющейся среде.Виды, которые размножаются половым путем, должны поддерживать два разных типа особей, самцов и самок, что может ограничивать способность колонизировать новые среды обитания, поскольку должны присутствовать оба пола.
- 43.2: Оплодотворение
- Половое размножение начинается с комбинации спермы и яйцеклетки в процессе, называемом оплодотворением. Это может происходить как внутри (внутреннее оплодотворение), так и вне (внешнее оплодотворение) тела самки. Люди являются примером первого, а размножение морских коньков — вторым.
- 43.3: Репродуктивная анатомия и гаметогенез человека
- По мере того, как животные становились все более сложными, развивались определенные органы и системы органов для поддержки определенных функций организма. Репродуктивные структуры, которые развились у наземных животных, позволяют самцам и самкам спариваться, оплодотворять внутренне и поддерживать рост и развитие потомства.
- 43.4: Гормональный контроль репродукции человека
- Репродуктивные циклы мужчин и женщин контролируются взаимодействием гормонов гипоталамуса и передней доли гипофиза с гормонами репродуктивных тканей и органов.У обоих полов гипоталамус контролирует и вызывает выброс гормонов из гипофиза. Когда требуется репродуктивный гормон, гипоталамус отправляет гонадотропин-рилизинг-гормон (ГнРГ) в переднюю долю гипофиза.
- 43,5: Беременность и роды человека
- Беременность начинается с оплодотворения яйцеклетки и продолжается до рождения человека. Продолжительность беременности у разных животных разная, но очень похожа у человекообразных обезьян: беременность человека составляет 266 дней, у шимпанзе — 237 дней, у гориллы — 257 дней, а у орангутана — 260 дней.Беременность у лисы 57 дней. У собак и кошек примерно 60 дней беременности.
- 43.6: Оплодотворение и раннее эмбриональное развитие
- Процесс, в котором организм развивается из одноклеточной зиготы в многоклеточный организм, сложен и хорошо регулируется. Ранние стадии эмбрионального развития также имеют решающее значение для обеспечения физической формы организма.
- 43.7: Органогенез и образование позвоночных
- Гаструляция приводит к образованию трех зародышевых листков, которые в процессе дальнейшего развития дают начало различным органам тела животного.Этот процесс называется органогенезом. Органогенез характеризуется быстрыми и точными движениями клеток внутри эмбриона.
- 43.E: Размножение и развитие животных (упражнения)
Миниатюра: вид плода в утробе матери, фрагмент. (Общественное достояние; Леонардо да Винчи через Wikimedia Commons)
Авторы и авторство
Конни Рай (Общественный колледж Восточного Миссисипи), Роберт Уайз (Университет Висконсина, Ошкош), Владимир Юруковский (Общественный колледж округа Саффолк), Жан ДеСе (Университет Северной Каролины в Чапел-Хилл), Джанг Чой (Технологический институт Джорджии) ), Яэль Ависсар (Колледж Род-Айленда) среди других авторов.Исходный контент OpenStax (CC BY 4.0; бесплатно можно загрузить с http://cnx.org/contents/185cbf87-c72…[email protected]).
Развитие многоклеточных организмов — Молекулярная биология клетки
Животное или растение начинает свою жизнь как единственная клетка — оплодотворенная яйцеклетка. Во время развития эта клетка многократно делится, чтобы произвести множество различных клеток в окончательном образце впечатляющей сложности и точности. В конечном итоге закономерность определяет геном, и загадка биологии развития состоит в том, чтобы понять, как он это делает.
Обычно геном каждой клетки идентичен; клетки различаются не потому, что они содержат разную генетическую информацию, а потому, что они экспрессируют разные наборы генов. Эта селективная экспрессия гена контролирует четыре основных процесса, с помощью которых строится эмбрион: (1) пролиферация клеток , , продуцирование множества клеток из одной, (2) специализация клеток , создание клеток с разными характеристиками в разных положениях, (3) клеточных взаимодействий, координирует поведение одной клетки с поведением ее соседей и (4) движение клеток, перестраивает клетки с образованием структурированных тканей и органов ().
Рисунок 21-1
Четыре основных процесса, с помощью которых создается многоклеточный организм: пролиферация клеток, специализация клеток, взаимодействие клеток и перемещение клеток.
