Razmnoževanje. Kaj je razmnoževanje v biologiji? Definicija in primeri razmnoževanja v naravi Kaj je definicija razmnoževanja

Med posamezniki - spolni proces.

Nespolno razmnoževanje je najstarejši in najenostavnejši način razmnoževanja in je zelo razširjen pri enoceličnih organizmih (bakterije, modrozelene alge, klorela, amebe, migetalkarji). Ta metoda ima svoje prednosti: partnerja ni treba iskati, koristne dedne spremembe pa se ohranijo skoraj za vedno. Vendar pa je pri tem načinu razmnoževanja variabilnost, potrebna za naravno selekcijo, dosežena le z naključnimi mutacijami in se zato pojavlja zelo počasi. Vendar je treba opozoriti, da sposobnost vrste za nespolno razmnoževanje ne izključuje zmožnosti spolnega procesa, vendar so ti dogodki časovno ločeni.

Najpogostejši način razmnoževanja enoceličnih organizmov je delitev na dva dela, ki tvorita dva ločena osebka.

Menjava generacij v rastlinah

Gametofit se razvije iz spore, ima en sam niz kromosomov in ima spolne organe za razmnoževanje - gametangije. V heterogametnih organizmih se moški gametangiji, ki proizvajajo moške gamete, imenujejo anteridiji, ženski gametangiji pa arhegoniji. Ker ima gametofit, tako kot gamete, ki jih proizvaja, en niz kromosomov, gamete nastanejo s preprosto mitotično delitvijo.

Pri zlitju gamet nastane zigota, iz katere se razvije sporofit. Sporofit ima dvojni niz kromosomov in nosi organe nespolnega razmnoževanja - sporangije. Pri heterospornih organizmih se moški gametofiti razvijejo iz mikrospor, ki nosijo izključno anteridije, iz megaspor pa se razvijejo ženski gametofiti. Mikrospore se razvijejo v mikrosporangiju, megaspore pa v megasporangiju. Med sporulacijo pride do mejotske redukcije genoma in v sporah se obnovi en niz kromosomov, značilnih za gametofit.

Evolucija razmnoževanja

Evolucija razmnoževanja je praviloma šla v smeri od nespolnih oblik do spolnih, od izogamije do anizogamije, od sodelovanja vseh celic pri razmnoževanju do delitve celic na somatske in spolne, od zunanje oploditve k notranji oploditvi. z intrauterinim razvojem in skrbjo za potomce.

Hitrost razmnoževanja, število potomcev, pogostost menjave generacij skupaj z drugimi dejavniki določajo stopnjo prilagajanja vrste na okoljske razmere. Na primer, visoke stopnje razmnoževanja in pogoste menjave generacij omogočajo žuželkam, da hitro razvijejo odpornost na pesticide. V evoluciji vretenčarjev - od rib do toplokrvnih živali - obstaja težnja k zmanjšanju števila potomcev in povečanju njihovega preživetja.

Poglej tudi

Opombe

Povezave

Fundacija Wikimedia. 2010.

• Hačaturjan, Aram Iljič
• Izposojene besede v ruščini

Poglejte, kaj je "Reprodukcija" v drugih slovarjih:

RAZMNOŽEVANJE- lastnost razmnoževanja lastne vrste, ki je lastna vsem organizmom, kar zagotavlja kontinuiteto in kontinuiteto življenja. Metode R. so zelo raznolike. Običajno so trije glavni. oblike R.: nespolne (pri praživalih, delitev na dvoje, shizogonija, pri višjih... ... Biološki enciklopedični slovar

RAZMNOŽEVANJE- RAZMNOŽEVANJE, reprodukcija, mn. ne, prim. 1. Tožba po pogl. pomnoži pomnoži in povej po pogl. pomnožiti pomnožiti. 2. Postopek proizvajanja potomcev (biol.). Spolno razmnoževanje. Nespolno razmnoževanje. Razmnoževanje z delitvijo. Razmnoževanje...... Razlagalni slovar Ušakova

razmnoževanje- Cm … Slovar sinonimov

RAZMNOŽEVANJE- RAZMNOŽEVANJE, proces, s katerim živi organizmi ustvarjajo nove sebi podobne organizme. Razmnoževanje je lahko spolno ali nespolno; prvi je zlitje dveh posebnih CELIC različnih staršev; in drugi je ustvarjanje novih organizmov iz ... ... Znanstveni in tehnični enciklopedični slovar

Razmnoževanje- sposobnost organizmov, da proizvajajo svoje vrste, kar zagotavlja ohranitev njihove vrste in kontinuiteto bivanja v biocenozah. Razmnoževanje odlikuje nespolno razmnoževanje, delitev osebkov (npr. pri enoceličnih rastlinah), vegetativni razvoj... ... Ekološki slovar

RAZMNOŽEVANJE- RAZMNOŽEVANJE ali sposobnost samorazmnoževanja je ena glavnih lastnosti živih bitij, ki zagotavlja ohranitev življenja vrste. Med na videz neskončno raznolikostjo metod R. lahko izpostavimo dve glavni vrsti: R. z uporabo ene celice ali ... ... Velika medicinska enciklopedija

razmnoževanje- RAZMNOŽEVANJE, razmnoževanje RAZMNOŽEVANJE/MNOŽENJE, razmnoževanje, razmnoževanje/ločitev, zastarelo. ohranjen, zastarel pomnožiti, razširiti biti ploden/množiti in množiti ... Slovar-tezaver sinonimov ruskega govora

Razmnoževanje- * razmnoževanje * razmnoževanje je sposobnost telesa, da proizvede sebi podobne, kar zagotavlja ohranitev življenja. R. je razdeljen na: a) aseksualno ali vegetativno, razen mejoze (glej); b) do oploditve pride z ločevanjem delov... ... Genetika. enciklopedični slovar

Pomembna lastnost vseh organizmov je razmnoževanje, ki zagotavlja ohranjanje življenja.

Razmnoževanje, ki poteka brez sodelovanja reproduktivnih celic, se imenuje nespolno razmnoževanje.

Nespolno razmnoževanje

Za nespolno razmnoževanje je značilno, da so hčerinske celice glede vsebine dednih informacij, morfoloških, anatomskih in fizioloških značilnosti popolnoma enake matičnim celicam. Nespolno razmnoževanje poteka s pomočjo posameznih (nespolnih) celic (različni načini delitve, sporulacije), iz katerih nastanejo hčerinske celice ali se razvijejo večcelični organizmi.

Vegetativno razmnoževanje je zagotovljeno z ločevanjem večceličnih delov od matičnega večceličnega organizma (korenine, listi, poganjki, potaknjenci, plasti, pa tudi spremenjeni podzemni poganjki - gomolji, čebulice, korenike v rastlinah in delih telesa, "brsti" pri živalih) .

Biološki pomen nespolnega in vegetativnega razmnoževanja je, da se lahko v kratkem času število vrst znatno poveča.

Spolno razmnoževanje

Za spolno razmnoževanje je značilna izmenjava genetskih informacij med samicami in moškimi prek posebnih haploidnih spolnih celic - gamet.

Gametogeneza je proces nastajanja gamet.

Spolno razmnoževanje obstaja pri skoraj vseh rastlinah in živalih. Zrele visoko specializirane zarodne celice - gamete: ženske - jajčeca, moške - semenčice - ko se spojijo, tvorijo zigoto, iz katere se razvije nov hčerinski organizem. Ko doseže spolno zrelost, novi organizem nato proizvede gamete, ki povzročijo naslednje potomce. Tako se izvaja kontinuiteta generacij.

Gamete nastanejo iz diploidnih celic s posebno vrsto celične delitve – mejozo.

Proces mejoze je sestavljen iz dveh zaporednih delitev - mejoze in mejoze.

Glavna značilnost mejoze je zmanjšanje števila kromosomov za 2-krat.

Če primerjamo mitozo in mejozo, lahko opazimo naslednje podobnosti in razlike:

Pri nastajanju zarodnih celic pri živalih pride do zmanjšanja števila kromosomov na zadnji stopnji oogeneze in spermatogeneze (nastanek samic in samcev zarodnih celic).

Z združitvijo gamete tvorijo zigoto (oplojeno jajčece), ki nosi lastnosti obeh staršev, zaradi česar se dedna variabilnost potomcev močno poveča. To je prednost spolnega razmnoževanja pred nespolnim razmnoževanjem.

Vrste razmnoževanja

Vrsta spolnega razmnoževanja je partenogeneza (iz latinskega "parthenos" - devica + gr. "genesis" - rojstvo), pri kateri pride do razvoja novega organizma iz neoplojenega jajčeca (pri čebelah). Konjugacija - dva osebka se združita in izmenjata dedni material (ciliati).

Kopulacija je zlitje dveh celic enake velikosti v eno (kolonialne flagele itd.)

Pri višjih rastlinah se mejoza ne pojavi med nastajanjem gamet, temveč na zgodnejši stopnji razvoja - med nastajanjem spor (pri kritosemenkah - med nastajanjem cvetnega prahu in zarodne vrečke).

