Размножение и индивидуальность развитие организмов

Размножение - важнейшая функция живых организмов, обеспечивающая сохранение видов в  ряду поколений. К размножению способны все без исключения живые организмы - от бактерий до млекопитающих. Молекулярная сущность этого процесса выражается в уникальной способности ДНК к самоудвоению молекул. На уровне клетки к размножению способны такие органоиды клетки, как митохондрии и хлоропласты. Клетки дноклеточных и многоклеточных организмов

размножаются  делением. Формы размножения организмов очень разнообразны и сложны. В природе существует два основных способа размножения: бесполое и половое, пути осуществления этих процессов разнообразны.  

При бесполом размножении новая особь возникает  либо моноцитогенным путем, т.е. из одной  клетки развивается следующее поколение, либо же полицитогенным путем, т.е. из некоторого числа недифференцированных, способных к

делению клеток старой особи развиваются дочерние особи. Бесполое размножение широко распространено во всех группах растений - от бактерий до сосудистых, а среди  животных - у простейших, кишечнополостных, мшанок, некоторых червей, оболочников. При делении одноклеточных организмов надвое (бинарном делении) вся особь становится генеративной

клеткой, из которой после предварительного деления ядра (или его эквивалента) образуются две дочерние клетки. При этом клетка делится путем митоза. Деление клетки может происходить продольно (например, у жгутиконосцев или одноклеточных водорослей), поперечно (например, у бактерий и инфузорий) или делением в неопределенной плоскости. Множественное деление свойственно некоторым водорослям, грибам и простейшим (фораминиферам, радиоляриям, споровикам). При множественном делении клетка распадается на большое число особей, равное числу ядер, заранее образованных в исходной клетке в результате ядерных делений (например, палинтомия у эвдорины или шизогония

у споровиков).     

В результате митоза (греч. “митос” - нить) образуется две дочерние клетки. Новые клетки появляются в ходе двух последовательных процессов: один процесс приводит к  удвоению ядра, другой - к делению цитоплазмы. Митоз - непрямое деление ядра (или кариокинез), а цитокинез - разделение цитоплазмы с образованием двух дочерних клеток, каждая их

которых содержит одно дочернее ядро. Деление ядра и  цитоплазмы - это два самостоятельных  процесса,  проходящие непрерывно и последовательно почти всегда строго синхронизированы и координированы, однако. Для понимания последовательности происходящих событий митоз искусственно разделяют на четыре стадии: профазу, метафазу, анафазу и телофазу. Между двумя митозами ядро находится, как говорят, в стадии покоя. Однако этот “покой” состоит лишь в том, что ядро не делится, а метаболическая активность достаточно высока. Период между двумя делениями ядра называются интерфазой, которая подразделяется на фазы G1, S и G2. В фазе S происходит синтез ДНК, фазы G (от англ. "gap" - промежуток) - это фазы синтеза ДНК до (G1) и после (G2). Только в фазе G1 интерфазная клетка содержит характерное для

данного вида количество ДНК, а в фазе G2 это  количество ДНК уже удвоено. В период интерфазы в клетке осуществляются процессы биосинтеза, рост клетки, образование веществ, подавляющих или стимулирующих метаболические процессы и

циклы деления. После того как в фазе ДНК реплицируется, каждая хромосома содержит две интентичных молекулы ДНК, которые вместе с белками становятся хроматидами - двумя половинками одной продольно расщепленной хромосомы. Хромосомы играют главную роль при клеточном делении, поскольку именно они обеспечивают передачу наследственной

информации  и участвуют в регуляции клеточного метаболизма. В состав хромосом эукариотических клеток входят ДНК, белки и небольшое количество РНК. Отдельные хромосомы неразличимы, но их содержимое окрашивается некоторыми

основными красителями, поэтому оно называется хроматином. В начале клеточного деления хромосомы укорачиваются и окрашиваются более интенсивно, так что становятся видимыми в отдельности. В растянутом виде хромосомы участвуют в регуляции всех процессов биосинтеза, но во время клеточного деления эта их функция прекращается. В профазе хромосомы укорачиваются и утолщаются, в результате чего становится видным, что две хроматиды в хромосоме лежат почти параллельно, соединенные узким участком - центромерой. На хромосоме может быть одна (первичная перетяжка) центромера или две. Центромера на хромосоме имеет определенное положение и делит хромосому на два плеча неравной длины. Во время профазы центриоль, располагающаяся в цитоплазме клетки, делится и дочерние центриоли расходятся

в противоположные  стороны клетки с образованием веретена деления. К концу профазы растворяется ядерная оболочка и хромосомы свободно располагаются в цитоплазме, ядрышко исчезает чуть раньше.    

