Reproducere. Ce este reproducerea în biologie? Definiție și exemple de reproducere în natură Ce este definiția reproducerii

Între indivizi - proces sexual.

Reproducerea asexuată este cea mai veche și simplă metodă de reproducere și este răspândită în organismele unicelulare (bacterii, alge albastru-verzi, chlorella, amebe, ciliați). Această metodă are avantajele sale: nu este nevoie să găsești un partener, iar schimbările ereditare benefice sunt păstrate aproape pentru totdeauna. Cu toate acestea, cu această metodă de reproducere, variabilitatea necesară selecției naturale se realizează numai prin mutații aleatorii și, prin urmare, are loc foarte lent. Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că capacitatea unei specii de a se reproduce asexuat nu exclude capacitatea de a suferi procesul sexual, dar apoi aceste evenimente sunt separate în timp.

Cea mai comună metodă de reproducere a organismelor unicelulare este împărțirea în două părți, formând doi indivizi separati.

Alternarea generațiilor în plante

Gametofitul se dezvoltă dintr-un spor, are un singur set de cromozomi și are organe sexuale de reproducere - gametangia. În organismele heterogametice, gametangia masculină, adică producătoare de gameți masculini, se numește anteridii, iar gametangia feminină se numește arhegonie. Deoarece gametofitul, ca și gameții pe care îi produce, are un singur set de cromozomi, gameții sunt formați prin diviziune mitotică simplă.

Când gameții fuzionează, se formează un zigot, din care se dezvoltă un sporofit. Sporofitul are un set dublu de cromozomi și poartă organe de reproducere asexuată - sporangi. În organismele heterosporoase, gametofitele masculine se dezvoltă din microspori, purtând exclusiv anteridii, iar din megaspori se dezvoltă gametofitele feminine. Microsporii se dezvoltă în microsporangi, megaspori - în megasporangi. În timpul sporulării, are loc reducerea meiotică a genomului și un singur set de cromozomi caracteristici gametofitului este restaurat în spori.

Evoluția reproducerii

Evoluția reproducerii, de regulă, a mers în direcția de la forme asexuate la cele sexuale, de la izogamie la anizogamie, de la participarea tuturor celulelor la reproducere la divizarea celulelor în cele somatice și sexuale, de la fertilizarea externă la fertilizarea internă. cu dezvoltare intrauterină şi îngrijire pentru urmaşi.

Rata de reproducere, numărul de descendenți, frecvența schimbărilor generaționale, împreună cu alți factori, determină rata de adaptare a speciei la condițiile de mediu. De exemplu, ratele mari de reproducere și schimbările frecvente ale generațiilor permit insectelor să dezvolte rapid rezistență la pesticide. În evoluția vertebratelor - de la pești la animale cu sânge cald - se observă o tendință spre scăderea numărului de descendenți și creșterea supraviețuirii acestora.

Vezi si

Note

Legături

Fundația Wikimedia. 2010.

• Khachaturyan, Aram Ilici
• Cuvinte împrumutate în rusă

Vedeți ce înseamnă „Reproducție” în alte dicționare:

REPRODUCERE- proprietatea de a reproduce propriul fel inerent tuturor organismelor, asigurand continuitatea si continuitatea vietii. Metodele lui R. sunt extrem de variate. De obicei, sunt trei principale. forme de R.: asexuate (la protozoare, diviziune în două, schizogonie, în superioare... ... Dicționar enciclopedic biologic

REPRODUCERE- REPRODUCERE, reproducere, plural. nu, cf. 1. Acțiune conform cap. înmulţire înmulţire şi stare conform cap. înmulți înmulți. 2. Procesul de producere a urmașilor (biol.). Reproducere sexuală. Reproducere asexuată. Reproducere prin diviziune. Reproducere...... Dicționarul explicativ al lui Ușakov

reproducere- Cm … Dicţionar de sinonime

REPRODUCERE- REPRODUCERE, procesul prin care organismele vii creează noi organisme asemănătoare lor. Reproducerea poate fi sexuală sau asexuată; prima este fuziunea a două CELULE speciale ale părinților diferiți; iar al doilea este crearea de noi organisme din... ... Dicționar enciclopedic științific și tehnic

Reproducere- capacitatea organismelor de a-și produce propria specie, ceea ce asigură conservarea speciei lor și continuitatea șederii în biocenoze. Reproducerea se distinge prin reproducere asexuată, prin divizarea indivizilor (de exemplu, la plantele unicelulare), dezvoltarea vegetativă... ... Dicționar ecologic

REPRODUCERE- REPRODUCEREA, sau capacitatea de autoreproducere, este una dintre principalele caracteristici ale vietuitoarelor, asigurand conservarea vietii speciei. Printre varietatea aparent nesfârșită de metode de R., pot fi subliniate două tipuri principale: R. folosind o singură celulă sau... ... Marea Enciclopedie Medicală

reproducere- REPRODUCERE, reproducere REPRODUCERE/MULTIPLICARE, reproducere, reproducere/divorţa, învechit. păstrat, învechit înmulți, extinde a fi rodnic/a se inmulti si a se inmulti... Dicționar-tezaur de sinonime ale vorbirii ruse

Reproducere- * reproducerea * reproducerea este capacitatea organismului de a produce un fel propriu, care asigură păstrarea vieții. R. se împarte în: a) asexuat, sau vegetativ, excluzând meioza (vezi); b) fertilizarea are loc prin separarea pieselor... ... Genetica. Dicţionar enciclopedic

O proprietate importantă a tuturor organismelor este reproducerea, care asigură menținerea vieții.

Reproducerea efectuată fără participarea celulelor reproducătoare se numește reproducere asexuată.

Reproducere asexuată

Reproducerea asexuată se caracterizează prin faptul că celulele fiice sunt complet identice cu celulele părinte în ceea ce privește conținutul informațiilor ereditare, caracteristicile morfologice, anatomice și fiziologice. Reproducerea asexuată se realizează cu ajutorul celulelor individuale (asexuate) (diverse metode de diviziune, sporulare), din care se formează celule fiice sau se dezvoltă organisme multicelulare.

Înmulțirea vegetativă este asigurată prin separarea secțiunilor multicelulare de organismul multicelular mamă (rădăcină, frunze, lăstari, butași, stratificare, precum și lăstari subterani modificați - tuberculi, bulbi, rizomi în plante și părți ale corpului, „muguri” la animale) .

Semnificația biologică a reproducerii asexuate și vegetative este că într-o perioadă scurtă numărul de specii poate fi crescut semnificativ.

Reproducere sexuală

Reproducerea sexuală se caracterizează prin schimbul de informații genetice între femele și bărbați prin celule sexuale haploide speciale - gameți.

Gametogeneza este procesul de formare a gameților.

Reproducerea sexuală există în aproape toate plantele și animalele. Celule germinale foarte specializate mature - gameți: femela - ouă, mascul - spermatozoizi - atunci când sunt fuzionate, formează un zigot, din care se dezvoltă un nou organism fiică. La atingerea maturității sexuale, noul organism produce la rândul său gameți care dau naștere la urmași. Așa se realizează continuitatea generațiilor.

Gameții se formează din celule diploide printr-un tip special de diviziune celulară - meioza.

Procesul de meioză constă din două diviziuni succesive - meioză și meioză.

Principala caracteristică a meiozei este reducerea de 2 ori a numărului de cromozomi.

Comparând mitoza și meioza, putem observa următoarele asemănări și diferențe:

În timpul formării celulelor germinale la animale, apare o scădere a numărului de cromozomi în ultima etapă a oogenezei și spermatogenezei (formarea celulelor germinale feminine și masculine).

Prin fuziune, gameții formează un zigot (ou fecundat), care poartă elementele ambilor părinți, datorită căruia variabilitatea ereditară a descendenților crește brusc. Acesta este avantajul reproducerii sexuale față de reproducerea asexuată.

Tipuri de reproducere

Un tip de reproducere sexuală este partenogeneza (din latinescul „parthenos” - virgin + gr. „geneza” - naștere), în care dezvoltarea unui nou organism are loc dintr-un ou nefertilizat (la albine). Conjugare - doi indivizi se reunesc și fac schimb de material ereditar (ciliați).

Copulația este fuziunea a două celule de dimensiuni egale într-una singură (flageli coloniali etc.)

La plantele superioare, meioza apare nu în timpul formării gameților, ci într-un stadiu mai timpuriu de dezvoltare - în timpul formării sporilor (în angiosperme - în timpul formării polenului și a sacului embrionar).

Pentru angiosperme, procesul de fertilizare dublă, descoperit de S. G. Navashin în 1898, este tipic.

Particularitatea fertilizării la plantele cu flori, spre deosebire de animale, este că implică nu unul, ci doi spermatozoizi, motiv pentru care se numește fertilizare dublă. Esența sa constă în faptul că un spermatozoid fuzionează cu ovulul, iar al doilea cu celula diploidă centrală, din care se dezvoltă în continuare endospermul.