Za kritosemenke je značilen proces dvojne oploditve, ki ga je leta 1898 odkril S. G. Navashin.

Posebnost oploditve pri cvetnicah je v nasprotju z živalmi ta, da ne sodeluje ena, ampak dve semenčici, zato jo imenujemo dvojna oploditev. Njegovo bistvo je v tem, da se ena semenčica spoji z jajčecem, druga pa z osrednjo diploidno celico, iz katere se nadalje razvije endosperm.

V naravi je razmnoževanje z menjavanjem spolnih in nespolnih generacij zelo razširjeno pri rastlinah in nekaterih živalih (koelenterati). Ta vrsta reprodukcije je podrobno opisana v prvem delu priročnika.

Razmnoževanje

inherentna lastnost vseh organizmov, da razmnožujejo svoje vrste, kar zagotavlja kontinuiteto in kontinuiteto življenja. Vse oblike R. v organizmih s celično strukturo temeljijo na celični delitvi. Predlagane so bile različne klasifikacije oblik R. Obstajajo tri glavne metode R.: aseksualna, vegetativna in spolna. Pri nespolni R. se organizem razvije iz ene celice, ki ni spolno diferencirana. V vegetativni R. je začetek novega organizma večcelični rudimenti, včasih kompleksno diferencirani. Pred spolnim R. nastanejo gamete (glej gamete) (spolne celice); R. sama pride do njihovega zlitja v zigoto (glej Zigota) - oploditev, ki jo spremlja združitev ne le citoplazme gameta, ampak tudi njihovih jeder. Začetek obdobja R. v nekaterih primerih sovpada s prenehanjem rasti, v drugih pa ne pomeni zaustavitve rasti posameznika in se ustavi šele z nastopom starosti ali se nadaljuje do smrti organizma, v pri drugih se začne nekaj let po prenehanju rasti. R. je lahko enojna ali večkratna. Za enocelične organizme, ki se razmnožujejo z delitvijo, pa tudi za letne in dvoletne cvetoče rastline je R. hkrati zaključek njihovega življenjskega cikla. Nekatere (tako imenovane monokarpne) trajnice, pa tudi nekatere vrste rib, se razmnožujejo enkrat v življenju.

Veliko pogosteje v rastlinskem in živalskem svetu opazimo več reakcij, za vsako vrsto je značilna določena intenzivnost sevanja, ki se včasih spreminja v precej širokem razponu glede na pogoje obstoja.

Razmnoževanje živali. Nespolno razmnoževanje praživali poteka z delitvijo na dvoje (prečno ali vzdolžno). V nekaterih od njih se cepitveni produkti ne ločijo in posledično nastanejo kolonije (glej Kolonija). Poleg delitve na dva, obstajajo tudi druge oblike aseksualne R. praživali: večkratna delitev ali shizogonija in številne druge.

Vegetativni R. večceličnih organizmov je nastal sekundarno in neodvisno v različnih skupinah organizmov in se izvaja v najrazličnejših oblikah. Pogosto se kombinira z R. s pomočjo enoceličnih rudimentov, imenovanih aseksualni R. (v širšem pomenu besede) na podlagi odsotnosti spolnega procesa, čeprav sta po izvoru to dve različni obliki R. Med večceličnimi živali, sposobnost vegetativnega R. imajo predvsem nižje - spužve, coelenterati, ploščati črvi, bryozoans, nekateri obročasti črvi. Med strunarji je vegetativna rast pogosta v sekundarno poenostavljenih oblikah - plaščarji. Pogosteje se izvaja z brstenjem (zunanjim ali notranjim), redkeje z razdelitvijo telesa na enake dele. Pri koelenteratah in mahovnicah nepopolna vegetativna rast povzroči nastanek kolonij.

Pri spolnem razmnoževanju je glavni proces zlitje spolnih celic (glej Oploditev). V tem primeru zigota združuje kromosomski kompleks, ki nosi dedne informacije, ki izvirajo od obeh staršev. Pojav spolnega procesa na podlagi bolj primitivnega aseksualnega R. je bil progresivni dejavnik v evoluciji, ki je povečal dedno variabilnost in s tem stopnjo evolucije. Gamete so vedno haploidne – nosijo en niz kromosomov. Zigota je diploidna - ima seznanjen nabor kromosomov. Preoblikovanje diploidnega kromosomskega kompleksa v haploidnega nastane kot posledica mejoze a. Slednje se pri večceličnih živalih zgodi pred nastankom gamet. Pri protozojih se lahko njegova lokacija med življenjskim ciklom spreminja. Izogamija se pojavlja pri nekaterih praživalih - kopulacija morfološko neločljivih gamet. Druge kažejo bolj ali manj izrazito anizogamijo - prisotnost različnih gamet, od katerih so nekatere ženske ali makrogamete velike in bogate s citoplazmo in rezervnimi snovmi, druge moške ali mikrogamete pa so zelo majhne in gibljive. Skrajna oblika anizogamije je oogamija, pri kateri makrogamet predstavlja velika, z rezervnimi snovmi bogata negibna jajčna celica, mikrogamete pa gibljiva majhna semenčica.

Pri nekaterih živalih (številni členonožci, zlasti žuželke) razvoj reproduktivne celice pod določenimi pogoji poteka brez oploditve. To sekundarno poenostavljeno obliko spolnega razmnoževanja imenujemo partenogeneza ali njeno posebno obliko predstavlja pedogeneza - deviško razmnoževanje v fazi ličinke (značilno za nekatere dvokrilce in hrošče).

Za mnoge živali je značilno naravno menjavanje različnih oblik R., ki jih je mogoče kombinirati z menjavanjem morfološko različnih generacij. Obstajata primarna in sekundarna menjava generacij. Med primarnim, aseksualnim in spolnim R. se izmenjujejo pri mnogih protozojih (na primer pri sporovcih). Sekundarna oblika menjave generacij vključuje metagenezo in Heterogonija. Med metagenezo se izmenjujeta spolni R. in vegetativni R.; Tako v razredu hidroidov (vrsta koelenteratov) polipi brstijo in tvorijo kolonije, na katerih se razvijejo meduze (spolna generacija); slednji se ločijo od kolonij, prosto plavajo v vodi in razvijejo spolne žleze. Primer heterogonije je menjavanje generacij pri kladocerskih rakih in kolobarjih. Večino poletja se te živali razmnožujejo partenogenetsko, šele jeseni se iz njih razvijejo samci in samice.

Na začetek obdobja R. in njegovo intenzivnost močno vplivajo okoljski pogoji - temperatura, dolžina dnevne svetlobe, intenzivnost osvetlitve, prehrana itd. Pri višjih živalih je aktivnost reproduktivnih organov povezana s funkcijami endokrinih žlez, kar omogoča spodbujanje ali odlaganje pubertete. Na primer, pri ribah dodatna presaditev hipofize ali uvedba njenih hormonov povzroči začetek zrelosti, ki se uporablja v praksi vzreje dragocenih rib, kot je jeseter.

Lit.: Myasoedov S.V., Pojavi razmnoževanja in spola v organskem svetu, Tomsk, 1935; Hartmann M., Splošna biologija, trans. iz nemščine, M. - L., 1936; Dogel V. A., Polyansky in Yu. I., Heisin E. M., Splošna protozoologija, M. - L., 1962; Willy K. in Dethier V., Biologija. (Biološki procesi in zakonitosti), prev. iz angleščine, M., 1974; Meisenheimer J., Geschlecht und Geschlechter im Tierreiche, Jena, 1921; Hartmann M., Die Sexualität, Stutt., 1956.

Yu. I. Polyansky.

Razmnoževanje rastlin. Za rastline so poleg spolnega razmnoževanja značilni različni načini nespolne in vegetativne rasti, ki se izvajajo z razvojem novih osebkov iz vegetativnih organov ali njihovih delov, včasih iz posebnih tvorb, ki nastanejo na steblih, koreninah ali. listov in so posebej zasnovani za vegetativno rast. Tako kot pri nižjih in višjih rastlinah so načini vegetativne rasti različni. Pri višjih rastlinah temelji na sposobnosti regeneracije (Glej Regeneracija). Vegetativni R. ima v naravi zelo pomembno vlogo in ga ljudje pogosto uporabljajo. Številne gojene rastline se razmnožujejo skoraj izključno vegetativno - le v tem primeru se ohranijo njihove dragocene sortne lastnosti.