В начале метафазы веретено (нити веретена протягиваются  от экватора клетки к полюсам) становится на место ядра, хромосомы выстраиваются в плоскости экватора веретена (часто хромосомы в этот момент можно увидеть под микроскопом). Каждая хромосома, по-видимому, прикреплена к нитям веретена своей центромерой. Некоторые нити веретена проходят от полюса к полюсу клетки, не прикрепляясь к хромосомам. Затем центромеры делятся и хроматиды превращаются в две совершенно обособленные дочерние хромосомы. Важно, что деление центромеры происходит во всех хромосомах одновременно. Затем дочерние хромосомы (хроматиды каждой хромосомы) расходятся к разным полюсам. Явления, происходящие с момента начала расхождения хромосом и до достижения ими полюсов, составляют анафазу. Во время движения к полюсам хромосомы обычно принимают V-образную форму, причем вершина их обращена к полюсу. Центромера располагается у вершины и, по-видимому, сила, заставляющая хромосому двигаться к полюсу, приложена к центромере. Расхождение хромосом к полюсам происходит за счет сокращения нитей веретена.   

В телофазе хромосомы  вытягиваются, теряют способность к окрашиванию и возвращаются в состояние покоя, при котором видны лишь хроматиновые нити или гранулы; вокруг каждого дочернего ядра образуется ядерная оболочка. В это время восстанавливается ядрышко. На этом завершается деление ядра (карикинез), затем происходит деление тела клетки (или цитокинез). При делении животных клеток на их поверхности в плоскости экватора появляется борозда, постепенно углубляющаяся и разделяющая клетку на две половины - дочерние клетки, в каждой их которых имеется по ядру. У растений деление происходит путем образования так называемой клеточной пластинки, разделяющей цитоплазму: она возникает в экваториальной области веретена, а затем растет во все стороны, достигая клеточной стенки (т.е. растет изнутри кнаружи). Клеточная пластинка формируется из материала, поставляемого эндоплазматической сетью. Затем каждая из дочерних клеток образует на своей стороне клеточную мембрану и, наконец, на обеих сторонах пластинки образуются целлюлозные

клеточные стенки.    

Весь процесс  митоза занимает в большинстве случаев от 1 до 2 часов. Частота митоза в разных тканях и у разных видов различна. Например, в красном костном мозге человека, где каждую секунду образуется 10 млн эритроцитов (в каждую

секунду должно происходить 10 млн митозов). А в  нервной ткани митозы крайне редки: так, в центральной нервной системе клетки в основном перестают делиться уже в первые месяцы после рождения; а в красном костном мозге, в

эпителиальной выстилке пищеварительного тракта и  в эпителии почечных канальцев они  делятся до конца жизни. Факторы, побуждающие клетку к митозу точно не известны. Но полагают, что большую роль играет фактор соотношения объемов ядра и цитоплазмы (ядерно-плазменное соотношение). По некоторым данным, отмирающие клетки продуцируют вещества, способные стимулировать деление клетки. При нарушении нормального хода митоза и в дочерней клетке окажется хромосом больше или меньше, чем в материнской и это может привести либо к гибели, либо к существенным изменениям в

жизнедеятельности клетки - к возникновению мутаций.  

Основу генетического  критерия вида составляет число хромосом в клетке, которое постоянно для  каждого вида живых организмов.         