În natură, reproducerea cu generații alternative sexuale și asexuate este larg răspândită la plante și unele animale (celenterate). Acest tip de reproducere este descris în detaliu în prima parte a manualului.

Reproducere

proprietatea inerentă a tuturor organismelor de a reproduce propriul lor fel, asigurând continuitatea și continuitatea vieții. Toate formele de R. la organismele cu structură celulară se bazează pe diviziunea celulară. Au fost propuse diferite clasificări ale formelor de R. Există trei metode principale de R.: asexuată, vegetativă și sexuală. În R. asexuat, organismul se dezvoltă dintr-o singură celulă care nu este diferențiată sexual. În R. vegetativă, începutul unui nou organism este dat de rudimente pluricelulare, uneori complex diferențiate. R. sexual este precedat de formarea gametilor (Vezi Gameti) (celule sexuale); R. în sine se reduce la fuziunea lor într-un zigot (vezi Zigot) - fertilizarea, însoțită de unirea nu numai a citoplasmei gameților, ci și a nucleelor ​​acestora. Începutul perioadei R. coincide în unele cazuri cu încetarea creșterii, în altele nu implică o oprire a creșterii individului și se oprește doar odată cu debutul bătrâneții sau continuă până la moartea organismului, în altele începe la câțiva ani după încetarea creșterii. R. poate fi unică sau multiplă. Pentru organismele unicelulare care se reproduc prin diviziune, precum și pentru plantele cu flori anuale și bienale, R. este în același timp finalizarea ciclului lor de viață. Unele plante perene (așa-numitele monocarpice), precum și câteva specii de pești, se reproduc o dată în viață.

Mult mai des în lumea vegetală și animală se observă reacții multiple. Fiecare specie se caracterizează printr-o anumită intensitate a radiațiilor, variind uneori într-un interval destul de larg în funcție de condițiile de existență.

Reproducerea animalelor. Reproducerea asexuată a protozoarelor are loc prin împărțirea în două (transversal sau longitudinal). În unele dintre ele, produsele de fisiune nu sunt separate și, ca urmare, apar colonii (vezi Colonie). Pe lângă diviziunea în două, există și alte forme de R. asexuat al protozoarelor: diviziune multiplă sau schizogonie și o serie de altele.

R. vegetativă a organismelor pluricelulare a apărut secundar și independent în diferite grupuri de organisme și se desfășoară într-o mare varietate de forme. Este adesea combinat cu R. cu ajutorul unor rudimente unicelulare numite asexuat R. (în sensul larg al cuvântului) pe baza absenței procesului sexual, deși prin origine acestea sunt două forme diferite de R. Printre pluricelulare animale, capacitatea pentru R. vegetativă este deținută în principal de cele inferioare - bureți, celenterate, viermi plati, briozoare, unii viermi pecingine. Printre cordate, creșterea vegetativă este comună în formele secundare simplificate - tunicate. Se realizează mai des prin înmugurire (externă sau internă), mai rar prin împărțirea corpului în secțiuni egale. La celenterate și briozoare, creșterea vegetativă incompletă duce la formarea de colonii.

În reproducerea sexuală, procesul principal este fuziunea gameților (vezi Fertilizarea). În acest caz, zigotul combină un complex cromozomial care poartă informații ereditare, provenite de la ambii părinți. Apariția procesului sexual pe baza unui R. asexuat mai primitiv a fost un factor progresiv de evoluție care a crescut variabilitatea ereditară și, în consecință, ritmul evoluției. Gameții sunt întotdeauna haploizi - poartă un singur set de cromozomi. Zigotul este diploid - are un set pereche de cromozomi. Transformarea unui complex cromozomal diploid într-un complex haploid are loc ca urmare a meiozei a. Acesta din urmă la animalele pluricelulare precede formarea gameților. La protozoare, locația sa în timpul ciclului de viață poate varia. Izogamia apare la unele protozoare - copularea gametilor care nu se distinge din punct de vedere morfologic. Alții prezintă anizogamie mai mult sau mai puțin pronunțată - prezența diverșilor gameți, dintre care unii sunt de sex feminin, sau macrogameți, sunt mari și bogati în citoplasmă și substanțe de rezervă, în timp ce alții sunt de sex masculin, sau microgameți, sunt foarte mici și mobili. O formă extremă de anizogamie este Oogamia, în care macrogametul este reprezentat de un ovul mare, imobil, bogat în substanțe de rezervă, iar microgameții sunt reprezentați de spermatozoizi mici mobili.

La unele animale (multe artropode, în special insecte), dezvoltarea celulei reproducătoare în anumite condiții are loc fără fertilizare. Această a doua formă simplificată de reproducere sexuală se numește partenogeneză, sau reproducerea virgină reprezintă forma sa specială - reproducerea virgină în stadiul larvar (tipic unor diptere și gândaci).

Multe animale se caracterizează printr-o alternanță naturală a diferitelor forme de R., care poate fi combinată cu alternanța unor generații morfologic diferite. Există alternanță primară și secundară de generații. În timpul R. primar, asexuat și sexual alternează Acest lucru se observă la multe protozoare (de exemplu, la sporozoare). Forma secundară de alternanță a generațiilor include Metageneza și Heterogonie. În timpul metagenezei, alternează R. sexuală și R. vegetativă; Astfel, în clasa hidroizilor (un tip de celenterate), polipii înmuguresc și formează colonii pe care se dezvoltă meduze (generație sexuală); acestea din urmă se separă de colonii, plutesc liber în apă și dezvoltă gonade. Un exemplu de heterogonie este alternanța generațiilor în crustaceele și rotifere cladocerene. În cea mai mare parte a verii, aceste animale se reproduc partenogenetic, abia toamna dezvoltă masculi și femele.

Debutul perioadei R. și intensitatea acesteia sunt influențate în mare măsură de condițiile de mediu – temperatură, durata orelor de lumină, intensitatea luminii, nutriția etc. La animalele superioare, activitatea organelor de reproducere este asociată cu funcțiile glandelor endocrine, ceea ce face posibilă stimularea sau întârzierea pubertății. De exemplu, la pești, un transplant suplimentar al glandei pituitare sau introducerea hormonilor acesteia determină debutul maturității, care este folosit în practica de creștere a peștilor valoroși, cum ar fi sturionul.

Lit.: Myasoedov S.V., Fenomene de reproducere și sex în lumea organică, Tomsk, 1935; Hartmann M., Biologie generală, trad. din germană, M. - L., 1936; Dogel V. A., Polyansky și Yu I., Heisin E. M., Protozoologie generală, M. - L., 1962; Willy K. și Dethier V., Biologie. (Procese și legi biologice), trad. din engleză, M., 1974; Meisenheimer J., Geschlecht und Geschlechter im Tierreiche, Jena, 1921; Hartmann M., Die Sexualität, Stutt., 1956.

Yu. I. Polyansky.

Înmulțirea plantelor. Plantele, împreună cu reproducerea sexuală, sunt caracterizate printr-o varietate de metode de creștere asexuată și vegetativă. frunze și sunt special concepute pentru creșterea vegetativă Ca și în plantele inferioare și superioare, metodele de creștere vegetativă sunt variate. La plantele superioare, se bazează pe capacitatea de regenerare (vezi Regenerare). R. vegetativă joacă un rol foarte important în natură și este utilizat pe scară largă de către oameni. Multe plante cultivate sunt înmulțite aproape exclusiv prin mijloace vegetative - doar în acest caz se păstrează calitățile lor variabile valoroase.