В развивающемся эмбрионе все эти процессы происходят одновременно, калейдоскопически разнообразными способами в разных частях организма. Чтобы понять основные стратегии развития, мы должны сузить круг наших интересов. В частности, мы должны понимать ход событий с точки зрения отдельной клетки и того, как в ней действует геном.Нет командира, стоящего над схваткой, чтобы руководить войсками; каждая из миллионов клеток эмбриона должна принимать собственные решения в соответствии со своей копией генетических инструкций и своими собственными конкретными обстоятельствами.
Сложность животных и растений зависит от замечательной особенности системы генетического контроля. Клетки обладают памятью: гены, экспрессируемые клеткой, и то, как она себя ведет, зависят от прошлого клетки, а также от ее настоящего окружения. Клетки вашего тела — мышечные клетки, нейроны, клетки кожи, клетки кишечника и т. Д. — сохраняют свои специализированные характеристики не потому, что они постоянно получают одни и те же инструкции из своего окружения, а потому, что они сохраняют запись сигналов своих предки получили в раннем эмбриональном развитии.Молекулярные механизмы клеточной памяти были описаны в главе 7. В этой главе мы познакомимся с их последствиями.
- Универсальные механизмы развития животных
- Caenorhabditis elegans: развитие с точки зрения индивидуальной клетки
- Дрозофила и молекулярная генетика формирования паттерна: генезис плана тела
- Гены гомеотических селекторов и формирование паттерна переднезадней оси
- Органогенез и формирование паттерна придатков
- Движения клеток и формирование тела позвоночных
- Мышь
- Развитие нервной системы
- Развитие растений
Untitled Document
Untitled DocumentРепродукция
Живые существа способны воспроизводить самих себя.Если организмы этого не делают, популяции будут уменьшаться и исчезать по мере того, как их члены умирают от старости, болезней, несчастные случаи, хищничество и т. д. Это фундаментальный закон биологии, что живые существа может производиться только другими живыми существами; каждый живой организм обязан своим существование к репродуктивной деятельности других организмов.
Это противоречит ошибочным представлениям о спонтанном зарождении, которые некоторые люди держались в прошлом. Представление о том, что тараканы образовались из крошки на полу пекарни, эта плесень образовалась из гниющего хлеба и гниющие мешки с зерном, превратившиеся в мышей, — примеры того, как спонтанно поколение считалось эксплуатируемым.Сегодня эти идеи дискредитированы, но они до сих пор часто служат стимулом для создания драматических произведений художественной литературы!
Есть два основных типа воспроизведения:
| Бесполое размножение | Бесполое размножение не предполагает обмена генетический материал, но это простая репликация для производства новый организм. Организмы, произведенные таким образом, мало или нет генетических отклонений от родительского организма и являются называется клонов .Растения, растущие из клубней или луковиц такие как картофель и нарциссы демонстрируют бесполое размножение. |
| Половое размножение | Половое размножение включает сочетание генетический материал от двух родительских организмов. Потомство от полового размножения обычно демонстрирует некоторые из характеристики обоих родителей. Половое размножение гарантирует, что существует высокая степень изменчивости внутри популяций.Родительские организмы дают начало репродуктивным клеткам. называется гамет . Они образованы особым типом деления клеток называют мейозом . Клетки произведены таким образом имеет половину нормального количества генетического материала. Когда гамета одного из родителей сливается с гаметой другая, получившаяся единственная ячейка (называемая зиготой ) имеет полный набор генетического материала, половина от одного родителя и наполовину от другого. |
Содержание
Питание
Движение, рост
Дыхание
Чувствительность, выделение
Самооценка
При бесполом размножении особь может воспроизводить потомство без участия другого особи того же вида. Деление бактериальной клетки на две дочерние клетки — пример бесполого размножения. Однако бесполое размножение не ограничивается одноклеточными организмами. Большинство растений обладают способностью к бесполому размножению. Половое размножение требует участия двух особей, обычно по одному каждого пола. Нормальное размножение человека — типичный пример полового размножения. Рекомендуемые дополнительные знанияБесполое размножение
