Лекция № 17

Тема: ОСОБЕННОСТИ ОРГАНИЗАЦИИ И ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ МНОГОКЛЕТОЧНЫХ ОРГАНИЗМОВ. ПОЛОВОЕ И НЕПОЛОВОЕ РАЗМНОЖЕНИЕ МНОГОКЛЕТОЧНЫХ ОРГАНИЗМОВ. СТРОЕНИЕ И ОБРАЗОВАНИЕ ПОЛОВЫХ КЛЕТОК. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ РЕГУЛЯТОРНЫХ СИСТЕМ В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА

Одним из признаком живых организмов является размножение. Благодаря размножению, родители передают потомкам наследственную информацию. Информация может передаваться как полностью (бесполое размножение – партеногенез, вегетативное размножение), в других потомки отличаются от родительских организмов (половое размножение), что обуславливает изменчивость вида.

Бесполое размножение организмов осуществляется за счет отдельных неполовых клеток (путем их деления надвое, множественного деления, почкованием) или за счет образования спор. Бесполое размножение наблюдается у одноклеточных и некоторых многоклеточных организмов (водоросли, грибы, высшие споровые растения). При делении клетки надвое образуется две дочерние, каждая из которых вдвое меньше материнской. Органеллы материнской клетки при этом более или менее равномерно распределяются между дочерними. Если же определенная органелла находится в материнской клетке в единственном числе, то она попадает в одну из дочерних клеток, а в другой формируется заново (например, длинный жгутик у эвглены зеленой). Дочерние клетки, образовавшиеся путем деления, питаются, растут и, достигнув определенных размеров, начинают размножаться.

При множественном делении сначала многократно делится ядро материнской клетки и клетка становится многоядерной. Затем делится цитоплазма материнской клетки и образуется определенное количество дочерних. Такая форма бесполого размножения присуща малярийному плазмодию.

У других организмов (дрожжи) клетки могут размножаться почкованием – от большой материнской клетки отделяется маленькая дочерняя.

Спорообразование известно у многих эукариот: грибов, водорослей, мхов, хвощей, плаунов, папоротников. Споры этих организмов представляют собой отдельные специализированные клетки, окруженные, как правило, защитными оболочками. Они служат для размножения и распространения организмов. В некоторых случаях споры имеют органеллы движения и способны активно передвигаться во влажной среде. Споры, не имеющие жгутиков, покрыты плотной оболочкой и способны сохранять жизнеспособность в течение нескольких десятков лет. Они распространяются ветром, водой и другими организмами. У некоторых паразитических простейших споры – это одноклеточные или многоклеточные образования, окруженные плотной оболочкой. Эти споры не являются формой бесполого размножения, они служат для переживания неблагоприятного периода и распространения, например, для заражения новых хозяев. Подобное наблюдают и у некоторых групп бактерий.

Вегетативное размножение, в отличие об бесполого, осуществляется многоклеточными частями, которые отделяются от материнского организма.
У многоклеточных водорослей, грибов и лишайников вегетативное размножение может осуществляться фрагментацией, то есть отделением определенных многоклеточных частей тела или же специализированных образований.

Высшие растения могут размножаться вегетативными органами, их частями или видоизменениями (корневища, клубни, луковицы, клубнелуковицы, почки, усы и т.д.)

Способы вегетативного размножения животных разнообразны: почкование, упорядоченное или неупорядоченное деление тела и другие.

При неупорядоченном делении количество и размеры частиц, на которые распадается организм, непостоянны. Этот вид вегетативного размножения известен среди беспозвоночных животных (губки, кишечнополостные, плоские и кольчатые черви, иглокожие).

При упорядоченном делении количество и размеры образовавшихся фрагментов более или менее постоянны (морские звезды, медузы, полипы…).

Способность к делению (фрагментации) у некоторых видов животных очень высока. Червь додекация может распадаться на отдельные сегменты, каждый из которых начинает восстанавливать передний и хвостовой концы тела. Затем они отделяются от материнского организма и превращаются в дочерние особи. Через некоторое время материнский организм отделяет от себя еще несколько сегментов и погибает в результате истощения питательных веществ.