Reproducerea asexuată la multe plante are loc prin formarea de spori mobili sau imobili (vezi Spori). În plantele inferioare, se formează spori speciali de R. asexuat, care apar endogen - de obicei în interiorul sporangiilor speciale (vezi Sporangium) (la alge si ciuperci inferioare) sau exogen - la suprafata ramurilor talului - conidiofori (la ciupercile superioare). La plantele asociate în dezvoltarea lor cu mediul acvatic, acești spori sunt mobili. Sporularea la plantele superioare (cu excepția plantelor cu semințe) este o fază obligatorie a ciclului lor de viață, alternând regulat cu reproducerea sexuală (vezi Alternarea generațiilor). R. sexual este prezent la majoritatea plantelor; Este absent în algele albastre-verzi, multe ciuperci imperfecte și licheni. La algele albastre-verzi, reproducerea sexuală aparent nu a existat niciodată în ciupercile imperfecte și licheni, probabil că s-a pierdut în timpul procesului de evoluție. La alte plante inferioare, reproducerea sexuală este exprimată extrem de divers. Ca urmare a procesului sexual (conjugare, izogamie, heterogamie, oogamie, gametangiogamie), ei formează un zigot, care intră în stare de repaus (la majoritatea algelor verzi, unele alge brune și ciuperci inferioare) sau germinează imediat, dând fie un talus vegetativ diploid (la majoritatea algelor brune) sau spori de R. sexual (carpospori ai algelor roșii). La marsupiale și bazidiomicete, procesul sexual este unic: nu se formează un zigot tipic, stadiul inițial de creștere (fuziunea protoplasmei) este separat printr-o anumită perioadă de timp de stadiul final (fuziunea nucleelor), urmată de formare; de ascospori sau bazidiospori. Ciupercile se caracterizează prin formarea unui miceliu binuclear, care în bazidiomicete formează atât baza corpului vegetativ (mieliu), cât și a corpurilor fructifere. Plantele inferioare, care produc mulți spori de R. asexuat, au de obicei o energie scăzută a R. sexuală. La mușchi, organele R. sexuale iau naștere pe plantă însăși - gametofitul (generația sexuală). La unii mușchi, organele reproducătoare masculine (antheridia (vezi Antheridium)) și femele (arhegonia (vezi Archegonium)) se dezvoltă pe aceeași plantă, în altele - pe altele diferite. Arhegonium conține un ou mare. Mulți spermatozoizi mobili se dezvoltă în anteridiu. În picături de rouă sau ploaie, spermatozoizii eliberați din anteridiu ajung în arhegonium, pătrund în el și se contopesc cu oul. Un sporogonium se dezvoltă dintr-un ou fertilizat, în interiorul căruia sporii pentru reproducerea asexuată se dezvoltă prin meioză. (gametofit), care se dezvoltă dintr-un spor și trăiește în majoritatea lor, indiferent de sporofit. Prothalae sunt de obicei unisexuate, dar la unele specii sunt bisexuale. Fertilizarea este aceeași ca la mușchi.

Plantele cu semințe se caracterizează printr-un tip special de regenerare - seminal, în care se formează semințe - rudimente care asigură cea mai eficientă răspândire a speciei. La gimnosperme, semințele se dezvoltă din ovule (vezi Ovule), mai ales pe frunze speciale modificate - sporofile (sporoliști). În ovul, care este omolog cu megasporangium (Vezi Megasporangium), apar 4 megaspori, 3 dintre ei mor, iar cel rămas, prin diviziune, dă naștere unui protal format dintr-un complex de celule cu pereți subțiri - Endospermul și 2 sau mai multe arhegonii primitive. Din ouăle fecundate ale arhegoniei se dezvoltă embrioni, iar din ovul, o sămânță care conține 1 embrion (restul mor). La angiosperme, semințele se dezvoltă din ovule închise în ovarul unei flori. În interiorul ovulului se formează și megasporii. La majoritatea plantelor, 3 dintre ele mor de obicei, iar cea rămasă dă naștere unui sac embrionar, de obicei format din 7 celule, dintre care una, oul, se dezvoltă într-un embrion după fertilizare. Din ovul se formează o sămânță, iar întregul ovar se transformă într-un fruct. La unele plante cu flori, semințele se formează fără fertilizare (vezi Apomixis).

Lit.: Meyer K.I., Propagarea plantelor, M., 1937; Kursanov L.I., Micologie, ed. a II-a, M., 1940; Mageshwari P., Embriologia angiospermelor, trad. din engleză, M., 1954; Poddubnaya-Arnoldi V. A., Embriologia generală a angiospermelor, M., 1964; Botanică, ed. a VII-a, vol. 1, M., 1966; Schnarf K., Embryologie der Angiospermen, B 1 B., 1927; al său, Embryologie der Gymnospermen, B., 1933; Chamberlain Chi. J., Gimnosperme. Structură și evoluție, Chi., .

D. A. Trankovski.

Marea Enciclopedie Sovietică. - M.: Enciclopedia Sovietică. 1969-1978 .

Vedeți ce înseamnă „Reproducție” în alte dicționare:

Proprietatea de a-și reproduce propriul fel inerentă tuturor organismelor, asigurând continuitatea și continuitatea vieții. Metodele lui R. sunt extrem de variate. De obicei, sunt trei principale. forme de R.: asexuate (la protozoare, diviziune în două, schizogonie, în superioare... ... Dicționar enciclopedic biologic

REPRODUCERE, reproducere, multe. nu, cf. 1. Acțiune conform cap. înmulţire înmulţire şi stare conform cap. înmulți înmulți. 2. Procesul de producere a urmașilor (biol.). Reproducere sexuală. Reproducere asexuată. Reproducere prin diviziune. Reproducere...... Dicționarul explicativ al lui Ușakov

Cm … Dicţionar de sinonime

REPRODUCERE, procesul prin care organismele vii creează noi organisme asemănătoare lor. Reproducerea poate fi sexuală sau asexuată; prima este fuziunea a două CELULE speciale ale părinților diferiți; iar al doilea este crearea de noi organisme din... ... Dicționar enciclopedic științific și tehnic

Capacitatea organismelor de a-și produce propria specie, ceea ce asigură conservarea speciei lor și continuitatea rezidenței în biocenoze. Reproducerea se distinge prin reproducere asexuată, prin divizarea indivizilor (de exemplu, la plantele unicelulare), dezvoltarea vegetativă... ... Dicționar ecologic

REPRODUCERE- REPRODUCEREA, sau capacitatea de autoreproducere, este una dintre principalele caracteristici ale vietuitoarelor, asigurand conservarea vietii speciei. Printre varietatea aparent nesfârșită de metode de R., pot fi subliniate două tipuri principale: R. folosind o singură celulă sau... ... Marea Enciclopedie Medicală

reproducere- REPRODUCERE, reproducere REPRODUCERE/MULTIPLICARE, reproducere, reproducere/divorţa, învechit. păstrat, învechit înmulți, extinde a fi rodnic/a se inmulti si a se inmulti... Dicționar-tezaur de sinonime ale vorbirii ruse

Experiența noastră zilnică demonstrează, din păcate, că toate ființele vii sunt supuse morții.* Creaturile se îmbolnăvesc, îmbătrânesc și în cele din urmă mor. Mulți au o viață și mai scurtă - sunt mâncați de prădători. Pentru a se asigura că viața pe Pământ nu încetează, toate creaturile sunt înzestrate cu o proprietate universală - capacitatea de a se reproduce.

Cu toată diversitatea organismelor vii care locuiesc pe planetă, cu toate diferențele de structură și stil de viață, metodele de reproducere a acestora în natură se rezumă la două forme: asexuată și sexuală. Unele plante combină aceste două forme, reproducându-se prin tuberculi, butași sau stratificații (reproducere asexuată) și în același timp prin semințe (reproducție sexuală).

În cazul reproducerii asexuate, descendenții se dezvoltă din celulele organismului original. În timpul reproducerii sexuale, dezvoltarea unei noi creaturi începe cu o singură celulă formată din fuziunea a două celule părinte - masculin și feminin.

Esența reproducerii este păstrarea nu numai a vieții în ansamblu, ci și a fiecărei specii individuale de animale și plante, în organizarea continuității între descendenți și ființele parentale. Baza moleculară a proceselor de reproducere a tuturor organismelor este capacitatea ADN-ului de a se autoduplica. Ca rezultat, materialul genetic este reprodus în structura și funcționarea organismelor fiice.

* Sfintele Scripturi și lucrările sfinților părinți sunt pătrunse de ideea că moartea și stricăciunea nu au fost create inițial, ci au intrat în lume ca urmare a căderii primului om (Înv. 1:13 și 2:23, Rom. 5:12 etc.).

Diviziune celulara. Mitoză

Ciclul de viață al celulei. Procesul de diviziune și interfaza sunt strâns legate între ele; totalitatea lor constituie ciclul de viață al celulei. Durata sa în celulele vegetale și animale este în medie de 10-20 de ore.

În mediul activ din punct de vedere chimic al tractului alimentar, celulele epiteliale intestinale se uzează rapid și, prin urmare, se divid continuu - de două ori pe zi, celulele corneene încep să se dividă o dată la trei zile, iar celulele epiteliale ale pielii - o dată pe lună. Celula petrece în medie 1 până la 3 ore procesului de divizare, în funcție de condițiile externe (iluminare, temperatură etc.).

În ficatul animalelor există așa-numitele celule de repaus, care se divid doar în situații de criză. De exemplu, atunci când o parte din ficat este îndepărtată, aceste celule încep să se înmulțească intens, completând rapid numărul necesar pentru funcționarea normală a organului.