Бесполое размножение — это биологический процесс, с помощью которого организм создает генетически подобную или идентичную копию самого себя без передачи генетического материала от другого человека.Бактерии делятся бесполым путем посредством бинарного деления; вирусы берут под контроль клетки-хозяева, чтобы производить больше вирусов; Гидры (беспозвоночные отряда Hydroida ) и дрожжи способны размножаться почкованием. У этих организмов нет разных полов, и они способны «расщепляться» на двух и более особей. Некоторые «бесполые» виды, такие как гидра и медузы, также могут размножаться половым путем. Например, большинство растений способны к вегетативному размножению — размножению без семян и спор — но также могут размножаться половым путем.Точно так же бактерии могут обмениваться генетической информацией путем конъюгации. Другие способы бесполого размножения включают партогенез, фрагментацию и образование спор, которое включает только митоз. Партеногенез (от греческого παρθένος parthenos, «девственница», + γένεσις генезис, «сотворение») — это рост и развитие зародыша или семени без оплодотворения самцом. Партеногенез происходит естественным образом у некоторых видов, включая низшие растения, беспозвоночных (например, водяных блох, тлей, некоторых пчел и паразитических ос) и позвоночных (например, водяных блох, тлей, некоторых пчел и ос-паразитов).грамм. некоторые рептилии, [1] рыба, и, очень редко, птицы [2] и акулы [3] ). Иногда он также используется для описания способов размножения у видов-гермафродитов, которые могут самооплодотворяться. Половое размножение
Половое размножение — это биологический процесс, посредством которого организмы создают потомков, в которых используется комбинация генетического материала, полученного от двух (обычно) разных представителей вида.Каждый из двух родительских организмов вносит половину генетического состава потомства, создавая гаплоидные гаметы. Большинство организмов образуют два разных типа гамет. У этих анизогамных видов два пола упоминаются как мужские (производящие сперму или микроспоры) и женские (производящие яйцеклетки или мегаспоры). В изогамных видах гаметы похожи или идентичны по форме, но могут иметь отдельные свойства, и тогда им могут быть даны другие разные имена.Например, у зеленой водоросли Chlamydomonas reinhardtii имеются так называемые «плюсовые» и «минусовые» гаметы. Некоторые типы организмов, например инфузории, имеют более двух видов гамет. Большинство животных (включая человека) и растений размножаются половым путем. У организмов, размножающихся половым путем, есть два набора генов для каждого признака (называемых аллелями). Потомство наследует по одному аллелю для каждого признака от каждого родителя, тем самым гарантируя, что потомство будет иметь комбинацию генов родителей.Наличие двух копий каждого гена, только одна из которых экспрессируется, позволяет замаскировать вредные аллели, что, как считается, привело к эволюционному развитию диплоидии (Отто и Гольдштейн). АллогамияАллогамия — это термин, используемый в области биологического воспроизводства, описывающий оплодотворение яйцеклетки одного человека сперматозоидами другого. АвтогамияСамооплодотворение (также известное как автогамия) происходит у гермафродитных организмов, где две гаметы, слитые при оплодотворении, происходят от одного и того же человека.Они связаны, и все клетки сливаются, образуя одну новую гамету. Митоз и мейозМитоз и мейоз — неотъемлемая часть деления клеток. Митоз возникает в соматических клетках, а мейоз — в гаметах. Митоз Результирующее количество клеток в митозе вдвое превышает количество исходных клеток. Число хромосом в дочерних клетках такое же, как и в родительской клетке. Репродуктивные стратегииСуществует широкий спектр репродуктивных стратегий, используемых разными видами. Некоторые животные, такие как человек и северный олуш, не достигают половой зрелости в течение многих лет после рождения и даже после этого производят мало потомства.Другие быстро размножаются; но при нормальных обстоятельствах большинство потомков не доживают до взрослой жизни. Например, кролик (созревший через 8 месяцев) может производить 10–30 потомков в год, а плодовая мушка (созревшая через 10–14 дней) может производить до 900 потомков в год. Эти две основные стратегии известны как K-отбор (мало потомков) и r-отбор (много потомков). Какая стратегия предпочтительна для эволюции, зависит от множества обстоятельств. Животные, у которых мало потомства, могут тратить больше ресурсов на воспитание и защиту каждого отдельного потомства, тем самым уменьшая потребность в большом количестве потомства.С другой стороны, животные с большим количеством потомков могут тратить меньше ресурсов на каждое отдельное потомство; для этих типов животных многие потомки обычно умирают вскоре после рождения, но обычно выживает достаточное количество особей, чтобы поддерживать популяцию. Другие типы репродуктивных стратегийПолициклические животные воспроизводятся с перерывами на протяжении всей своей жизни. Семелепестковые организмы воспроизводятся только один раз в своей жизни, например, однолетние растения.