Nespolno razmnoževanje pri mnogih rastlinah poteka s tvorbo gibljivih ali nepremičnih trosov (glej spore). V nižjih rastlinah se oblikujejo posebne spore nespolnega R., ki nastanejo endogeno - običajno znotraj posebnih sporangijev (glej sporangij). (pri algah in nižjih glivah) ali eksogeno - na površini vej steljke - konidioforji (pri višjih glivah). V rastlinah, ki so v svojem razvoju povezane z vodnim okoljem, so te spore mobilne. Sporulacija višjih rastlin (razen semenk) je obvezna faza njihovega življenjskega cikla, ki se redno izmenjuje s spolnim razmnoževanjem (glej Izmenjava generacij). Spolni R. je prisoten v večini rastlin; Ni ga v modrozelenih algah, številnih nepopolnih glivah in lišajih. Pri modrozelenih algah spolno razmnoževanje očitno nikoli ni obstajalo; pri nepopolnih glivah in lišajih se je verjetno izgubilo med procesom evolucije. Pri drugih nižjih rastlinah je spolno razmnoževanje izraženo izjemno raznoliko. Kot rezultat spolnega procesa (konjugacija, izogamija, heterogamija, oogamija, gametangiogamija) tvorijo zigoto, ki preide v stanje mirovanja (pri večini zelenih alg, nekaterih rjavih algah in nižjih glivah) ali takoj vzklije, kar povzroči bodisi diploidni vegetativni talus (v večini rjavih alg) ali spore spolnega R. (karpospore rdečih alg). Pri vrečarjih in bazidiomicetah je spolni proces edinstven: tipična zigota se ne tvori; askospor ali bazidiospor. Za glive je značilna tvorba dvojedrnega micelija, ki je pri bazidiomicetah osnova tako vegetativnega telesa (micelija) kot plodov. Nižje rastline, ki proizvajajo veliko spor nespolnega R., imajo običajno nizko energijo spolnega R. V mahovih se organi spolnega R. pojavijo na sami rastlini - gametofit (spolna generacija). Pri nekaterih mahovih se moški reproduktivni organi (antheridia (Glej Antheridium)) in ženski (Arhegonija (Glej Archegonium)) razvijejo na isti rastlini, v drugih - na različnih. Arhegonij vsebuje eno veliko jajce. V anteridiju se razvije veliko gibljivih semenčic. V kapljicah rose ali dežja semenčice, ki se sprostijo iz anteridija, dosežejo arhegonij, prodrejo vanj in se spojijo z jajčecem. Iz oplojenega jajčeca se razvije sporogonij, v katerem se z mejozo razvijejo spore za nespolno razmnoževanje. Pri praprotih, preslicah, mahovih in selaginelah so organi za spolno razmnoževanje podobni mahovnikom, vendar so poenostavljeni in nastanejo na majhnem izrastku. (gametofit), ki se razvije iz spore in živi v večini od njih, ne glede na sporofit. Protale so običajno enospolne, pri nekaterih vrstah pa dvospolne. Gnojenje je enako kot pri mahovih.

Za semenke je značilna posebna vrsta regeneracije - semenska, pri kateri nastanejo semena - zametki, ki zagotavljajo najučinkovitejše razširjanje vrste. Pri golosemenkah se semena razvijejo iz jajčec (glej Ovule), večinoma na posebnih spremenjenih listih - sporofilih (sporolistih). V jajčni celici, ki je homologna megasporangiju (glej Megasporangij), nastanejo 4 megaspore, 3 od njih odmrejo, preostala pa z delitvijo povzroči protalus, sestavljen iz kompleksa tankostenskih celic - endosperma in 2 ali več primitivnih arhegonij. Iz oplojenih jajčec arhegonija se razvijejo zarodki, iz jajčne celice pa seme, ki vsebuje 1 zarodek (ostali odmrejo). Pri kritosemenkah se semena razvijejo iz jajčnih celic, zaprtih v jajčniku cveta. Megaspore nastanejo tudi znotraj jajčne celice. Pri večini rastlin običajno 3 odmrejo, iz preostalega nastane zarodna vreča, običajno sestavljena iz 7 celic, od katerih se ena, jajčece, po oploditvi razvije v zarodek. Iz jajčeca nastane seme, celoten jajčnik pa se spremeni v plod. Pri nekaterih cvetočih rastlinah se semena oblikujejo brez oploditve (glej Apomixis).

Lit.: Meyer K.I., Razmnoževanje rastlin, M., 1937; Kursanov L.I., Mikologija, 2. izd., M., 1940; Mageshwari P., Embriologija kritosemenk, trans. iz angleščine, M., 1954; Poddubnaya-Arnoldi V. A., Splošna embriologija kritosemenk, M., 1964; Botanika, 7. izd., 1, M., 1966; Schnarf K., Embryologie der Angiospermen, B 1 B., 1927; njegova, Embryologie der Gymnospermen, B., 1933; Chamberlain Chi. J., Golosemenke. Struktura in razvoj, Chi., .

D. A. Trankovskega.

Velika sovjetska enciklopedija. - M.: Sovjetska enciklopedija. 1969-1978 .

Poglejte, kaj je "Reprodukcija" v drugih slovarjih:

Lastnost razmnoževanja lastne vrste je lastna vsem organizmom, kar zagotavlja kontinuiteto in kontinuiteto življenja. Metode R. so zelo raznolike. Običajno so trije glavni. oblike R.: nespolne (pri praživalih, delitev na dvoje, shizogonija, pri višjih... ... Biološki enciklopedični slovar

RAZMNOŽEVANJE, razmnoževanje, mn. ne, prim. 1. Tožba po pogl. pomnoži pomnoži in povej po pogl. pomnožiti pomnožiti. 2. Postopek proizvajanja potomcev (biol.). Spolno razmnoževanje. Nespolno razmnoževanje. Razmnoževanje z delitvijo. Razmnoževanje...... Razlagalni slovar Ušakova

cm … Slovar sinonimov

RAZMNOŽEVANJE, proces, s katerim živi organizmi ustvarjajo nove sebi podobne organizme. Razmnoževanje je lahko spolno ali nespolno; prvi je zlitje dveh posebnih CELIC različnih staršev; in drugi je ustvarjanje novih organizmov iz ... ... Znanstveni in tehnični enciklopedični slovar

Sposobnost organizmov, da proizvajajo svoje vrste, kar zagotavlja ohranitev njihove vrste in kontinuiteto njihovega bivanja v biocenozah. Razmnoževanje odlikuje nespolno razmnoževanje, delitev posameznikov (na primer pri enoceličnih rastlinah), vegetativni razvoj ... ... Ekološki slovar

RAZMNOŽEVANJE- RAZMNOŽEVANJE ali sposobnost samorazmnoževanja je ena glavnih lastnosti živih bitij, ki zagotavlja ohranitev življenja vrste. Med na videz neskončno raznolikostjo metod R. lahko izpostavimo dve glavni vrsti: R. z uporabo ene celice ali ... ... Velika medicinska enciklopedija

razmnoževanje- RAZMNOŽEVANJE, razmnoževanje RAZMNOŽEVANJE/MNOŽENJE, razmnoževanje, razmnoževanje/ločitev, zastarelo. ohranjen, zastarel pomnožiti, razširiti biti ploden/množiti in množiti ... Slovar-tezaver sinonimov ruskega govora

Naše vsakodnevne izkušnje na žalost kažejo, da so vsa živa bitja podvržena smrti. * Bitja zbolijo, se postarajo in nazadnje umrejo. Mnogi imajo še krajše življenje – požrejo jih plenilci. Da bi zagotovili, da življenje na Zemlji ne preneha, so vsa bitja obdarjena z univerzalno lastnostjo - sposobnostjo razmnoževanja.

Z vso raznolikostjo živih organizmov, ki naseljujejo planet, z vsemi razlikami v strukturi in življenjskem slogu, se načini njihovega razmnoževanja v naravi zmanjšajo na dve obliki: aseksualno in spolno. Nekatere rastline združujejo ti dve obliki, razmnožujejo se z gomolji, potaknjenci ali s plastenjem (nespolno razmnoževanje) in hkrati s semeni (spolno razmnoževanje).

Pri nespolnem razmnoževanju se potomci razvijejo iz celic prvotnega organizma. Med spolnim razmnoževanjem se razvoj novega bitja začne z eno samo celico, ki nastane iz zlitja dveh starševskih celic - moške in ženske.

Bistvo razmnoževanja je ohranjanje ne le življenja kot celote, temveč tudi vsake posamezne vrste živali in rastlin, v organizaciji kontinuitete med potomci in starševskimi bitji. Molekularna osnova procesov razmnoževanja vseh organizmov je sposobnost DNK, da se samopodvoji. Posledično se genetski material reproducira v strukturi in delovanju hčerinskih organizmov.

* Sveto pismo in dela svetih očetov so prežeta z idejo, da smrt in pokvarjenost nista bili ustvarjeni prvotno, ampak sta prišli na svet kot posledica padca prvega človeka (Mdr 1,13 in 2,23, Rimljanom 5:12 itd.).

Celična delitev. Mitoza

Življenjski cikel celice. Proces delitve in interfaze sta tesno povezana; njuna celota sestavlja življenjski cikel celice. Njegovo trajanje v rastlinskih in živalskih celicah je v povprečju 10-20 ur.