Unele celule înalt specializate (neuroni, unele leucocite) din creaturile adulte nu se divid niciodată. Ciclul lor celular se termină cu apoptoză (greacă apo din  ptosis fall) - moarte programată. În unele cazuri, alte celule din organism suferă apoptoză. Acest lucru se întâmplă după cum urmează. În primul rând, celula primește un anumit semnal chimic pentru a efectua autodistrugerea. Apoi, în complexul său Golgi și lizozomi, sunt activate enzime care distrug (lizează) principalele componente ale citoplasmei și nucleului. După aceasta, celula se descompune în vezicule membranare, care sunt absorbite de celulele fagocite care procesează componente străine. Nu există un proces inflamator în timpul apoptozei.

Prin apoptoză, mormolocii își pierd coada, iar larvele de insecte pierd excesul de țesut pe măsură ce se maturizează și devin adulți. Degetele unui embrion uman sunt conectate prin membrane tisulare. În timpul embriogenezei, membranele sunt programate să fie distruse.

Apoptoza ajută organismul să scape de celulele care au acumulat daune genetice, precum și de celulele bolnave și îmbătrânite. Mulți virusuri, care pătrund într-o celulă, încearcă în primul rând să-i perturbe mecanismul de apoptoză, pentru a nu fi distruși împreună cu celula bolnavă.

Când apoptoza este întreruptă, se dezvoltă boli grave precum lupusul eritematos sistemic, boala Parkinson, iar infecțiile virale progresează.

Apoptoza poate fi declanșată de factori externi: expunerea chimică sau radiații. Aceasta este baza pentru acțiunea unor medicamente și emițători speciali care provoacă apoptoza celulelor canceroase. Apoptoza provocată duce uneori la consecințe periculoase. Astfel, întreruperea prelungită a circulației sanguine a mușchiului inimii duce la distrugerea doar a unei mici părți din celulele acestuia, dar moartea lor provoacă apoptoza multor celule învecinate și, ca urmare, infarct miocardic extins.

Pe lângă apoptoză, există și alte mecanisme care limitează activitatea vitală a celulelor. Astfel, în urma fiecărui act de diviziune, secțiunile terminale ale ADN-ului cromozomilor sunt scurtate. Când pierderea materialului genetic devine critică, celula încetează să se divizeze. Unele grupuri de celule de creaturi multicelulare, cum ar fi organismele unicelulare, au capacitatea de a produce un număr nelimitat de generații. Acestea sunt așa-numitele celule stem. La om, celulele stem sunt celule roșii ale măduvei osoase, din care se formează globule roșii, globule albe și trombocite. În celulele stem, ca și în organismele unicelulare, se sintetizează o enzimă specială care prelungește secțiunile terminale ale ADN - telomeraza.

Ciliații, spre deosebire de amibe și bacterii, nu se pot împărți la infinit. După un anumit număr, suficient de mare de diviziuni, prezintă semne de îmbătrânire (degenerare). Apoi doi ciliați în vârstă „se lipesc” și se conjugă - schimbă o parte din ADN-ul nuclear, de exemplu. informația genetică. După conjugare se restabilește viabilitatea fiecărui ciliat: crește rata metabolică, crește rata diviziunii etc.

Diviziunea celulară formează baza proceselor de reproducere și dezvoltare a organismelor. Diviziunea are loc în două etape. În primul rând, nucleul se divide, apoi are loc citokineza - diviziunea celulei în sine.

Mitoză. Principala metodă de diviziune nucleară în celulele eucariote se numește mitoză. Exista patru faze ale mitozei: profaza, metafaza, anafaza si telofaza.

Profaza. În profază, pregătirile pentru împărțire sunt finalizate. Cromozomii devin foarte groși și devin vizibili la microscop cu lumină. Acum sunt două ADN spiralizate (cromatide), formate în timpul procesului de duplicare și conectate între ele prin centromeri.

Citirea informațiilor din ADN se oprește, sinteza ARN se încheie. Subunitățile ribozomale sunt eliberate în citoplasmă, iar nucleolii dispar. Microtubulii citoscheletului se dezintegrează. Din proteinele care le alcătuiesc, pe centrioli începe să se formeze un fus de diviziune. Centriolii diverg către polii opuși ai celulei. Microtubulii externi se atașează de membrana exterioară și fixează poziția centriolilor. În cele din urmă, membrana nucleară se descompune în fragmente, iar cromozomii ajung în citoplasmă. Marginile fragmentelor de coajă se apropie, formând mici vezicule-vacuole, care se contopesc cu membranele reticulului endoplasmatic.

Metafaza. Această etapă de diviziune se caracterizează prin rearanjarea cromozomilor în citoplasmă. Când microtubulii din cel mai apropiat centriol cresc până la cromozom, acesta începe să se miște spre centrul celulei pe măsură ce microtubulul crește până când se conectează în regiunea sa centromeră cu microtubulii din alt centriol. Contactele cromozomilor cu microtubuli au loc aleatoriu printr-un microscop se poate vedea cum cromozomii se rotesc viguros și se mișcă înainte și înapoi până când sunt „prinși” de microtubuli care vin din două părți opuse. Până la sfârșitul metafazei, toți cromozomii sunt asamblați în zona ecuatorială a celulei. Sunt cât se poate de compacte și vizibile. Cromozomii de metafază sunt utilizați pentru a determina numărul și structura cromozomilor unui organism - cariotipul acestuia.

Regiunile centromerice ale cromozomilor sunt separate și devin independente. Fiecare dintre ele se dovedește a fi atașat de centromer de polul său de diviziune.

Anafaza. Debutul stadiului se caracterizează prin divergența cromatidelor fiecărui cromozom către polii opuși. Proteinele contractile sunt localizate în regiunile centromerice. Mișcarea are loc ca urmare a muncii lor active folosind energia ATP (20 de molecule sunt împărțite pentru a muta fiecare cromozom). Brațele cromozomilor urmează pasiv centromerul. Secțiunile eliberate ale microtubulilor sunt imediat distruse. Se pare că nu cromozomii sunt cei care se mișcă de-a lungul microtubulilor, ci microtubulii înșiși, contractându-se, trăgând de cromozomi.

Când cromozomii ajung la polii de diviziune, anafaza se termină.

Evident, în absența unui fus, reproducerea celulară nu are loc. Expunerea chimică care distruge microtubulii este o modalitate de a suprima creșterea tumorii.

Telofază. În această ultimă etapă a mitozei, se formează o nouă înveliș nuclear prin fuziunea veziculelor reticulului endoplasmatic. Cromozomii se desprind în filamente lungi și subțiri pe care se formează nucleoli. Fusiunea de fisiune este distrusă. Microtubulii unui nou citoschelet încep să crească din proteinele care îl compun din centrioli.

Citokineza. Diviziunea finală în două în celulele animale se realizează prin constricție. În celulele vegetale, o membrană crește de la mijloc până la margini, pe care apoi apare un perete celular dens. Organele (mitocondrii, ribozomi, complex Golgi etc.) sunt distribuite între celulele fiice în cantități aproximativ egale.

În timpul mitozei unor celule ale mușchiului inimii și ficatului, nu se formează o constricție, prin urmare unele dintre celulele acestor organe sunt binucleate.

Să acordăm atenție faptului că toate procesele de mitoză sunt determinate de transformările cromozomiale. După ce s-au dublat în interfază, cromozomii încep să se spiraleze și să intre în citoplasmă în profază. În metafază se adună în zona ecuatorială și se separă pentru a se dispersa la diferiți poli în anafază. În stadiul final al telofazei, cromozomii capătă forma lor originală de fire subțiri despiralizate caracteristice interfazei.

Numărul de cromozomi. Prin diviziunea mitotică, celulele fiice primesc un set de cromozomi de la celula mamă, astfel încât celulele din tot corpul să aibă aceiași cromozomi.

Celulele care formează toate țesuturile și organele corpului se numesc somatice. Celulele germinale specializate sunt implicate în reproducere. Celulele somatice conțin un set diploid (dublu) de cromozomi. În acest set, fiecare genă este codificată pe doi cromozomi similari (omologi). Setul de celule germinale este haploid (unic). Cromozomii celulelor germinale nu au omologi fiecare genă din setul lor este unică. Numărul de cromozomi din seturile haploid și diploid este specific speciei, adică constant pentru fiecare tip de organism.

Setul de cromozomi de celule somatice umane include 46 de cromozomi: 22 de perechi omoloage și doi cromozomi nepereche care determină sexul. Celulele germinale umane conțin doar 23 de cromozomi unici. La un pui, setul diploid include 78 de cromozomi, iar setul haploid include 39. Exemple de alte seturi sunt date în tabel.

Analiza seturilor de cromozomi arată că complexitatea și perfecțiunea diferitelor organisme nu este determinată doar de numărul de cromozomi.

Semnificația biologică a mitozei. Pe lângă construirea corpului, mitoza are un alt scop, mai important. În timpul procesului de mitoză, materialul genetic este reprodus. Datorită acestui fapt, este posibil să se păstreze structura și funcționarea organelor și țesuturilor pentru nenumărate generații. Identitatea materialului genetic este deosebit de importantă pentru organismele multicelulare, ale căror celule sunt în interacțiune strânsă și coordonată. Reproducerea și transmiterea exactă a informațiilor genetice reprezintă principala semnificație biologică a mitozei.