Еще один распространенный способ вегетативного размножения – почкование. В результате этого процесса от материнского организма отделяется один или несколько многоклеточных образований – почек, которые со временем развиваются в самостоятельные организмы. Так размножаются некоторые кольчатые черви и кишечнополостные. Если же почки остаются связанными с материнским организмом, возникают колонии.

Полиэмбриония (от греческих слов полис – многочисленный и эмбрион – зародыш) – процесс развития нескольких зародышей из одной оплодотворенной яйцеклетки. Она встречается среди разных групп животных (реснитчатые и кольчатые черви, иногда у членистоногих, рыб, млекопитающих, птиц). Как постоянное явление полиэмбриония встречается у некоторых насекомых (наездники) и млекопитающих (броненосцы). Известна полиэмбрионии и у растений, когда в одном семени развивается несколько зародышей (тюльпаны, лилии, кувшинки, земляника). Дополнительные зародыши в семени могут развиваться не только из оплодотворенной яйцеклетки, но и из других клеток семени.

У людей вследствие полиэмбрионии рождаются однояйцовые близнецы, обладающие идентичной наследственной информацией.

Партеногенез (от греческих слов партенос – девушка и генезис – происхождение) – развитие нового организма из неоплодотворенной яйцеклетки. Как и при полиэмбрионии, при партеногенезе дочерние организмы имеют наследственный материал, идентичный материнскому. Существуют организмы, для которых партеногенез является единственным способом размножения (палочники, дыбки). У ящериц существуют раздельнополые и партеногенетические популяции. В жизненном цикле тлей и дафний чередуются поколения, размножающиеся половым путем и партеногенетически.

Партеногенез занимает промежуточное положение между бесполым и половым размножением. С одной стороны, новый организм развивается из специализированной половой клетки, с другой – развитию дочернего организма не предшествует оплодотворение.

У некоторых групп организмов бесполое, вегетативное размножение, полиэмбриония и партеногенез являются единственными способами размножения. У видов, способных к половому размножению, этими способами могут размножаться особи, по тем или иным причинам оказавшиеся изолированными от остальных. Виды с короткими жизненными циклами благодаря этим формам размножения за небольшой промежуток времени могут значительно увеличить свою численность. Например, в результате полиэмбрионии у броненосцев из одной зиготы могут развиваться 12 зародышей, а у наездников – до 3000. Кроме того, при бесполом или вегетативном размножении новая особь, как правило, развивается быстрее, чем при половом.

В результате бесполого и вегетативного размножения, партеногенеза или полиэмбрионии дочерние особи, как правило, по набору наследственной информации являются точными копиями родительских. Человек использует эту особенность при размножении культурных растений, поддерживая из поколения в поколение свойства определенных сортов.

Половой процесс – соединение генетического материала двух различных клеток. Он может осуществляться в форме конъюгации или копуляции.

Конъюгация – общее название нескольких форм полового процесса, известных у некоторых групп организмов. У бактерий в процессе конъюгации две временно контактирующие клетки через временный цитоплазматический мостик обмениваются участками своих молекул ДНК. У некоторых зеленых, диатомовых водорослей и грибов при конъюгации происходит слияние двух сходных безжгутиковых клеток. Через образовавшиеся цитоплазматические мостики содержимое одной клетки, условно называемой мужской, переходит в другую – женскую. В результате слияния образуется зигота, которая делится после периода покоя. У инфузорий в процессе конъюгации происходит обмен ядрами: через цитоплазматические мостики мигрирующие мужские ядра каждой из клеток переходят в другие и там сливаются со стационарными женскими. После обмена ядрами клетки расходятся и путем нескольких делений у каждой из них восстанавливается характерный набор ядер. Биологическое значение конъюгации заключается в обмене наследственным материалом между особями. Это усиливает наследственную изменчивость и повышает устойчивость популяций организмов к изменению условий окружающей среды.