V kemično aktivnem okolju prehranskega trakta se epitelne celice črevesja hitro obrabijo in se zato neprekinjeno delijo - dvakrat na dan se celice roženice začnejo deliti enkrat na tri dni, epitelne celice kože pa enkrat na mesec. Za proces delitve celica porabi povprečno od 1 do 3 ure, odvisno od zunanjih pogojev (osvetlitev, temperatura itd.).

V jetrih živali so tako imenovane mirujoče celice, ki se delijo le v kriznih situacijah. Na primer, ko se del jeter odstrani, se te celice začnejo intenzivno razmnoževati in hitro dopolnjujejo število, potrebno za normalno delovanje organa.

Nekatere visoko specializirane celice (nevroni, nekateri levkociti) pri odraslih bitjih se nikoli ne delijo. Njihov celični ciklus se konča z apoptozo (grško apo iz  ptosis padec) – programirano smrtjo. V nekaterih primerih so druge celice v telesu podvržene apoptozi. To se zgodi na naslednji način. Najprej celica prejme določen kemični signal za izvedbo samouničenja. Nato se v njegovem Golgijevem kompleksu in lizosomih aktivirajo encimi, ki uničijo (lizirajo) glavne sestavine citoplazme in jedra. Po tem celica razpade na membranske vezikle, ki jih absorbirajo fagocitne celice, ki obdelujejo tuje sestavine. Med apoptozo ni vnetnega procesa.

Z apoptozo paglavci izgubijo rep, ličinke žuželk pa izgubijo odvečno tkivo, ko dozorijo v odrasle osebke. Prsti človeškega zarodka so povezani s tkivnimi membranami. Med embriogenezo so membrane programirane za uničenje.

Apoptoza pomaga telesu, da se znebi celic, ki imajo nakopičene genetske poškodbe, pa tudi obolelih in ostarelih celic. Mnogi virusi, ki prodrejo v celico, najprej poskušajo motiti njen mehanizem apoptoze, da ne bi bili uničeni skupaj z obolelo celico.

Ko je apoptoza motena, se razvijejo resne bolezni, kot so sistemski eritematozni lupus, Parkinsonova bolezen in napredujejo virusne okužbe.

Apoptozo lahko sprožijo zunanji dejavniki: kemična izpostavljenost ali sevanje. To je osnova za delovanje nekaterih zdravil in posebnih sevalcev, ki povzročajo apoptozo rakavih celic. Izzvana apoptoza včasih vodi do nevarnih posledic. Tako dolgotrajna motnja krvnega obtoka srčne mišice povzroči uničenje le majhnega dela njenih celic, vendar njihova smrt povzroči apoptozo številnih sosednjih celic in posledično obsežen miokardni infarkt.

Poleg apoptoze obstajajo tudi drugi mehanizmi, ki omejujejo vitalno aktivnost celic. Tako se zaradi vsakega dejanja delitve končni odseki DNK kromosomov skrajšajo. Ko izguba genskega materiala postane kritična, se celica preneha deliti. Nekatere skupine celic večceličnih bitij, tako kot enocelični organizmi, imajo sposobnost ustvarjanja neomejenega števila generacij. To so tako imenovane matične celice. Pri človeku so matične celice celice rdečega kostnega mozga, iz katerih nastanejo rdeče krvne celice, bele krvničke in trombociti. V matičnih celicah, tako kot v enoceličnih organizmih, se sintetizira poseben encim, ki podaljša končne dele DNA - telomerazo.

Ciliati se za razliko od ameb in bakterij ne morejo deliti v nedogled. Po določenem, dovolj velikem številu delitev, pokažejo znake staranja (degeneracije). Nato se dva ostarela migetalca "zlepita" in konjugirata - izmenjata del jedrne DNK, tj. genetske informacije. Po konjugaciji se obnovi sposobnost preživetja vsakega ciliata: poveča se metabolizem, poveča se hitrost delitve itd.

Delitev celic je osnova procesov razmnoževanja in razvoja organizmov. Delitev poteka v dveh fazah. Najprej se jedro deli, nato pa pride do citokineze – same delitve celice.

Mitoza. Glavna metoda delitve jedra v evkariontskih celicah se imenuje mitoza. Obstajajo štiri faze mitoze: profaza, metafaza, anafaza in telofaza.

Profaza. V profazi so priprave na delitev zaključene. Kromosomi se močno odebelijo in postanejo vidni pod svetlobnim mikroskopom. Zdaj sta to dve spiralizirani DNK (kromatidi), ki nastaneta med procesom podvajanja in sta med seboj povezani s centromerami.

Branje informacij iz DNK se ustavi, sinteza RNK se konča. Ribosomske podenote se sprostijo v citoplazmo in nukleoli izginejo. Mikrotubuli citoskeleta razpadejo. Iz beljakovin, ki jih sestavljajo, se začne na centriolih oblikovati delitveno vreteno. Centrioli se razhajajo proti nasprotnim polom celice. Zunanji mikrotubuli se pritrdijo na zunanjo membrano in določijo položaj centriolov. Nazadnje jedrska membrana razpade na fragmente in kromosomi končajo v citoplazmi. Robovi drobcev lupine se zbližajo in tvorijo majhne vezikle-vakuole, ki se združijo z membranami endoplazmatskega retikuluma.

Metafaza. Za to fazo delitve je značilna preureditev kromosomov v citoplazmi. Ko mikrotubuli iz najbližjega centriola zrastejo do kromosoma, se ta začne pomikati proti središču celice, ko mikrotubul raste, dokler se na svoji centromerni regiji ne poveže z mikrotubuli iz drugega centriola. Stiki kromosomov z mikrotubuli se pojavljajo naključno; skozi mikroskop je mogoče videti, kako se kromosomi močno vrtijo in premikajo naprej in nazaj, dokler jih mikrotubuli ne ujamejo z dveh nasprotnih strani. Do konca metafaze so vsi kromosomi sestavljeni v ekvatorialnem območju celice. So čim bolj kompaktni in jasno vidni. Metafazni kromosomi se uporabljajo za določanje števila in zgradbe kromosomov organizma – njegov kariotip.

Centromerne regije kromosomov se ločijo in postanejo neodvisne. Izkaže se, da je vsak od njih pritrjen s centromero na svoj delitveni pol.

Anafaza. Za začetek stopnje je značilna divergenca kromatid vsakega kromosoma proti nasprotnim polom. Kontraktilni proteini se nahajajo v centromernih regijah. Gibanje nastane kot posledica njihovega aktivnega dela z uporabo energije ATP (20 molekul se razdeli za premikanje vsakega kromosoma). Kromosomski kraki pasivno sledijo centromeri. Sproščeni deli mikrotubulov se takoj uničijo. Zdi se, da se vzdolž mikrotubulov ne premikajo kromosomi, ampak mikrotubule same, se krčijo in vlečejo kromosome.

Ko kromosomi dosežejo delitvene pole, se anafaza konča.

Očitno je, da v odsotnosti vretena ne pride do razmnoževanja celic. Kemična izpostavljenost, ki uniči mikrotubule, je eden od načinov za zatiranje rasti tumorja.

Telofaza. Na tej zadnji stopnji mitoze nastane nova jedrska ovojnica s fuzijo veziklov endoplazmatskega retikuluma. Kromosomi se despirirajo v dolge tanke filamente, na katerih se oblikujejo nukleoli. Fisijsko vreteno je uničeno. Mikrotubuli novega citoskeleta začnejo rasti iz beljakovin, ki ga sestavljajo iz centriolov.

Citokineza. Končna delitev na dvoje v živalskih celicah poteka s zožitvijo. V rastlinskih celicah se od sredine do robov razrašča membrana, na kateri se nato pojavi gosta celična stena. Organeli (mitohondriji, ribosomi, Golgijev kompleks itd.) so razporejeni med hčerinskimi celicami v približno enakih količinah.

Med mitozo nekaterih celic srčne mišice in jeter ne nastane zožitev, zato so nekatere celice teh organov dvojedrne.

Bodimo pozorni na dejstvo, da so vsi procesi mitoze določeni s kromosomskimi transformacijami. Po podvojitvi v interfazi se kromosomi začnejo spiralizirati in vstopijo v citoplazmo v profazi. V metafazi se zberejo v ekvatorialnem območju in se ločijo, da se v anafazi razpršijo na različne polove. Na končni stopnji telofaze kromosomi prevzamejo prvotno obliko tankih despiraliziranih niti, značilnih za interfazo.

Število kromosomov. Z mitotično delitvijo hčerinske celice prejmejo nabor kromosomov od matične celice, tako da imajo celice po vsem telesu enake kromosome.

Celice, ki tvorijo vsa tkiva in organe telesa, imenujemo somatske. Specializirane zarodne celice sodelujejo pri razmnoževanju. Somatske celice vsebujejo diploidni (dvojni) nabor kromosomov. V tem nizu je vsak gen kodiran na dveh podobnih (homolognih) kromosomih. Skupina zarodnih celic je haploidna (enojna). Kromosomi zarodnih celic nimajo homologov; vsak gen v njihovem nizu je edinstven. Število kromosomov haploidnega in diploidnega niza je vrstno specifično, to je konstantno za vsako vrsto organizma.