Diviziunea mitotică asigură cele mai importante procese de viață: dezvoltarea și creșterea embrionară, regenerarea organelor și țesuturilor după lezare, menținerea structurii și funcționării organismului cu pierderea constantă a celulelor de lucru. Celulele pielii se exfoliază, celulele epiteliale intestinale sunt distruse de mediul activ, celulele roșii din sânge funcționează intens și mor rapid, sunt înlocuite complet în organism la fiecare patru luni (2,5 milioane de celule pe secundă).

1. De ce duplicarea ADN-ului este numită baza moleculară a reproducerii?
2. Ce procese alcătuiesc ciclul de viață al unei celule?
3. Descrieți principalele faze ale mitozei, care este principala semnificație biologică a acesteia?
4. După cum se știe, setul de cromozomi ai celulelor germinale este jumătate din cel al celulelor somatice. Putem spune că unele proteine ​​minore din cromozomii sexuali nu sunt codificate?

Metode de reproducere a organismelor

Toate metodele cunoscute de reproducere a organismelor din natură se reduc la două forme principale: asexuată și sexuală.

Reproducere asexuată. În forma asexuată, reproducerea este efectuată de individul părinte în mod independent, fără a face schimb de informații ereditare cu alți indivizi. Un organism fiică se formează prin separarea uneia sau mai multor celule somatice (corpului) de la părinte și reproducerea lor ulterioară prin mitoză. Progenitul moștenește caracteristicile părintelui, fiind genetic copia exactă a acestuia. Există mai multe tipuri de reproducere asexuată.

Împărțire simplă. Reproducerea asexuată este frecvent întâlnită în special în bacterii și alge albastre-verzi. Celula unică a acestor organisme fără nucleu este împărțită în jumătate sau în mai multe părți simultan. Fiecare parte este un organism funcțional complet.

Amebe, ciliati, euglena si alte protozoare se reproduc prin simpla diviziune. Diviziunea are loc prin mitoză, astfel încât organismele fiice primesc același set de cromozomi de la părinții lor.

Care înmugurește. Acest tip de reproducere este folosit atât de organisme unicelulare, cât și de unele multicelulare: drojdii (ciuperci inferioare), ciliați, polipi de corali.

Înmugurirea în hidrele de apă dulce are loc după cum urmează. În primul rând, pe peretele hidrei se formează o creștere, care se prelungește treptat. La capătul său apar tentacule și o deschidere a gurii. Din mugure crește o mică hidră, care se separă și devine un organism independent. La alte creaturi, rinichii pot rămâne pe corpul părintelui.

Fragmentare. O serie de viermi plate și anelide, echinoderme (stelele de mare) se pot reproduce prin dezmembrarea corpului în mai multe fragmente, care sunt apoi construite într-un organism complet. Fragmentarea se bazează pe capacitatea multor creaturi simple de a regenera organele pierdute. Deci, dacă o rază este separată de o stea de mare, atunci o stea de mare se va dezvolta din nou. Hydra este capabilă să-și revină din 1/200 din corpul său. De obicei, reproducerea prin fragmentare are loc atunci când este deteriorată. Fragmentarea spontană este efectuată numai de mucegaiuri și unele anelide marine.

Sporularea. Strămoșul unui nou organism poate fi o celulă specializată a creaturii părinte - un spor. Această metodă de reproducere este tipică pentru plante și ciuperci. Algele pluricelulare, mușchii, ferigile, coada-calului și mușchii se reproduc prin spori.

Sporii sunt celule acoperite cu o membrană durabilă care le protejează de pierderea excesivă de umiditate și este rezistentă la temperatură și influențe chimice. Sporii plantelor terestre sunt transportați pasiv de vânt, apă și viețuitoare. Aflându-se în condiții favorabile, sporul își deschide învelișul și începe mitoza, formând un nou organism. Algele și unele ciuperci care trăiesc în apă se reproduc prin zoospori echipați cu flageli pentru mișcare activă.

Un animal unicelular, Plasmodium falciparum (agentul cauzal al malariei), se reproduce prin schizogonie - diviziuni multiple. În primul rând, în celula sa se formează un număr mare de nuclei prin diviziune, apoi celula se descompune în multe celule fiice.

Înmulțirea vegetativă. Acest tip de reproducere asexuată este larg răspândit în plante. Spre deosebire de sporulare, reproducerea vegetativă este efectuată nu de celule specializate speciale, ci de aproape orice parte a organelor vegetative.

Ierburile sălbatice perene se reproduc prin rizomi (ciulinul de scroafă produce până la 1800 de indivizi/m2 de sol), căpșunile prin virici și strugurii, coacăzele și prunele prin stratificare. Cartofii și daliile folosesc tuberculi pentru înmulțire - secțiuni subterane modificate ale rădăcinii. Lalelele și ceapa se reproduc din bulbi. În copaci și arbuști, lăstarii - butași - prind rădăcini pentru a forma o nouă plantă, iar în begonii rolul butașilor poate fi jucat de frunze. Zmeura, prunele, cireșele și trandafirii sunt înmulțite prin butași. Lăstarii se formează pe rădăcinile și cioturile copacilor, care apoi se transformă în plante independente.

Reproducere sexuală. Spre deosebire de reproducerea asexuată, reproducerea sexuală implică o pereche de indivizi. Celulele lor sexuale (gameții) poartă seturi haploide de cromozomi. În timpul procesului de fertilizare, gameții fuzionează și formează un ou fecundat diploid (zigot), care dă naștere unui nou organism.

Unul dintre cromozomii omologi ai unei celule somatice provine de la „mamă”, iar celălalt de la „tată”. Ca urmare, părți din materialul genetic al părinților sunt combinate, iar la urmași apar noi combinații de gene. Diversitatea materialului genetic permite urmașilor să se adapteze cu mai mult succes la condițiile externe în schimbare. Principalul avantaj al reproducerii sexuale, principala sa semnificație biologică, este îmbogățirea informațiilor ereditare.

Plantele bisexuale au o serie de caracteristici care exclud autofertilizarea. Staminele și pistilele florilor bisexuale nu se maturizează în același timp, așa că are loc polenizarea încrucișată a diferiților indivizi. Cânepa are flori separate masculine de pistil și femele staminate pe diferiți indivizi.

Dezvoltarea celulelor germinale. Formarea celulelor germinale (gametogeneza) are loc în gonade. Dezvoltarea gameților (ouă) feminine are loc în ovare și se numește oogeneză (lat. ovul ovul + originea genezei). Gameții masculini (spermatozoizi) se formează în testicule în timpul spermatogenezei. Gonadele aproape tuturor creaturilor au o structură tubulară. Gametogeneza are loc secvenţial în trei zone: reproducere, creştere şi maturare. În consecință, se disting trei perioade de dezvoltare a gameților.

În timpul perioadei inițiale de reproducere, celulele sexuale au un set diploid de cromozomi și se divid prin mitoză. Gameții masculini se reproduc în mod deosebit intens. La bărbați, celulele reproducătoare se formează aproape de-a lungul vieții. Formarea ouălor de mamifere are loc numai în perioada embrionară, după care rămân latente.

Odată ajunse în zona de creștere, celulele germinale nu se mai divid, ci doar cresc. Gameții masculini nu cresc prea mult, dar ouăle își măresc dimensiunea de sute, mii și milioane de ori (amintiți-vă de un ou de găină). Cojile exterioare ale ouălor protejează în mod fiabil fătul în curs de dezvoltare, bacteriile și virușii nu pătrund prin ele, în special prin coaja ouălor de păsări, iar aerul trece liber.

Spermatozoizii sunt mult mai mici decât ouăle. La mamifere au forma unui filament lung cu cap, gât și flagel. Capul contine cromozomi, iar in partea frontala se afla un complex Golgi cu enzime care dizolva membrana ovulului si asigura patrunderea nucleului spermatozoidului (membrana ramane in exterior). Gameții masculini nu numai că contribuie cu informații genetice, ci și inițiază dezvoltarea oului. Centriolul este situat în gât, formând flagelul spermatozoizilor, permițându-i acestuia să se miște intens. Sursa de energie pentru mișcările flagelului sunt moleculele de ATP stocate în gât. Pentru a umple ATP, mitocondriile sunt situate în gât.

După ce gameții cresc la dimensiunea celulelor germinale adulte, ei intră în zona de maturare.