Часто они погибают вскоре после размножения. Это характеристика r-стратегов. Итеропарные организмы производят потомство в последовательных (например, годовых или сезонных) циклах, например, многолетние растения. Итеропородящие животные выживают в течение нескольких сезонов (или периодических изменений условий). Это характеристика К-стратегов. Бесполое и половое размножениеКоличество организмов, размножающихся бесполым путем, увеличивается в геометрической прогрессии.Однако, поскольку они полагаются на мутации для изменения своей ДНК, все представители этого вида имеют схожие уязвимости. Организмы, которые размножаются половым путем, дают меньшее количество потомков, но большое количество вариаций в их генах делает их менее восприимчивыми к болезням. Многие организмы могут размножаться как половым, так и бесполым путем. Примерами могут служить тля, слизистые плесени, актинии, некоторые виды морских звезд (путем фрагментации) и многие растения. Когда факторы окружающей среды благоприятны, бесполое размножение используется для использования подходящих условий для выживания, таких как изобилие пищи, адекватное жилье, благоприятный климат, болезни, оптимальный pH или правильное сочетание других требований к образу жизни.Популяции этих организмов экспоненциально увеличиваются за счет стратегий бесполого размножения, чтобы в полной мере использовать богатые ресурсы снабжения. Когда источники пищи истощаются, климат становится враждебным или индивидуальное выживание оказывается под угрозой из-за некоторых других неблагоприятных изменений в условиях жизни, эти организмы переключаются на половые формы воспроизводства. Половое размножение обеспечивает смешение генофонда видов. Изменения, обнаруженные у потомства при половом размножении, позволяют некоторым особям лучше приспособиться к выживанию и обеспечивают механизм селективной адаптации.Кроме того, половое размножение обычно приводит к формированию стадии жизни, способной выдержать условия, угрожающие потомству бесполого родителя. Таким образом, семена, споры, яйца, куколки, цисты или другие «зимующие» стадии полового размножения обеспечивают выживание в неблагоприятные времена, и организм может «переждать» неблагоприятные ситуации, пока не произойдет возврат к пригодности. Жизнь без репродукцииСуществование жизни без воспроизводства является предметом некоторых предположений.Биологическое исследование того, как происхождение жизни привело от невоспроизводящихся элементов к воспроизводящим организмам, называется абиогенезом. Независимо от того, произошло ли несколько независимых абиогенетических событий, биологи считают, что последний универсальный предок всей нынешней жизни на Земле жил около 3,5 миллиардов лет назад. Сегодня некоторые ученые высказывают предположения о возможности создания жизни без репродуктивного характера в лаборатории. Нескольким ученым удалось создать простые вирусы из полностью неживых материалов [4] .Вирус часто считается мертвым. Будучи не более чем кусочком РНК или ДНК в белковой капсуле, они не имеют метаболизма и могут воспроизводиться только с помощью метаболического механизма захваченной клетки. Создание действительно живого организма (например, простой бактерии) без предков было бы гораздо более сложной задачей, но вполне возможно, согласно современным биологическим знаниям. Принцип лотереиПоловое размножение имеет много недостатков, поскольку требует гораздо больше энергии, чем бесполое размножение, и есть некоторые аргументы в пользу того, почему так много видов используют его. Джордж К. Уильямс использовал лотерейные билеты в качестве аналогии в одном из объяснений широко распространенного использования полового размножения [5] . Он утверждал, что бесполое размножение, которое не дает генетического разнообразия потомству или приводит к его отсутствию, похоже на покупку множества билетов с одинаковым номером, что ограничивает шанс на «выигрыш», то есть на выживание. Он утверждал, что половое размножение — это как покупка меньшего количества билетов, но с большим разнообразием номеров и, следовательно, с большим шансом на успех. Уильямс Г. С. 1975. Секс и эволюция. Принстон (Нью-Джерси): Издательство Принстонского университета.
|
Мужская репродуктивная система (для подростков)
Что такое репродукция?
Размножение — это процесс, с помощью которого организмы делают больше организмов похожими на самих себя.Но даже несмотря на то, что репродуктивная система важна для поддержания жизни вида, в отличие от других систем организма, не обязательно поддерживать жизнь индивидуума.
В репродуктивном процессе человека участвуют два типа половых клеток, или гамет, (произносится: GAH-meetz). Мужская гамета, или сперматозоид, и женская гамета, яйцеклетка или яйцеклетка, встречаются в репродуктивной системе самки. Когда сперма оплодотворяет (встречает) яйцеклетку, эта оплодотворенная яйцеклетка называется зиготой (произносится: ZYE-коза).Зигота превращается в эмбрион и превращается в плод.