Kromosomski niz človeških somatskih celic vključuje 46 kromosomov: 22 homolognih parov in dva neparna kromosoma, ki določata spol. Človeške zarodne celice vsebujejo le 23 posameznih kromosomov. Pri kokoši obsega diploidni niz 78 kromosomov, haploidni pa 39. Primeri ostalih sklopov so navedeni v tabeli.

Analiza kromosomskih nizov kaže, da kompleksnost in popolnost različnih organizmov ni določena samo s številom kromosomov.

Biološki pomen mitoze. Poleg izgradnje telesa ima mitoza še en, pomembnejši namen. Med procesom mitoze se genetski material razmnožuje. Zahvaljujoč temu je mogoče ohraniti strukturo in delovanje organov in tkiv za nešteto generacij. Identiteta genskega materiala je še posebej pomembna za večcelične organizme, katerih celice so v tesni in usklajeni interakciji. Natančna reprodukcija in prenos genetskih informacij je glavni biološki pomen mitoze.

Mitotična delitev zagotavlja najpomembnejše življenjske procese: embrionalni razvoj in rast, regeneracijo organov in tkiv po poškodbah, ohranjanje strukture in delovanja telesa s stalno izgubo delovnih celic. Kožne celice se luščijo, črevesne epitelne celice uniči aktivno okolje, rdeče krvne celice intenzivno delujejo in hitro odmirajo, v telesu se popolnoma nadomestijo vsake štiri mesece (2,5 milijona celic na sekundo).

1. Zakaj podvajanje DNK imenujemo molekularna osnova razmnoževanja?
2. Kateri procesi sestavljajo življenjski krog celice?
3. Opišite glavne faze mitoze, kakšen je njen glavni biološki pomen?
4. Kot je znano, je nabor kromosomov zarodnih celic polovica somatskih celic. Ali lahko rečemo, da nekateri manjši proteini v spolnih kromosomih niso kodirani?

Metode razmnoževanja organizmov

Vse znane metode razmnoževanja organizmov v naravi so razdeljene na dve glavni obliki: nespolno in spolno.

Nespolno razmnoževanje. V nespolni obliki razmnoževanje izvaja starševski posameznik neodvisno, brez izmenjave dednih informacij z drugimi posamezniki. Hčerinski organizem nastane z ločitvijo ene ali več somatskih (telesnih) celic od matične in njihovim nadaljnjim razmnoževanjem z mitozo. Potomec podeduje značilnosti starša, saj je genetsko njegova natančna kopija. Obstaja več vrst nespolnega razmnoževanja.

Preprosta delitev. Nespolno razmnoževanje je še posebej pogosto pri bakterijah in modrozelenih algah. Posamezna celica teh organizmov brez jedra je razdeljena na pol ali na več delov hkrati. Vsak del je popoln funkcionalen organizem.

Amebe, migetalkarji, evglene in druge praživali se razmnožujejo s preprosto delitvijo. Delitev poteka skozi mitozo, zato hčerinski organizmi prejmejo enak nabor kromosomov od svojih staršev.

Brstenje. To vrsto razmnoževanja uporabljajo tako enocelični kot nekateri večcelični organizmi: kvasovke (nižje glive), ciliati, koralni polipi.

Brstenje v sladkovodnih hidrah poteka na naslednji način. Najprej se na steni hidre oblikuje izrastek, ki se postopoma podaljšuje. Na njegovem koncu se pojavijo lovke in ustna odprtina. Iz popka zraste majhna hidra, ki se loči in postane samostojen organizem. Pri drugih bitjih lahko ledvice ostanejo na telesu staršev.

Razdrobljenost. Številni ploščati in obročasti črvi, iglokožci (morske zvezde) se lahko razmnožujejo tako, da telo razkosajo na več drobcev, ki se nato zgradijo v celoten organizem. Fragmentacija temelji na sposobnosti številnih preprostih bitij, da regenerirajo izgubljene organe. Če torej žarek ločimo od morske zvezde, se bo iz njega spet razvila morska zvezda. Hydra si lahko opomore od 1/200 svojega telesa. Običajno pride do razmnoževanja z drobljenjem, ko je poškodovan. Spontano drobljenje izvajajo le plesni in nekateri morski kolobarji.

Sporulacija. Prednik novega organizma je lahko specializirana celica starševskega bitja - tros. Ta način razmnoževanja je značilen za rastline in glive. Večcelične alge, mahovi, praproti, preslice in mahovi se razmnožujejo s trosi.

Spore so celice prekrite s trajno membrano, ki jih ščiti pred prekomerno izgubo vlage in je odporna na temperaturne in kemične vplive. Spore kopenskih rastlin pasivno prenašajo veter, voda in živa bitja. Ko se znajde v ugodnih razmerah, spora odpre svojo lupino in začne mitozo ter tvori nov organizem. Alge in nekatere glive, ki živijo v vodi, se razmnožujejo z zoosporami, opremljenimi z bički za aktivno gibanje.

Enocelična žival Plasmodium falciparum (povzročitelj malarije) se razmnožuje s shizogonijo – večkratnimi delitvami. Najprej v njegovi celici z delitvijo nastane veliko število jeder, nato celica razpade na številne hčerinske celice.

Vegetativno razmnoževanje. Ta vrsta nespolnega razmnoževanja je zelo razširjena pri rastlinah. Za razliko od sporulacije vegetativno razmnoževanje ne izvajajo posebne specializirane celice, temveč skoraj kateri koli del vegetativnih organov.

Trajna samonikla zelišča se razmnožujejo s koreninicami (osat proizvede do 1800 osebkov/m2 zemlje), jagode z viticami, grozdje, ribez in slive pa z odlaganjem. Krompir in dalije za razmnoževanje uporabljajo gomolje - spremenjene podzemne dele korenine. Tulipani in čebula se razmnožujejo iz čebulic. Pri drevesih in grmovnicah se poganjki - potaknjenci - ukoreninijo, da tvorijo novo rastlino, pri begonijah pa lahko vlogo potaknjencev igrajo listi. Maline, slive, češnje in vrtnice razmnožujemo s potaknjenci. Na koreninah in štorih dreves se oblikujejo poganjki, ki se nato spremenijo v samostojne rastline.

Spolno razmnoževanje. V nasprotju z nespolnim razmnoževanjem spolno razmnoževanje vključuje par osebkov. Njihove spolne celice (gamete) nosijo haploidne nize kromosomov. Med procesom oploditve se gamete zlijejo in tvorijo diploidno oplojeno jajčece (zigoto), iz katerega nastane nov organizem.

Eden od homolognih kromosomov somatske celice izvira iz »mame«, drugi pa iz »očeta«. Posledično se deli genskega materiala staršev združijo, v potomcih pa se pojavijo nove kombinacije genov. Raznolikost genetskega materiala omogoča potomcem uspešnejše prilagajanje spreminjajočim se zunanjim razmeram. Glavna prednost spolnega razmnoževanja, njegov glavni biološki pomen, je obogatitev dednih informacij.

Biseksualne rastline imajo številne lastnosti, ki izključujejo samooploditev. Prašniki in pestiči dvospolnih cvetov ne dozorijo istočasno, zato pride do navzkrižnega opraševanja različnih osebkov. Konoplja ima ločene moške pestične in ženske staminalne cvetove na različnih posameznikih.

Razvoj zarodnih celic. Tvorba zarodnih celic (gametogeneza) se pojavi v spolnih žlezah. Razvoj ženskih spolnih celic (jajčec) poteka v jajčnikih in se imenuje oogeneza (lat. ovum egg + genesis origin). Moške spolne celice (sperma) nastanejo v testisih med spermatogenezo. Gonade skoraj vseh bitij imajo cevasto strukturo. Gametogeneza poteka zaporedno v treh conah: razmnoževanje, rast in zorenje. V skladu s tem ločimo tri obdobja razvoja gamete.

V začetnem obdobju razmnoževanja imajo spolne celice diploiden niz kromosomov in se delijo z mitozo. Posebno intenzivno se razmnožujejo moške spolne celice. Pri moških se reproduktivne celice tvorijo skoraj vse življenje. Tvorba jajčec sesalcev se pojavi le v embrionalnem obdobju, po katerem ostanejo v stanju mirovanja.

Ko pridejo v rastno cono, se zarodne celice ne delijo več, ampak samo rastejo. Moške spolne celice ne zrastejo preveč, jajčeca pa se povečajo sto, tisoč in milijonkrat (spomnite se kokošjega jajca). Zunanje lupine jajc zanesljivo ščitijo plod v razvoju, bakterije in virusi ne prodrejo skozi njih, zlasti skozi lupine ptičjih jajc, zrak pa prosto prehaja.