Baza pentru maturarea gameților este procesul specific de împărțire a fiecărei celule germinale în patru noi. Maturarea ovulelor și a spermatozoizilor se desfășoară practic în același mod, diferențele apar doar în ultima etapă din următorul motiv; Pentru o fertilizare cu succes este necesar un număr suficient de mare de spermatozoizi. Prin urmare, toate cele patru celule masculine rezultate sunt funcționale și viabile. Sarcina principală a oului nu este doar fertilizarea, ci și maturizarea cu succes a fătului. În acest scop, procesul de divizare are loc inegal: întregul gălbenuș intră într-un singur ou și se dovedește a fi singurul viabil. Restul de trei ouă complet funcționale nu primesc nutrienți în timpul maturării și mor în curând. Ele sunt numite corpuri direcționale sau polare.

Perioada de maturare a gameților, însoțită de împărțirea specifică a fiecăruia dintre ei în patru noi, se numește meioză. În paragraful următor ne vom uita la procesele care au loc în meioză mai detaliat.

1. Care este diferența dintre reproducerea asexuată și reproducerea sexuală? Numiți principalul avantaj al reproducerii sexuale.
2. Enumeraţi cele cinci tipuri principale de reproducere asexuată. Daţi exemple.
3. Unde apare o pereche de cromozomi omologi într-un organism fiică în timpul reproducerii asexuate și sexuale?
4. Descrieți cele trei perioade de maturizare a gameților; care se numește meioză?
5. De ce și de ce crezi că discul germinativ dintr-un ou de găină ajunge întotdeauna în partea superioară a gălbenușului?

Dezvoltarea unui organism începe cu o singură celulă - un zigot, care se formează din fuziunea celulelor germinale specializate - gameți masculin și feminin. În timpul procesului de fuziune, nucleii lor se combină, iar zigotul conține de două ori mai mulți cromozomi decât fiecare gamet. Dacă celulele germinale ar fi diploide, atunci în fiecare generație următoare numărul de cromozomi din celulele corpului s-ar dubla. Prin urmare, celulele germinale poartă jumătate din numărul de cromozomi. Astfel, celulele somatice (corpului) ale organismelor au un set diploid (dublu) de cromozomi și își mențin constanța speciei prin diviziunea mitotică, iar celulele sexuale au un set haploid, care este restaurat la diploid în timpul procesului de fertilizare. Să ne uităm la principalele faze ale meiozei.

Maturarea gameților include două diviziuni succesive: prima este meioza tipică, a doua este similară mitotică. Ambele diviziuni, la fel ca mitoza, trec prin patru etape: profaza, metafaza, anafaza si telofaza. Înainte de prima diviziune, precum și înainte de mitoză, replicarea ADN-ului are loc odată cu dublarea cromozomilor, fiecare cromozom intră în procesul de dublă diviziune.

Prima diviziune meiotică

În profază, cromozomii omologi se apropie foarte mult unul de celălalt. Folosind fire speciale de proteine ​​cu îngroșări la capete, acestea par a fi prinse unele de altele ca un fermoar. Ele rămân în această stare, numită conjugare, destul de mult timp (la om, aproximativ o săptămână). Fixarea are loc în acele locuri ale ADN-ului în care replicarea nu s-a încheiat încă și dubla helix este oarecum derulată.

Cromozomii de conjugare sunt strâns adiacenți unul de celălalt și pot face schimb de secțiuni. Un astfel de schimb se numește crossover sau crossing over. După încrucișare, fiecare cromozom combină gene care au fost localizate pe diferiți cromozomi omologi înainte de încrucișare.

La sfârșitul profazei, un ax de diviziune este atașat de centromerii cromozomilor și aceștia încep să diverge în secțiuni centromerice către diferiți poli de diviziune, rămânând legați la încrucișarea site-urilor.

Spre deosebire de mitoză, în metafaza meiozei, cromozomii duplicați nu sunt separați la centromeri, fiecare pereche interacționează cu un fus. Dacă în metafaza mitozei cromatidele individuale diverg către diferiți poli, atunci în metafaza primei diviziuni a meiozei - cromozomi conjugați. În timpul telofazei, se formează o înveliș nuclear pentru o perioadă scurtă.

A doua diviziune meiotică. Deoarece cromozomii rămân conectați la centromeri, adică duplicați, replicarea ADN-ului nu are loc înainte de a doua diviziune. A doua diviziune meiotică are loc într-o manieră similară mitozei. Ca rezultat, patru celule germinale haploide sunt formate din două celule diploide. Din cauza lipsei de conjugare, a doua divizie are loc mult mai repede.

Celulele somatice conțin doi cromozomi omologi (identici ca formă și mărime, purtând aceleași grupe de gene): unul din organismul patern, celălalt din cel matern. În celulele germinale, din doi cromozomi omologi, doar unul rămâne cromozomii lor nu au omologi - sunt singuri și, prin urmare, setul este haploid; Dacă în timpul mitozei cantitatea de informație genetică este păstrată, atunci în timpul meiozei se reduce la jumătate.

Formarea celulelor germinale cu un set haploid de cromozomi redus la jumătate este esența biologică a meiozei.

Datorită divergenței aleatorii a perechilor către poli în metafaza primei diviziuni, seturile de cromozomi ale celulelor germinale mature conțin cele mai diverse combinații de cromozomi parentali. Un gamet poate avea, de exemplu, 5 cromozomi paterni și 18 cromozomi materni (oamenii au 23 de cromozomi în total), 20 paterni și 3 materni etc. Fiecare dintre cei 23 de cromozomi este diferit de celălalt și poate fi unul dintre cei doi parentali omologi - un total de 223 (8,6 milioane) variante de gameți. În organismul fiică, numărul de combinații posibile de cromozomi este de 423, acest număr este de mii de ori mai mare decât populația globului. Încrucișarea, combinând genele indivizilor parentali în cromozomi, crește diversitatea trăsăturilor la descendenți cu multe ordine de mărime. O astfel de varietate de genotipuri posibile face ca fiecare creatură să fie unică, unică genetic.

În timpul meiozei, materialul genetic este foarte vulnerabil. Dacă, de exemplu, ca urmare a iradierii sau expunerii la compuși chimici, are loc o rupere a ADN-ului în momentul divergenței cromozomilor, atunci o parte din materialul ereditar se va pierde. Pierderea unei secțiuni de ADN într-o celulă somatică în timpul mitozei va provoca doar daune în celulele sale fiice, care alcătuiesc o mică parte a creaturii. Dacă o parte din cromatida unei celule germinale în curs de maturizare se pierde, atunci descendenții vor avea de suferit: informațiile sale ereditare vor fi incomplete, unele procese vitale nu vor putea fi efectuate. În acest caz, embrionul feminin este expus unui pericol mai mare, deoarece întreaga aprovizionare de gameți feminini (aproximativ 300 la om) se formează în timpul perioadei embrionare de-a lungul vieții, în timp ce gameții masculini se formează pentru aproape întreaga perioadă a vieții. Dozele mici de radiații, deloc periculoase pentru organismul însuși, pot perturba cromozomii ouălor embrionului și pot duce la anomalii genetice în generația următoare.

Partenogeneză. Unele animale (dafnie, șopârle de stâncă, unii pești, afidele) și plante (păpădie) sunt capabile să se reproducă în anumite perioade fără fuziunea gameților masculi și feminini. Dezvoltarea are loc dintr-un ou nefertilizat. Diploidia, de exemplu, la șopârlele de stâncă se realizează prin fuziunea oului cu corpul polar. În acest caz, de regulă, se formează doar indivizi de sex feminin. Acest tip de reproducere sexuală se numește partenogeneză.

Regina albină depune două tipuri de ouă: diploide fertilizate și haploide nefertilizate. Din ouăle nefertilizate se dezvoltă trântori, iar din ouăle fecundate se dezvoltă femele, din care, cu hrănire bună, mătcile cresc, iar când se creează lipsa de nutriție se obțin albine lucrătoare.

Uneori, partenogeneza poate fi indusă artificial prin expunerea la lumină, acizi, temperatură ridicată și alți agenți. Dacă, de exemplu, înțepați un ou nefertilizat al unei broaște cu un ac, atunci acest ou poate, fără a fi fertilizat, să înceapă diviziunea și să se dezvolte într-un adult. Partenogeneza nu apare spontan la broaște. Diviziunea oului unor pești poate începe după contactul la suprafață cu spermatozoizii speciilor de pești înrudite. Fertilizarea nu are loc, dar oul începe să se împartă.

Principala metodă de reproducere a viermilor de mătase este stimularea partenogenezei prin încălzirea scurtă a ouălor la 46°C. Din ouăle nefertilizate se dezvoltă viermi de mătase feminin complet genetic.

1. De ce este necesar setul haploid pentru celulele germinale?
2. Descrieți principalele faze ale meiozei.
3. Care este diferența dintre metafazele mitozei și meiozei?
4. Ce două procese de meioză oferă o varietate de caracteristici la descendenți?
5. De ce sunt periculoase expunerea la substanțe chimice și la radiații atunci când port fete?
6. Ce se numește partenogeneză? Dă exemple.