И мужская репродуктивная система, и женская репродуктивная система необходимы для воспроизводства.
Люди, как и другие организмы, передают некоторые характеристики себя следующему поколению. Мы делаем это через наши гены — особые носители человеческих качеств. Гены, передаваемые родителями, делают их детей похожими на других в семье, но также и делают каждого ребенка уникальным.Эти гены происходят из мужской спермы и женской яйцеклетки.
Что такое мужская репродуктивная система?
У самца репродуктивные органы или половых органов , которые находятся как внутри, так и снаружи таза. К мужским гениталиям относятся:
- яички (произносится: ТЕСС-ти-кулз)
- Система протоков, состоящая из придатка яичка и семявыносящего протока
- добавочные железы, которые включают семенные пузырьки и предстательную железу
- половой член
У парня, достигшего половой зрелости, два овальных яичек или яичек (произносится: TESS-teez) производят и хранят миллионы крошечных сперматозоидов.
Яички также являются частью эндокринной системы, потому что они вырабатывают гормоны, в том числе тестостерон (произносится: тесс-ТОСС-ту-рон). Тестостерон является важной составляющей полового созревания у парней. По мере того, как парень переживает период полового созревания, его яички производят его все больше и больше. Тестостерон — это гормон, от которого у мальчиков развиваются более глубокие голоса, большие мышцы, а также волосы на теле и лице. Он также стимулирует выработку сперматозоидов.
Рядом с яичками находятся придатки яичка и семявыносящие протоки, по которым проходит сперма.Эпидидимис (произносится: ep-uh-DID-uh-miss) и яички свешиваются в виде мешочка за пределами таза, называемого мошонкой . Этот мешок из кожи помогает регулировать температуру яичек, которые должны быть ниже температуры тела, чтобы производить сперму. Мошонка меняет размер, чтобы поддерживать нужную температуру. Когда тело холодное, мошонка сжимается и становится более плотной, чтобы удерживать тепло тела. В тепле он становится больше и мягче, чтобы избавиться от лишнего тепла.Это происходит, когда парню даже не нужно об этом думать. Мозг и нервная система дают мошонке сигнал изменить размер.
Дополнительные железы , включая семенные пузырьки и предстательную железу , обеспечивают жидкость, которая смазывает систему протоков и питает сперму. Уретра (произносится: yoo-REE-thruh) — это канал, по которому сперма (в жидкости, называемой спермой) выходит наружу через половой член. Уретра также является частью мочевыделительной системы, потому что это также канал, через который проходит моча, покидая мочевой пузырь и покидая тело.
Пенис на самом деле состоит из двух частей: стержня и головки . Ствол — это основная часть полового члена, а головка — это кончик (иногда называемый головкой). В конце головки есть небольшая щель или отверстие, через которое сперма и моча выходят из тела через уретру. Внутренняя часть полового члена состоит из губчатой ткани, которая может расширяться и сжиматься.
Все мальчики рождаются с крайней плотью , кожной складкой на конце полового члена, покрывающей головку.Некоторым мальчикам делают обрезание, что означает, что врач или священник отрезают крайнюю плоть. Обрезание обычно делают в первые несколько дней жизни мальчика. В этом нет необходимости с медицинской точки зрения, но родители, решившие сделать обрезание своим сыновьям, часто делают это на основании религиозных убеждений, соображений гигиены или культурных или социальных причин. Парни, которые сделали обрезание полового члена, и те, кто не сделал этого, ничем не отличаются: все пенисы работают и ощущаются одинаково, независимо от того, была ли удалена крайняя плоть.
Как работает мужская репродуктивная система?
Мужская репродуктивная система:
- производит сперму (произносится: SEE-mun)
- выпускает сперму в репродуктивную систему женщины во время полового акта
- производит половые гормоны, которые помогают мальчику развиться в половозрелого мужчину в период полового созревания
Когда рождается мальчик, у него есть все части репродуктивной системы, но он может воспроизводить потомство только в период полового созревания.Когда начинается половая зрелость, обычно в возрасте от 9 до 15 лет, возраст
гипофиз, расположенный рядом с мозгом, вырабатывает гормоны, которые стимулируют выработку тестостерона яичками. Производство тестостерона вызывает множество физических изменений.Хотя время этих изменений у каждого парня разное, стадии полового созревания обычно следуют установленной последовательности:
- Во время первой стадии полового созревания у мужчин мошонка и семенники увеличиваются в размерах.
- Затем половой член становится длиннее, а семенные пузырьки и предстательная железа разрастаются.