Semenčice so veliko manjše od jajčec. Pri sesalcih imajo obliko dolge nitke z glavo, vratom in bičkom. Glava vsebuje kromosome, na njenem sprednjem delu pa je Golgijev kompleks z encimi, ki raztopijo membrano jajčeca in poskrbijo za prodiranje jedra semenčice (membrana ostane zunaj). Moške spolne celice ne prispevajo le genetskih informacij, ampak tudi sprožijo razvoj jajčeca. Centriola se nahaja v vratu in tvori biček sperme, ki ji omogoča intenzivno gibanje. Vir energije za gibanje flageluma so molekule ATP, shranjene v vratu. Za obnavljanje ATP se mitohondriji nahajajo v vratu.

Ko gamete zrastejo do velikosti odraslih zarodnih celic, vstopijo v območje zorenja.

Osnova za zorenje spolnih celic je specifičen proces delitve vsake zarodne celice na štiri nove. Zorenje jajčec in semenčic poteka v osnovi na enak način, razlike nastanejo šele na zadnji stopnji iz naslednjega razloga. Za uspešno oploditev je potrebno dovolj veliko število semenčic. Zato so vse štiri nastale moške celice funkcionalne in sposobne preživeti. Glavna naloga jajčeca ni le oploditev, ampak tudi uspešno zorenje ploda. V ta namen se proces delitve zgodi neenakomerno: celoten rumenjak gre v eno jajce in izkaže se, da je edino sposobno preživetja. Preostala tri popolnoma delujoča jajca med zorenjem ne dobijo hranil in kmalu odmrejo. Imenujemo jih usmerjena ali polarna telesa.

Obdobje zorenja gamete, ki ga spremlja posebna delitev vsake od njih na štiri nove, se imenuje mejoza. V naslednjem odstavku si bomo podrobneje ogledali procese, ki potekajo v mejozi.

1. Kakšna je razlika med nespolnim in spolnim razmnoževanjem? Navedite glavno prednost spolnega razmnoževanja.
2. Naštejte pet glavnih tipov nespolnega razmnoževanja.
3. Kje se pojavi par homolognih kromosomov v hčerinskem organizmu med nespolnim in spolnim razmnoževanjem?
4. Opišite tri obdobja zorenja spolnih celic; katera se imenuje mejoza?
5. Zakaj in zakaj mislite, da se zarodna ploščica v kokošjem jajcu vedno konča v zgornjem delu rumenjaka?

Razvoj organizma se začne z eno samo celico - zigoto, ki nastane iz zlitja specializiranih zarodnih celic - moških in ženskih spolnih celic. Med procesom zlitja se njuni jedri združita in zigota vsebuje dvakrat več kromosomov kot vsaka gameta. Če bi bile zarodne celice diploidne, bi se v vsaki naslednji generaciji število kromosomov v celicah telesa podvojilo. Zato imajo zarodne celice polovično število kromosomov. Tako imajo somatske (telesne) celice organizmov diploiden (dvojni) nabor kromosomov in z mitotično delitvijo ohranjajo svojo konstantnost vrste, spolne celice pa imajo haploiden nabor, ki se v procesu oploditve obnovi v diploiden. Oglejmo si glavne faze mejoze.

Zorenje gameta vključuje dve zaporedni delitvi: prva je tipična mejoza, druga je podobna mitotiki. Obe delitvi, tako kot mitoza, gresta skozi štiri stopnje: profazo, metafazo, anafazo in telofazo. Pred prvo delitvijo, pa tudi pred mitozo, pride do replikacije DNK s podvojitvijo kromosomov, vsak kromosom vstopi v proces dvojne delitve.

Prva mejotska delitev

V profazi se homologni kromosomi zelo približajo drug drugemu. Z uporabo posebnih beljakovinskih niti z odebelitvami na koncih se zdi, da so pritrjeni drug na drugega kot zadrga. V tem stanju, imenovanem konjugacija, ostanejo precej dolgo (pri ljudeh približno en teden). Pritrjevanje se zgodi na tistih mestih DNK, kjer replikacija še ni končana in je dvojna vijačnica nekoliko odvita.

Konjugirani kromosomi so tesno drug ob drugem in lahko izmenjujejo dele. Takšna izmenjava se imenuje crossover ali crossing over. Po križanju vsak kromosom združuje gene, ki so bili pred križanjem na različnih homolognih kromosomih.

Na koncu profaze je delitveno vreteno pritrjeno na centromere kromosomov in začnejo se v centromernih odsekih razhajati do različnih delitvenih polov, pri čemer ostanejo povezani na mestih prehoda.

Za razliko od mitoze v metafazi mejoze podvojeni kromosomi niso ločeni na centromerah; vsak par medsebojno deluje z enim vretenom. Če se v metafazi mitoze posamezne kromatide razhajajo na različne polove, potem v metafazi prve delitve mejoze - konjugirani kromosomi. Med telofazo se za kratek čas oblikuje jedrska ovojnica.

Druga mejotska delitev. Ker kromosomi ostanejo povezani na centromerah, to je podvojeni, do replikacije DNA ne pride pred drugo delitvijo. Druga mejotska delitev poteka na podoben način kot mitoza. Posledično iz dveh diploidnih celic nastanejo štiri haploidne zarodne celice. Zaradi pomanjkanja konjugacije se druga delitev zgodi veliko hitreje.

Somatske celice vsebujejo dva homologna kromosoma (enake oblike in velikosti, ki nosita iste skupine genov): enega iz očetovega organizma, drugega iz materinega. V zarodnih celicah od dveh homolognih kromosomov ostane le eden, njihovi kromosomi nimajo homologov - so enojni, zato je niz haploiden. Če se med mitozo količina genetske informacije ohrani, se med mejozo prepolovi.

Tvorba zarodnih celic s haploidnim naborom kromosomov, zmanjšanim za polovico, je biološko bistvo mejoze.

Zaradi naključne divergence parov do polov v metafazi prve delitve kromosomske garniture zrelih zarodnih celic vsebujejo najrazličnejše kombinacije starševskih kromosomov. Gameta ima lahko na primer 5 očetovih in 18 materinih kromosomov (človek ima skupaj 23 kromosomov), 20 očetovih in 3 materine itd. Vsak od 23 kromosomov se razlikuje od drugega in je lahko eden od dveh homolognih starševskih - skupaj 223 (8,6 milijona) različic gamete. V hčerinskem organizmu je število možnih kombinacij kromosomov 423, to število je tisočkrat večje od števila prebivalcev sveta. Crossing over, ki združuje gene starševskih osebkov v kromosomih, poveča raznolikost lastnosti potomcev za več vrst velikosti. Takšna raznolikost možnih genotipov naredi vsako bitje edinstveno, genetsko edinstveno.

Med mejozo je genetski material zelo ranljiv. Če na primer zaradi obsevanja ali izpostavljenosti kemičnim spojinam pride do preloma DNK v trenutku razhajanja kromosomov, bo del dednega materiala izgubljen. Izguba dela DNK v somatski celici med mitozo bo povzročila le poškodbe njenih hčerinskih celic, ki sestavljajo majhen del bitja. Če se izgubi del kromatida dozorele zarodne celice, bo potomstvo trpelo: njegove dedne informacije bodo nepopolne, nekateri vitalni procesi ne bodo mogli potekati. V tem primeru je večji nevarnosti izpostavljen ženski zarodek, saj se celotna zaloga ženskih spolnih celic (pri človeku okoli 300) oblikuje v embrionalnem obdobju vse življenje, moške spolne celice pa nastajajo skoraj vse življenje. Majhni odmerki sevanja, ki sploh niso nevarni za samo telo, lahko porušijo kromosome jajčeca zarodka in povzročijo genetske nepravilnosti v naslednji generaciji.

Partenogeneza. Nekatere živali (vodne bolhe, skalni kuščarji, nekatere ribe, listne uši) in rastline (regrat) so se v določenih obdobjih sposobne razmnoževati brez zlitja moških in ženskih spolnih celic. Razvoj poteka iz neoplojenega jajčeca. Diploidijo, na primer, pri skalnih kuščarjih dosežejo z zlitjem jajčeca s polarnim telesom. V tem primeru se praviloma oblikujejo samo ženske. To vrsto spolnega razmnoževanja imenujemo partenogeneza.

Čebela matica izleže dve vrsti jajčec: oplojena diploidna in neoplojena haploidna. Iz neoplojenih jajčec se razvijejo troti, iz oplojenih pa samice, iz katerih ob dobrem krmljenju zrastejo matice, ob pomanjkanju hrane pa čebele delavke.

Včasih je partenogenezo mogoče umetno sprožiti z izpostavljenostjo svetlobi, kislinam, visoki temperaturi in drugim dejavnikom. Če na primer z iglo prebodete neoplojeno jajčece žabe, se lahko to jajčece, ne da bi bilo oplojeno, začne deliti in se razvije v odraslo osebo. Partenogeneza se pri žabah ne pojavi spontano. Delitev jajčeca nekaterih rib se lahko začne po površinskem stiku s semenčico sorodnih vrst rib. Do oploditve ne pride, jajčece pa se začne deliti.