Fertilizare

Esența procesului de fertilizare este fuziunea gameților masculin și feminin - celule germinale specializate care au un set haploid (unic) de cromozomi. Ca rezultat, se formează un ou fertilizat diploid - un zigot. Astfel, în timpul fertilizării, se restabilește dublul set caracteristic celulelor somatice. Cromozomii din nucleul zigotului sunt conținuți în perechi omoloage, adică orice trăsătură (de exemplu, culoarea ochilor unei persoane sau a părului unui câine) este scrisă în ADN de două ori - de genele tatălui și genele de mama.

După fertilizare, zigotul își dublează cromozomii prin replicarea ADN-ului și începe diviziunea mitotică - începe dezvoltarea unui nou organism.

Fertilizarea, ca și gametogeneza, are caracteristici similare la plante și animale.

Fertilizarea la animale. Organismele vii care locuiesc pe planetă diferă ca structură, stil de viață și habitat. Unele dintre ele produc o mulțime de celule germinale, altele - relativ puține. Există un model rezonabil: cu cât gameții masculin și feminin sunt mai puțin probabil să se întâlnească, cu atât este mai mare numărul de celule germinale pe care organismele le produc. Peștii și amfibienii se caracterizează prin inseminare externă. Gameții lor intră în apă, unde are loc fertilizarea. Mulți gameți mor sau sunt mâncați de alte creaturi, astfel încât eficacitatea însămânțării externe este foarte scăzută. Pentru a conserva specia, peștii și amfibienii trebuie să producă un număr mare de gameți (codul depune aproximativ 10 milioane de ouă).

Animalele și plantele superioare folosesc însămânțarea internă. În acest caz, procesul de fertilizare și zigotul rezultat sunt protejate de corpul mamei. Probabilitatea de fertilizare crește semnificativ, motiv pentru care, de regulă, se produc doar câteva ouă. Dar destul de mulți spermatozoizi sunt încă produsi; cantitatea lor în exces este necesară pentru a crea un anumit mediu chimic în jurul ovulului, fără de care fertilizarea este imposibilă. Ovulul are mecanisme care împiedică pătrunderea spermatozoizilor în exces. După ce primul a pătruns, secretă o substanță care suprimă mobilitatea gameților masculini. Chiar dacă mai mulți dintre ei reușesc să pătrundă în oul, doar unul se contopește cu oul, restul mor.

Fertilizarea are loc de obicei imediat după inseminare, dar la unele animale există mecanisme de amânare a fertilizării până în sezonul de primăvară și vară. La lilieci, fertilizarea nu are loc în timpul împerecherii toamnei târzii. Oul se maturizează numai primăvara, iar spermatozoizii iernează în siguranță în organele genitale ale femelei. În alte organisme, zigotul care a început să se dezvolte se păstrează până la debutul unui sezon favorabil pentru descendenți odată cu debutul primăverii, dezvoltarea sa continuă. Datorită acestei abilități, perioada totală de gestație într-o hermină poate dura până la 300-320 de zile, într-un samur - până la 230-280 de zile.

Fertilizarea în plante. Procesul de fertilizare a plantelor, deși este în general similar cu fertilizarea animalelor, are unele particularități. La angiosperme, gameții masculini (spermatozoizi), spre deosebire de spermatozoizi, sunt inactivi. Dezvoltarea lor începe cu formarea de microspori - boabe de polen - în antera florii. Un grăunte de polen matur conține o celulă vegetativă și două spermatozoizi.

Odată ajunsă la stigmatizarea pistilului, celula vegetativă formează un tub polenic care crește spre ovul. Spermatozoizii călătoresc prin acest tub în floare, iar când vârful tubului se rupe, intră în sacul embrionar. Una dintre ele fuzionează cu oul și formează un zigot - embrionul viitoarei plante. Al doilea spermatozoid fuzionează cu doi nuclei de celule haploide situate în centrul sacului embrionar. Ca rezultat, se formează o celulă triploidă - endospermul. Prin mitoze repetate, endospermul formează un mediu nutritiv în jurul embrionului.

A doua fertilizare cu formarea și dezvoltarea endospermului are loc numai după ce ovulul este fecundat. Acest proces sexual, universal pentru toate angiospermele, se numește fertilizare dublă. A fost descoperit în 1898 de celebrul botanist rus S. G. Navashin.

1. Care este esența genetică a fertilizării?
2. Cum se explică la nivel molecular prezența caracteristicilor tatălui și mamei la urmași?
3. Care este relația dintre probabilitatea întâlnirii gameților și numărul acestora?
4. Cum are loc fertilizarea la animale?
5. Descrieți succesiunea fertilizării la plante. Cum diferă procesele de fertilizare între animale și plante?
6. De ce se numește fertilizarea angiospermelor dublă?

MINISTERUL EDUCAŢIEI ŞI ŞTIINŢEI AL RF

Instituția de învățământ bugetară de stat federală

studii profesionale superioare

„UNIVERSITATEA DE STAT ULYANOVSK”

O.V. Stolbovskaya, N.A. Kurnosova, E.P. Drojdina, S.M. Slesarev, E.V. Slesareva

Biologie Reproducere și dezvoltare

Partea 1 Determinarea genului

Tutorial

UDC 57.017.64 (075.8)

BBK 28.073.8 ya73+28.03 ya73

Publicat prin hotărâre a Consiliului Academic

Institutul de Medicină, Ecologie și Cultură Fizică

Universitatea de Stat Ulyanovsk

Recenzători:

doctor în științe medicale,

Șef al Departamentului de Anatomie

Institutul de Medicină, Ecologie și Cultură Fizică

Universitatea de Stat Ulyanovsk ;

Manualul conține într-o formă concentrată principalul material teoretic, selectat în funcție de problemele programului. A fost analizată și sistematizată o mare cantitate de informații despre subiectele principale ale secțiunii „Reproducție și dezvoltare”. Manualul reflectă un număr relativ mic de subiecte fundamentale extrem de importante pentru cunoașterea naturii vii. Unul dintre obiectivele principale ale manualului este prezentarea materialului într-o formă concisă și ușor de înțeles.

Manualul este destinat studenților de la „Biologie” care studiază disciplina „Biologia reproducerii și dezvoltării”.

Reproducerea ca proprietate a organismelor vii

Capacitatea de a se reproduce este o proprietate integrală a ființelor vii și constă în capacitatea unui organism viu de a-și reproduce propriul fel. Cu ajutorul lui, speciile biologice și viața ca atare se păstrează în timp. În procesul de reproducere biologică, odată cu schimbarea generațiilor și menținerea variabilității speciilor, se rezolvă problemele creșterii numărului de indivizi, păstrării organizării structurale și fiziologice și transferului materialului genetic pe o serie de generații.

Reproducerea organismelor vii se realizează în două moduri, în funcție de poziția lor evolutivă: asexuată și sexuală.

În reproducerea asexuată, un singur părinte dă naștere unui nou organism. În acest caz, descendenții sunt copii genetice exacte ale organismului părinte. Descendenții unui părinte sunt de obicei numiți clonă. Reproducerea asexuată se bazează pe diviziunea celulară - mitoză. Semnificația biologică a reproducerii asexuate este: o creștere rapidă a numărului de descendenți; menținerea stabilității genetice a speciei; menţinerea adaptabilităţii speciei la condiţii constante de mediu.

Reproducerea sexuală se observă la organismele pluricelulare, care conțin două tipuri de celule: somatice și reproductive. În timpul reproducerii sexuale, doi indivizi părinți dau naștere unui nou organism: bărbat și femeie. Descendenții sunt diferiți genetic de părinții lor datorită fenomenelor de încrucișare, divergență independentă a cromozomilor omologi în anafaza I, cromatide în anafaza II a meiozei și fenomenul de fertilizare aleatorie.

Rolul biologic al reproducerii sexuale este : creșterea diversității genetice a descendenților, ceea ce mărește supraviețuirea în condiții de mediu în schimbare și contribuie la succesul evoluției speciei în ansamblu.

Diferențierea sexuală

Sexul este un set de caracteristici morfologice, fiziologice, biochimice și alte caracteristici ale unui organism care determină reproducerea. Caracteristicile sexuale sunt inerente tuturor organismelor vii. Diferențierea sexuală este un proces secvenţial care începe la fecundare cu stabilirea sexului cromozomial, continuă cu determinarea sexului gonadal și se termină cu dezvoltarea caracteristicilor sexuale secundare, inclusiv fenotipurile masculine și feminine.