Копуляция – слияние двух половых клеток (гамет). При этом половые клетки могут быть одинаковыми (хламидомонады) или отличаться по форме, размерам и особенностям строения (высшие растений, хордовые животные).

Половые клетки передают наследственную информацию от особей родительского поколения потомкам. По сравнению с неполовыми (соматическими) клетками они имеют половинный (гаплоидный) набор хромосом. Поэтому при слиянии половых клеток в оплодотворенной яйцеклетке восстанавливается характерный для организмов данного вида набор хромосом.

Женские половые клетки – яйцеклетки – отличаются от мужских большими размерами, так как содержат запас питательных веществ, необходимых для развития зародыша. Яйцеклетки могут быть окружены несколькими различными оболочками. Например, у птиц яйцеклетка дополнительно покрыта толстой белочной оболочкой, двумя тонкими подскорлуповыми, твердой известковой скорлупой и тонким наружным кутикулярным слоем. Эти оболочки выполняют защитную функцию, а белочная служит также источником воды для развивающегося зародыша.

Размеры яйцеклетки зависят от количества запасных питательных веществ в цитоплазме. Например, у млекопитающих, у которых зародыши получают питательные вещества от организма матери через плаценту, размеры яйцеклетки без наружных оболочек варьируют от 50 мкм (мыши-полевки) до 180 мкм (овцы). Диаметр яйцеклетки человека составляет 90 мкм. У африканского страуса длина яйца достигает 15 см и более при массе 1,5 – 2 кг.

Мужские половые клетки – сперматозоиды – по размерам меньше яйцеклеток. Их длина составляет от 10 до 800 мкм, но в некоторых случаях может достигать 8 000 мкм (ракушковые раки). Сперматозоиды часто имеют жгутики (хвост) и способны к активному передвижению. Сперматозоиды со жгутиками характерны для различных групп организмов (зеленые водоросли, высшие растения, хордовые животные и др.).

Сперматозоид млекопитающих имеет следующее строение. Он имеет короткую головку, в которой содержится ядро. На ее переднем конце находится органелла акросома, которая формируется за счет элементов комплекса Гольджи. Она обеспечивает проникновение сперматозоида в яйцеклетку с помощью ферментов, растворяющих ее оболочку и переход яйцеклетки от состояния покоя к периоду развития. За головкой расположена шейка, а за ней – промежуточный отдел и хвост. В шейке содержатся одна или две центриоли, а в промежуточном отделе – митохондрии, обеспечивающие энергией работу хвоста.

У некоторых организмов (красные водоросли, аскариды, речные раки) сперматозоиды хвоста не имеют.

В половом процессе, как правило, принимают участие две особи. У них в особых половых железах образуются особые половые клетки – мужские или женские. Животные, имеющие только один тип половых желез и образующие только один тип половых клеток, называются раздельнополыми. В некоторых случаях мужские и женские половые железы закладываются в одном организме, который способен продуцировать как мужские, так и женские половые клетки. Таких животных называют гермафродитами. Часто гермафродиты могут одновременно образовывать мужские и женские половые клетки (плоские черви). Иногда организм сначала функционирует как особь одного пола, а через определенное время – другого (некоторые рыбы). Изредка гермафродитные особи встречаются у раздельнополых животных и человека.

Биологическое значение гермафродитизма состоит в том, что у гермафродитных организмов повышается вероятность оставить потомство, уменьшаются затраты энергии на поиски партнера для размножения. Это особенно важно для организмов, ведущих прикрепленный образ жизни, паразитов, а также видов, обитающих на больших глубинах. У большинства гермафродитов существуют различные механизмы, препятствующие самооплодотворению (неодновременное созревание мужских и женских половых клеток, особенности строения половой системы…).

Виды растений, у которых органы, формирующие мужские и женские половые клетки, расположены на разных особях, называются двудомными (кукушкин лен, ива, облепиха), на одной особи – однодомными (кукуруза).