Glavna metoda vzreje sviloprejk je spodbujanje partenogeneze s kratkotrajnim segrevanjem jajčec na 46°C. Iz neoplojenih jajčec se razvijejo genetsko popolne samice sviloprejk.

1. Zakaj je haploidni niz potreben za zarodne celice?
2. Opišite glavne faze mejoze.
3. Kakšna je razlika med metafazama mitoze in mejoze?
4. Katera dva procesa mejoze zagotavljata različne značilnosti potomcev?
5. Zakaj sta izpostavljenost kemikalijam in sevanju pri nošenju deklic nevarna?
6. Kaj imenujemo partenogeneza? Navedite primere.

Gnojenje

Bistvo procesa oploditve je zlitje moških in ženskih gamet - specializiranih zarodnih celic, ki imajo haploiden (enojni) nabor kromosomov. Posledično nastane diploidno oplojeno jajčece - zigota. Tako se med oploditvijo obnovi dvojni niz, značilen za somatske celice. Kromosomi v jedru zigote so v homolognih parih, kar pomeni, da je vsaka lastnost (na primer barva oči človeka ali dlaka psa) zapisana v DNK dvakrat - z geni očeta in geni mati.

Po oploditvi zigota prek replikacije DNA podvoji svoje kromosome in začne mitotično delitev – začne se razvoj novega organizma.

Oploditev, tako kot gametogeneza, ima podobne lastnosti pri rastlinah in živalih.

Oploditev pri živalih.Živi organizmi, ki naseljujejo planet, se razlikujejo po zgradbi, življenjskem slogu in habitatu. Nekateri od njih proizvajajo veliko zarodnih celic, drugi - relativno malo. Obstaja razumen vzorec: manjša je verjetnost, da se srečata moška in ženska spolna celica, večje število zarodnih celic proizvedejo organizmi. Za ribe in dvoživke je značilno zunanje osemenjevanje. Njihove gamete vstopijo v vodo, kjer pride do oploditve. Veliko spolnih celic odmre ali jih pojedo druga bitja, zato je učinkovitost zunanje oploditve zelo nizka. Za ohranitev vrste morajo ribe in dvoživke proizvesti ogromno gamet (trska izleže okoli 10 milijonov jajčec).

Višje živali in rastline uporabljajo notranjo oploditev. V tem primeru sta proces oploditve in nastala zigota zaščitena z materinim telesom. Verjetnost oploditve se znatno poveča, zato se praviloma proizvede le nekaj jajčec. Toda semenčic je še vedno proizvedenih precej, njihova presežna količina je potrebna za ustvarjanje določenega kemičnega okolja okoli jajčeca, brez katerega je oploditev nemogoča. Jajce ima mehanizme, ki preprečujejo prodiranje odvečnih semenčic. Ko prvi prodre, izloči snov, ki zavira gibljivost moških spolnih celic. Tudi če jih več uspe prodreti v jajčece, se le eden spoji z jajčecem, ostali poginejo.

Do oploditve običajno pride takoj po osemenitvi, vendar pri nekaterih živalih obstajajo mehanizmi za odložitev oploditve do pomladne in poletne sezone. Pri netopirjih med poznojesenskim parjenjem ne pride do oploditve. Jajčece dozori šele spomladi, semenčice pa varno prezimijo v genitalijah samice. V drugih organizmih se zigota, ki se je začela razvijati, ohrani do nastopa ugodne sezone za potomce; z nastopom pomladi se njen razvoj nadaljuje. Zahvaljujoč tej sposobnosti lahko celotno obdobje brejosti hermelina traja do 300-320 dni, pri sobolju - do 230-280 dni.

Gnojenje v rastlinah.Čeprav je proces oploditve pri rastlinah na splošno podoben oploditvi živali, ima nekaj posebnosti. Pri kritosemenkah so moške gamete (sperma) za razliko od sperme neaktivne. Njihov razvoj se začne z nastankom mikrospor – pelodnih zrn – v prašniku cveta. Zrelo pelodno zrno vsebuje vegetativno celico in dve semenčici.

Ko pride vegetativna celica na stigmo pestiča, oblikuje pelodno cevko, ki raste proti jajčni celici. Po tej cevki potujejo semenčice v cvet in ko konica cevke poči, vstopijo v zarodkovo vrečko. Eden od njih se zlije z jajčecem in tvori zigoto - zarodek bodoče rastline. Druga sperma se zlije z dvema jedroma haploidnih celic, ki se nahajata v središču zarodne vrečke. Posledično nastane triploidna celica - endosperm. Skozi ponavljajoče se mitoze endosperm tvori hranilni medij okoli zarodka.

Druga oploditev s tvorbo in razvojem endosperma se pojavi šele po oploditvi jajčeca. Ta spolni proces, univerzalen za vse kritosemenke, se imenuje dvojna oploditev. Leta 1898 ga je odkril znani ruski botanik S. G. Navašin.

1. Kaj je genetsko bistvo oploditve?
2. Kako na molekularni ravni razložiti prisotnost lastnosti očeta in matere pri potomcih?
3. Kakšno je razmerje med verjetnostjo srečanja gamet in njihovim številom?
4. Kako pride do oploditve pri živalih?
5. Opišite zaporedje oploditve pri rastlinah. Kako se procesi oploditve razlikujejo med živalmi in rastlinami?
6. Zakaj se oploditev kritosemenk imenuje dvojna?

MINISTRSTVO ZA IZOBRAŽEVANJE IN ZNANOST RF

Zvezna državna proračunska izobraževalna ustanova

visoka strokovna izobrazba

"DRŽAVNA UNIVERZA ULJANOVSK"

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

Biologija Razmnoževanje in razvoj

1. del določanje spola

Vadnica

UDK 57.017.64 (075.8)

BBK 28.073.8 ya73+28.03 ya73

Izdano po sklepu akademskega zbora

Inštitut za medicino, ekologijo in telesno kulturo

Uljanovska državna univerza

Recenzenti:

doktor medicinskih znanosti,

Predstojnik katedre za anatomijo

Inštitut za medicino, ekologijo in telesno kulturo

Uljanovska državna univerza ;

Priročnik vsebuje v koncentrirani obliki glavno teoretično gradivo, izbrano glede na programska vprašanja. Analizirana in sistematizirana je bila velika količina informacij o glavnih temah razdelka "Razmnoževanje in razvoj". Priročnik odraža razmeroma majhno število temeljnih tem, ki so izjemno pomembne za poznavanje žive narave. Eden glavnih ciljev priročnika je predstaviti snov v jedrnati in lahko razumljivi obliki.

Priročnik je namenjen študentom dodiplomskega študija "Biologija", ki študirajo disciplino "Biologija razmnoževanja in razvoja".

Razmnoževanje kot lastnost živih organizmov

Sposobnost razmnoževanja je sestavna lastnost živih bitij in je sestavljena iz zmožnosti živega organizma za razmnoževanje lastne vrste. Z njegovo pomočjo se skozi čas ohranjajo biološke vrste in življenje kot tako. V procesu biološkega razmnoževanja se ob menjavi generacij in ohranjanju variabilnosti vrst rešujejo problemi povečanja števila osebkov, ohranjanja strukturne in fiziološke organizacije ter prenosa genetskega materiala skozi vrsto generacij.

Razmnoževanje živih organizmov poteka na dva načina, odvisno od njihovega evolucijskega položaja: nespolno in spolno.

Pri nespolnem razmnoževanju en sam starš povzroči nastanek novega organizma. V tem primeru so potomci natančne genetske kopije starševskega organizma. Potomci enega od staršev se običajno imenujejo klon. Nespolno razmnoževanje temelji na delitvi celic – mitozi. Biološki pomen nespolnega razmnoževanja je: hitro naraščanje števila potomcev; ohranjanje genetske stabilnosti vrste; ohranjanje prilagodljivosti vrste stalnim okoljskim razmeram.

Spolno razmnoževanje opazimo pri večceličnih organizmih, ki vsebujejo dve vrsti celic: somatske in reproduktivne. Med spolnim razmnoževanjem iz dveh starševskih osebkov nastane nov organizem: samec in samica. Potomci se genetsko razlikujejo od svojih staršev zaradi pojavov crossingoverja, samostojnega razhajanja homolognih kromosomov v anafazi I, kromatid v anafazi II mejoze in pojava naključne oploditve.

Biološka vloga spolnega razmnoževanja je : povečevanje genetske pestrosti potomcev, kar povečuje preživetje v spreminjajočih se okoljskih razmerah in prispeva k uspešnosti evolucije vrste kot celote.

Spolno razlikovanje

Spol je skupek morfoloških, fizioloških, biokemičnih in drugih značilnosti organizma, ki določajo razmnoževanje. Spolne značilnosti so lastne vsem živim organizmom. Spolna diferenciacija je zaporedni proces, ki se začne ob oploditvi z vzpostavitvijo kromosomskega spola, nadaljuje z določitvijo gonadnega spola in konča z razvojem sekundarnih spolnih značilnosti, vključno z moškimi in ženskimi fenotipi.