Sexul cromozomial al unui embrion corespunde genetic sexului său fenotipic. Cu toate acestea, dacă diferențierea sexuală merge prost, atunci apar indivizi cu diferențiere sexuală anormală. Tulburările de dezvoltare sexuală detectabile clinic apar la mai multe niveluri, variind de la tulburări relativ comune ale etapelor finale ale diferențierii masculine (de exemplu, coborârea testiculară, creșterea penisului) până la anomalii fundamentale care duc la diferite grade de incertitudine fenotipică a sexului. Cele mai multe dintre aceste anomalii afectează reproducerea, dar de obicei nu pun viața în pericol.

Sexul se caracterizează prin caracteristici primare și secundare:

caracteristicile sexuale primare sunt reprezentate de organe care sunt direct implicate în procesele de reproducere și se formează în timpul embriogenezei;

Caracteristicile sexuale secundare nu participă direct la reproducere, ci contribuie la întâlnirea indivizilor de diferite sexe. Ele depind de caracteristicile sexuale primare, se dezvoltă sub influența hormonilor sexuali și apar în perioada pubertății (la om la vârsta de 12-15 ani).

Sexul determină dezvoltarea caracteristicilor somatice ale indivizilor, care sunt împărțite în trei categorii:

Limitat de sex;

Controlat prin podea;

Legat de cromozomii sexuali.

Dezvoltarea trăsăturilor limitate de sex este determinată de gene localizate în autozomii ambelor sexe, dar se manifestă la indivizi de același sex (producția de ouă la pui, producția de lapte la vaci).

Dezvoltarea trăsăturilor controlate de sex este determinată de gene localizate și în autozomii ambelor sexe, dar gradul și frecvența de manifestare este diferită la indivizii de diferite sexe (chelie și creșterea normală a părului la om).

Dezvoltarea trăsăturilor care sunt controlate de gene localizate pe cromozomii sexuali se numește moștenire gonozomală (legată de cromozomii sexuali).

Trăsăturile a căror dezvoltare este determinată de gene situate într-o regiune neomoloagă a cromozomului X se numesc legate de X (legate de sex) (daltonism, hemofilie etc.). Trăsăturile a căror dezvoltare este determinată de gene situate într-o regiune neomoloagă a cromozomului Y se numesc holandric și apar numai la bărbați (ihtioză, țesătură între degetele de la picioare etc.).

BAZA GENETICĂ MOLECULARĂ A DETERMINĂRII SEXULUI

Sexul la majoritatea animalelor și plantelor este determinat genetic în momentul fertilizării. Determinantul genetic decisiv al sexului este prezența sau absența cromozomului Y; fenotipul normal feminin este 46,XX, iar fenotipul masculin normal este 46,X Y (Figura 1). Meioza din celulele germinale reduce complementul cromozomial acestora la o stare haploidă, astfel încât ovocitele au 23,X, iar spermatozoizii au fie 23,X, fie 23,Y. Fertilizarea restabilește setul diploid de cromozomi și, în funcție de prezența sau absența cromozomului Y, determină sexul genetic fie ca 46, XX (feminin), fie 46, X Y (masculin).

Fig.1. Cariotipurile bărbaților și femeilor

Cea mai importantă funcție a cromozomului Y este determinarea sexului. Analiza persoanelor al căror sex fenotipic nu se corelează cu sexul genetic a condus la identificarea unei gene numită SRY (regiunea care determină sexul a cromozomului Y). S ex-determinant R regiune, Y-cromozom), care este necesar și suficient pentru determinarea sexului masculin. Gena SRY codifică un regulator transcripțional presupus care declanșează probabil o cascadă de evenimente care duc la dezvoltarea testiculelor și, ulterior, la diferențierea sexuală masculină. Cromozomul Y conține aproximativ 50 de gene care influențează dezvoltarea gonadelor, spermatogeneza, creșterea scheletului etc. (Figura 2).

Orez. 2. Schema cromozomului Y

Se crede că cromozomul Y a apărut din omologul original al cromozomului X. Regiunile de omologie de la capete, numite regiuni pseudoautozomale, îi permit să se conjugă cu cromozomul X în timpul meiozei. Între aceste regiuni pseudoautozomale se află regiuni discontinue de omologie X-Y intercalate cu regiuni care sunt unice pentru cromozomul Y. SRY, un mediator crucial al determinării sexului masculin, este situat pe brațul scurt al cromozomului Y în regiunea pseudoautosomală în care are loc de obicei recombinarea X-Y, SRY este uneori transferat de la cromozomul Y la X fie la bărbați 46.XX, fie la femei. 46.X Y .

Studiind cariotipurile multor animale, s-a constatat că organismul feminin are cromozomi X sexuali perechi, masculul are cromozomi neperechi: același cu cromozomul X feminin și unul mai mic, disponibil numai în organismele masculine - cromozomul Y.

Cu toate acestea, în natură există abateri de la această definiție a sexului în organismele vii.

Determinarea sexului depinde de numărul și compoziția cromozomilor sexuali. La insecta de apă Protenor, la unii fluturi și viermi, la bărbați sexul este determinat de un cromozom X (X0), iar la femele de doi cromozomi X.

La păsări, unii fluturi, pești, amfibieni și plante cu flori, sexul heterogametic (adică cu cromozomi sexuali diferiți) este feminin, iar femelele au un set de cromozomi sexuali XY sau XO, în timp ce masculii au XX.

În unele cazuri, apariția sexului masculin sau feminin este determinată nu de diferențele ereditare, ci de influența condițiilor de mediu. Un exemplu clasic este viermele de mare Bonellia viridis. Masculii, de câțiva milimetri, trăiesc în uterul femelei, unde își îndeplinesc sarcina - fertiliza ouăle. Masculul este un parazit tipic, care trăiește în interiorul corpului femelei, care are aproximativ dimensiunea unei prune.

Larvele care se dezvoltă după fertilizarea ouălor duc un stil de viață liber pentru o perioadă de timp, apoi se atașează de trunchiul unei femele mature sau se stabilesc și se atașează de fund. Larvele acestor două tipuri nu sunt diferite una de cealaltă. Larvele atașate de trunchiul femelei se dezvoltă în masculi. Ei pătrund în organele genitale feminine și trăiesc acolo ca paraziți. Larvele atașate de fund devin femele.

Determinarea sexului la reptile este reglată de schimbările temperaturii exterioare.

Ginandromorfi, intersexuali, hermafrodiți și alte abateri sexuale

La Drosophila și alte organisme se cunosc cazuri de ginandromorfism, când diferite părți ale corpului, după caracteristicile lor, aparțin sexelor diferite (Fig. 3). Corpul arată ca un mozaic, în care o parte este masculină și cealaltă este feminină. În acest caz, zigotul are doi cromozomi X și ar trebui să se dezvolte într-o femelă. Ea este un heterozigot pentru genele pentru ochi albi și aripi mici situate pe cromozomul X. În timpul primelor diviziuni de clivaj, cromozomul se pierde, iar dacă ecuatorul diviziunii mitotice este situat de-a lungul liniei de simetrie de la cap până la coada embrionului, o jumătate din corpul muștei este formată din celule cu un singur cromozom X. , care corespunde genotipului masculin. Cealaltă parte are doi cromozomi X și se dezvoltă într-o femelă.

Orez. 3. Drosophila gynandomorph (partea dreaptă a corpului este masculină, partea stângă este feminină).

Molia țigănească se caracterizează prin diferențe puternice între femele și masculi. Încrucișarea diferitelor rase geografice ale acestui fluture (european și japonez) a dus la apariția unor forme care sunt tranzitorii în caracteristicile lor între masculi și femele, adică la apariția intersexualității. Intersexurile au fost găsite și în Drosophila.

Persoanele intersexuale diferă de ginandromorfi prin faptul că nu au sectoare diferite determinate de sex.

Persoanele intersexuale își păstrează sexul determinat genetic până la un anumit punct de dezvoltare, dar apoi dezvoltarea continuă în direcția sexului opus.

Ca urmare, persoanele intersexuale diferă de indivizii normali prin faptul că caracteristicile lor sexuale primare și secundare sunt de natură intermediară, formând o serie continuă de tranziții de la un bărbat normal la o femeie normală (Fig. 4). Așa cum este descris de K. Bridges, muștele intersexuale din Drosophila erau ușor de distins de masculi și femele, erau muște mari cu peri grosieri, ochi mari și aspri și margini zimțate ale aripilor. Au fost prezenți piepteni genitali (un semn al unui bărbat). Abdomenul avea un caracter intermediar între un bărbat și o femeie. Organele genitale externe s-au format predominant după tipul feminin. Gonadele erau reprezentate de ovare rudimentare. Au fost prezente și spermatece. Adesea o gonadă era un ovar, cealaltă un testicul. Sau aceeași gonada ar putea fi un ovar cu un testicul înmugurit pe el.

Alături de heterosexualitate, hermafroditismul apare la multe plante și animale inferioare, atunci când sexele masculine și feminine sunt combinate într-un singur organism.