- Волосы начинают расти в области лобка, а затем на лице и подмышках. За это время голос тоже становится глубже.
- У парней также наблюдается скачок роста в период полового созревания, когда они достигают своего взрослого роста и веса.
Что делают сперматозоиды?
Мужчина, достигший половой зрелости, будет производить миллионы сперматозоидов каждый день. Каждый сперматозоид чрезвычайно мал: всего 1/600 дюйма (0,05 миллиметра в длину). Сперматозоиды развиваются в яичках в системе крошечных трубок, называемых семенными канальцами .При рождении эти канальцы содержат простые круглые клетки. Во время полового созревания тестостерон и другие гормоны заставляют эти клетки превращаться в сперматозоиды. Клетки делятся и изменяются, пока у них не появится голова и короткий хвост, как у головастиков. Голова содержит генетический материал (гены). Сперматозоиды попадают в придатки яичка, где они завершают свое развитие.
Затем сперма перемещается в семявыносящий проток , (произносится: VAS DEF-uh-runz) или семявыносящий проток. Семенные пузырьки и предстательная железа образуют беловатую жидкость, называемую семенной жидкостью, которая смешивается со спермой с образованием спермы при сексуальной стимуляции мужчины.Пенис, который обычно безвольно свисает, становится твердым, когда мужчина сексуально возбужден. Ткани полового члена наполняются кровью, он становится жестким и эректильным (эрекция). Жесткость эрегированного полового члена облегчает введение во влагалище женщины во время секса. Когда стимулируется эрегированный половой член, мышцы вокруг репродуктивных органов сокращаются и выталкивают сперму через систему протоков и уретру. Сперма выталкивается из тела мужчины через уретру — этот процесс называется эякуляцией .Каждый раз, когда парень эякулирует, в нем может содержаться до 500 миллионов сперматозоидов.
Что такое зачатие?
Если сперма эякулирует во влагалище женщины, миллионы сперматозоидов «плывут» вверх из влагалища через шейку матки и матку, чтобы встретиться с яйцеклеткой в маточной трубе. Для оплодотворения яйцеклетки требуется всего один сперматозоид.
Эта оплодотворенная яйцеклетка теперь называется зиготой и содержит 46 хромосом — половину из яйца и половину из сперматозоидов. Генетический материал мужского и женского пола объединяется, так что можно создать новую особь.Зигота снова и снова делится по мере роста в матке самки, превращаясь в течение беременности в эмбрион, плод и, наконец, новорожденного ребенка.
Что такое модельные организмы? | Факты
Модельный организм — это вид, который широко изучен, обычно потому, что его легко поддерживать и разводить в лабораторных условиях, и он имеет особые экспериментальные преимущества.
- Модельные организмы — это нечеловеческие виды, которые используются в лаборатории, чтобы помочь ученым понять биологические процессы.
- Обычно это организмы, которые легко поддерживать и разводить в лабораторных условиях.
- Например, у них могут быть особенно крепкие эмбрионы, которые легко изучить и манипулировать ими в лаборатории, это полезно для ученых, изучающих развитие.
- Или они могут занимать центральное положение в эволюционном дереве, это полезно для ученых, изучающих эволюцию.
Почему модельные организмы полезны в генетических исследованиях?
- Многие модельные организмы могут размножаться в больших количествах.
- У некоторых очень короткое время генерации, то есть время между рождением и способностью к воспроизводству, поэтому можно проследить сразу несколько поколений.
- Мутанты позволяют ученым изучать определенные характеристики или заболевания. Это модельные организмы, в ДНК которых произошли изменения или мутации, которые могут привести к изменению определенных характеристик.
- Некоторые модельные организмы имеют гены, похожие или геномы того же размера, что и люди.
- Модельные организмы можно использовать для создания высокодетализированных генетических карт:
- Генетические карты — это визуальное представление расположения различных генов на хромосоме, немного похожее на настоящую карту, но на которой ключевые ориентиры представляют собой области интереса в геном.
- Например, участки ДНК, которые различаются у людей одного и того же вида (SNP) или генов.
Примеры модельных организмов, использованных для изучения генетики
- Дрожжи ( Saccharomyces cerevisiae )
- Плодовая муха ( Drosophila melanogaster )
- Neawmatode 9018 ( Xenopus tropicalis )
- Мышь ( Mus musculus )
- Рыба данио ( Danio rerio )
Эта страница последний раз обновлялась 21.07.2021
.