Kromosomski spol zarodka genetsko ustreza njegovemu fenotipskemu spolu. Vendar, če gre spolna diferenciacija narobe, se pojavijo posamezniki z nenormalno spolno diferenciacijo. Klinično zaznavne motnje spolnega razvoja se pojavljajo na številnih ravneh, od razmeroma pogostih motenj končnih stopenj diferenciacije moških (npr. spuščanje testisov, rast penisa) do temeljnih nepravilnosti, ki vodijo do različnih stopenj fenotipske spolne negotovosti. Večina teh nepravilnosti ovira reprodukcijo, vendar običajno niso smrtno nevarne.

Za spol so značilne primarne in sekundarne značilnosti:

primarne spolne značilnosti predstavljajo organi, ki so neposredno vključeni v procese razmnoževanja in nastanejo med embriogenezo;

Sekundarne spolne značilnosti ne sodelujejo neposredno pri razmnoževanju, ampak prispevajo k srečanju posameznikov različnih spolov. Odvisne so od primarnih spolnih značilnosti, razvijajo se pod vplivom spolnih hormonov in se pojavijo med puberteto (pri ljudeh 12-15 let).

Spol določa razvoj somatskih značilnosti posameznikov, ki jih delimo v tri kategorije:

Omejeno glede na spol;

Tla nadzorovana;

Povezan s spolnimi kromosomi.

Razvoj spolno omejenih lastnosti določajo geni, ki se nahajajo v avtosomih obeh spolov, vendar se kažejo pri posameznikih istega spola (proizvodnja jajc pri piščancih, proizvodnja mleka pri kravah).

Razvoj spolno nadzorovanih lastnosti določajo geni, ki se nahajajo tudi v avtosomih obeh spolov, vendar je stopnja in pogostost manifestacije različna pri posameznikih različnih spolov (plešavost in normalna rast las pri ljudeh).

Razvoj lastnosti, ki jih nadzirajo geni, ki se nahajajo na spolnih kromosomih, se imenuje gonosomsko dedovanje (povezano s spolnimi kromosomi).

Lastnosti, katerih razvoj določajo geni, ki se nahajajo v nehomologni regiji kromosoma X, imenujemo X-vezane (spolno povezane) (barvna slepota, hemofilija itd.). Lastnosti, katerih razvoj določajo geni, ki se nahajajo v nehomologni regiji kromosoma Y, se imenujejo holandrične in se pojavljajo samo pri moških (ihtioza, splet med prsti na nogah itd.).

MOLEKULARNO GENETSKA OSNOVA DOLOČANJA SPOLA

Spol pri večini živali in rastlin je gensko določen v času oploditve. Odločilna genetska determinanta spola je prisotnost ali odsotnost kromosoma Y; normalen ženski fenotip je 46,XX, normalen moški fenotip pa je 46,X Y (slika 1). Mejoza v zarodnih celicah reducira njihov kromosomski komplement v haploidno stanje, tako da imajo oociti 23,X, semenčice pa 23,X ali 23,Y. Oploditev obnovi diploidni nabor kromosomov in glede na prisotnost ali odsotnost kromosoma Y določi genetski spol kot 46, XX (ženski) ali 46, X Y (moški).

Slika 1. Kariotipi moških in žensk

Najpomembnejša funkcija kromosoma Y je določanje spola. Analiza ljudi, katerih fenotipski spol ni v korelaciji z genetskim spolom, je vodila do identifikacije gena, imenovanega SRY (regija, ki določa spol kromosoma Y). S ex-določanje R egion, Y-kromosom), ki je nujen in zadosten za določitev moškega spola. Gen SRY kodira domnevni transkripcijski regulator, ki verjetno sproži kaskado dogodkov, ki vodijo do razvoja testisov in posledično do moške spolne diferenciacije. Y kromosom vsebuje približno 50 genov, ki vplivajo na razvoj spolnih žlez, spermatogenezo, rast okostja itd. (Slika 2).

riž. 2. Shema kromosoma Y

Domneva se, da je kromosom Y nastal iz prvotnega homologa kromosoma X. Homološke regije na njegovih koncih, imenovane psevdoavtosomne ​​regije, omogočajo konjugacijo s kromosomom X med mejozo. Med temi psevdoavtosomnimi regijami ležijo diskontinuirane regije homologije X-Y, prepredene z regijami, ki so edinstvene za kromosom Y. SRY, ključni posrednik pri določanju moškega spola, se nahaja na kratkem kraku kromosoma Y v psevdoavtosomnem območju, v katerem običajno pride do rekombinacije X-Y. SRY se včasih prenese s kromosoma Y na kromosom X pri moških 46.XX ali ženskah. 46.X Y .

Pri preučevanju kariotipov mnogih živali je bilo ugotovljeno, da ima ženski organizem seznanjene spolne kromosome X, moški pa neparne: enako pri ženskem kromosomu X in manjšega, ki je na voljo samo pri moških organizmih - kromosom Y.

Vendar pa v naravi obstajajo odstopanja od te definicije spola v živih organizmih.

Določitev spola je odvisna od števila in sestave spolnih kromosomov. Pri vodni stenici Protenor, pri nekaterih metuljih in črvih spol pri samcih določa en kromosom X (X0), pri samicah pa dva kromosoma X.

Pri pticah, nekaterih metuljih, ribah, dvoživkah in cvetočih rastlinah je heterogametni (tj. z različnimi spolnimi kromosomi) spol ženski in imajo samice nabor spolnih kromosomov XY ali XO, samci pa XX.

V nekaterih primerih pojav moškega ali ženskega spola ne določajo dedne razlike, temveč vpliv okoljskih razmer. Klasičen primer je morski črv Bonellia viridis. Več milimetrov veliki samci živijo v maternici samice, kjer opravljajo svojo nalogo - oplodijo jajčeca. Samec je tipičen parazit, ki živi v telesu samice, velikosti približno slive.

Ličinke, ki se razvijejo po oploditvi jajčec, nekaj časa vodijo prost življenjski slog, nato pa se pritrdijo na deblo zrele samice ali se usedejo in pritrdijo na dno. Ličinke teh dveh vrst se med seboj ne razlikujejo. Iz ličink, pritrjenih na deblo samice, se razvijejo samci. Prodrejo v ženske spolne organe in tam živijo kot paraziti. Ličinke, pritrjene na dno, postanejo samice.

Določitev spola pri plazilcih uravnavajo spremembe zunanje temperature.

Ginandromorfi, interspolni, hermafroditi in druge spolne deviacije

Pri Drosophili in drugih organizmih so znani primeri ginandromorfizma, ko različni deli telesa po svojih značilnostih pripadajo različnim spolom (slika 3). Telo je videti kot mozaik, v katerem je en del moški, drugi pa ženski. V tem primeru ima zigota dva kromosoma X in bi se morala razviti v samico. Je heterozigot za gene za bele oči in majhna krila, ki se nahajajo na kromosomu X. Med prvimi delitvami cepitve se kromosom izgubi in če se ekvator mitotske delitve nahaja vzdolž simetrične črte od glave do repa zarodka, je polovica telesa muhe sestavljena iz celic s samo enim kromosomom X. , kar ustreza moškemu genotipu. Druga stran ima dva kromosoma X in se razvije v samico.

riž. 3. Drosophila gynandomorph (desna stran telesa je moški, leva je samica).

Za maškega molja so značilne ostre razlike med samicami in samci. Križanje različnih geografskih ras tega metulja (evropskega in japonskega) je pripeljalo do nastanka oblik, ki so po svojih značilnostih prehodne med samci in samicami, to je do pojava medspolnosti. Interspolne osebe so našli tudi pri Drosophili.

Interspolni ljudje se od ginandromorfov razlikujejo po tem, da nimajo različnih spolno določenih sektorjev.

Interspolne osebe do določene točke razvoja ohranijo svoj gensko določen spol, nato pa se razvoj nadaljuje v smeri nasprotnega spola.

Posledično se interspolni ljudje razlikujejo od običajnih posameznikov po tem, da so njihove primarne in sekundarne spolne značilnosti vmesne narave in tvorijo neprekinjen niz prehodov iz normalnega moškega v normalno žensko (slika 4). Kot je opisal K. Bridges, so se medspolne muhe pri Drosophili zlahka razlikovale od samcev in samic, bile so velike muhe z grobimi ščetinami, velikimi, grobimi očmi in nazobčanimi robovi kril. Prisotni so bili genitalni glavniki (znak samca). Trebuh je bil po značaju vmesni med samcem in samico. Zunanje genitalije so bile oblikovane pretežno po ženskem tipu. Spolne žleze so predstavljali rudimentarni jajčniki. Prisotne so bile tudi semenčice. Pogosto je bila ena spolna žleza jajčnik, druga pa testis. Ali pa je ista spolna žleza lahko jajčnik s testisom, ki brsti na njem.

Skupaj s heteroseksualnostjo se pri mnogih rastlinah in nižjih živalih pojavlja hermafroditizem, ko sta moški in ženski spol združena v enem organizmu.