Вид

Диплоидное  число      

хромосом      

Ячмень14         

Овес42              

Томат24            

Скерда6           

Плодовая  мушка      

дрозофила8           

Домашняя  муха12        

Курица78              

Кролик44                 

Коза60                 

Овца54             

Шимпанзе48              

Человек46

Хромосомы, содержащиеся в ядре одной клетки, всегда парные, т.е. имеются две одинаковые (гомологичные) хромосомы, составляющие одну пару. Хромосомы человека образуют 23 пары. Хромосомы разных пар отличаются друг от друга

размерами, формой, местом расположения первичных и  вторичных перетяжек. Совокупность количественных (число и размеры) и качественных (форма) признаков хромосомного набора соматической клетки называется кариотипом. Число хромосом в кариотипе всегда четное, поскольку в соматических клетках находятся две одинаковые по форме и размеру хромосомы: одна - отцовского организма, другая - материнского. Хромосомный набор всегда видоспецифичен, т.е. свойственен только какому-то виду организмов или животных. В любом многоклеточном организме различаются две категории хромосом: соматические (неполовые), входящие в состав всех тканей и органов тела, и половые клетки. Ядра соматических клеток содержат диплоидный (двойной) набор хромосом (2n). Ядра половых клеток имеют гаплоидный (одинарный) набор хромосом (n). Если диплоидный набор человека содержит 46 хромосом, то гаплоидный набор включает 23 хромосомы. В гаплоидном наборе от каждой пары остается только одна хромосома. Хромосомы, одинаковые по форме и размеру и несущие одинаковые гены, называются гомологичными.   

Многоклеточные  организмы, особенно большинство растений, размножаются бесполым путем, отделяя одиночные клетки - споры (или агаметы). Споры обычно имеют защитную оболочку и способны выдерживать неблагоприятные

условия среды (холод, нагревание, высыхание и т.п.). Они чаще образуются у более высокоорганизованных растений в специальных клетках или органах - спорангиях: эндоспоры - внутри спорангиев, экзоспоры (конидиоспоры - у грибов) - путем отпочковывания от поверхности. Зооспоры (планоспоры) могут плавать с помощью жгутиков, а акинеты (апланоспоры) неспособны к самостоятельному передвижению и распространяются пассивно. Споры бактерий служат не для размножения, а для переживания неблагоприятных условий, поскольку каждая бактерия образует только одну спору.     

Полицитогенное  бесполое (вегетативное) размножение многократно возникало в процессе эволюции и поэтому у различных групп организмов выражено по-разному. У растений части вегетативного тела после их отделения (например,

в результате сгнивания отмерших участков) могут  продолжать расти самостоятельно (элодея, ландыш). На различных органах растений - стеблях, корнях, реже на листьях - образуются органы, приспособленные для вегетативного размножения: почки на ползучих побегах (земляника), стеблевые клубни (картофель), корневые клубни (далия), луковицы, выводковые

почки, надземные  клубеньки и луковки.    

Многие деревья  и кустарники размножаются отводками (виноград, орех, смородина, слива и  др.), корневыми отпрысками (лиственные и хвойные деревья, многие травы), а также порослью (на корнях и  пнях деревьев). Вегетативное размножение осуществляется черенками, особенно часто таким образом разводят деревья и кустарники. Такой способ размножения растений широко применяется в плодоводстве при разведении всех видов плодовых деревьев и кустарников, в овощеводстве, цветоводстве, полеводстве, лесоводстве. Гидры и дрожжевые грибы размножаются почкованием: небольшая часть тела родительской особи отделяется (отпочковывается) и развивается в новую особь, либо совсем порывает связь с родительской особью и начинает самостоятельное существование, либо остается прикрепленной к ней и становится более или менее независимым членом колонии. Почкование может происходить путем продольного (полипы, актинии) или поперечного деления (актинии, турбеллярии и др.).    

Хвостатые амфибии, ящерицы, морские звезды, крабы обладают способностью отращивать новый хвост, новуюконечность или какой-либо другой орган вместо утраченного. Когда эта способность достигает крайней степени развития, она становится способом размножения: тело родительской особи распадается на несколько частей, а затем каждая из частей восстанавливает недостающие части и превращается в целый организм. Такой способ размножения, называемый фрагментацией, происходит, например, у нитчатых водорослей (спирогира распадается на две или несколько частей, которые

образуют  новые нити); у дождевого червя, который распадается на две части (автотомия), а морской червь (палоло) - на множество частей (паратомия), которые  затем образуют (вырастают) новые  особи. Регенерация достаточно широко распространена в природе, она свойственна менее организованным группам организмов. Полицитогенное бесполое