В благоприятных условиях вирусы способны к бесполому размножению

Размножение - присущее всему живому свойство воспроизведения себе подобных. Размножение обеспечивает преемственность и непрерывность жизни.

Выделяют две основные формы размножения: бесполое и половое.

Бесполое размножение осуществляется только одной родительской особью без участия половых клеток. Появление дочернего организма происходит из соматических клеток.

Важно заметить, что обычно потомству передаются только мутации, которые происходят в половых клетках (гаплоидных - n). Однако в случае бесполого размножения потомству передаются мутации в соматических клетках (диплоидных - 2n).

Наиболее распространено бесполое размножение у бактерий, грибов и растений, встречается и у животных. Существует несколько способов бесполого размножения:

Деление

Делением материнской клетки на дочерние размножаются все бактерии и простейшие (амеба, эвглена зеленая, инфузории, водоросли).

Обратите внимание, что у ядерных организмов (эукариот) деление клетки подразумевает митоз, а у доядерных (прокариот) - простое бинарное деление (такая разница связана с отсутствием у прокариот ядра).

Часто бесполое размножение помогает быстро увеличить численность вида, оно активируется при благоприятных условиях среды. Осенью, при наступлении неблагоприятных условий становится активно половое размножение.

Споруляция (греч. spora - посев)

Споруляция подразумевает размножение с помощью специализированных клеток - спор. Эта форма размножения распространена у растений (водорослей, мхов, папоротников, хвощей и плаунов), грибов и некоторых простейших (споровики - малярийный плазмодий).

У одноклеточной зеленой водоросли - хламидомонады, споры имеют жгутики, вследствие чего называются зооспорами. У растений процесс образования спор происходит в обособленных мешковидных образованиях - спорангиях. Споры покрыты защитной оболочкой, служат для размножения и расселения растений и грибов.

Помимо этого, споры грибов и простейших помогают им пережить влияние неблагоприятных факторов внешней среды, например пересыхание водоема. При наступлении благоприятных условий грибы и простейшие освобождаются от спор и продолжают рост и развитие.

Вариантов вегетативного размножения у растений - масса, им посвящена отдельная статья. Растения размножают с помощью клубнелуковиц, клубней, корнеплодов, корневищ, усов, отводок, черенков, луковиц, делением кустов. Прививка - также является вариантом вегетативного размножения.

В случае вегетативного размножения дочерний организм представляет собой генетическую копию материнского организма, а также имеет шанс унаследовать мутации в соматических клетках.

У некоторых животных дочерние организмы могут появляться из группы клеток - прямо на теле родительской особи. В этом случае небольшой участок тела отделяется от родительского организма и развивается самостоятельно.

Почкованием размножаются многие кишечнополостные, например - пресноводный полип - гидра.

Некоторые живые существа в ходе эволюции развили поразительную способность к регенерации (лат. re - вновь и genus - поколение) - замещению утраченной части организма.

У молочной планарии способность к регенерации развита настолько, что, если разделить ее на несколько частей, то из каждой части восстановится полноценный организм.

Является искусственным методом размножения, которым занимается отдельное направление биологии - биотехнология. Клоном называют дочернюю особь, идентичную в генетическом отношении родительской особи.

На настоящий момент бурно развивается направление выращивания искусственных органов, которые могут заменить "естественные" органы, утратившие вследствие болезней свои физиологические и анатомические свойства.

Осуществляется с помощью особых половых клеток (гамет). Имеет огромное эволюционное значение, так как в результате него образуются особи с новыми комбинациями генов, новыми признаками. Такие особи являются материалом для естественного отбора.

В результате бесполого размножения появляются генетические копии материнских организмов, которые содержат точно такой же набор генов в ДНК. В этом случае при изменении условий среды, если погибает одна особь, рискуют погибнуть все "генетические копии", так как они не обладают разнообразием, имеют одинаковый генотип, а значит одинаково не приспособлены.

Половое размножение в схожих условиях выигрывает значительно, так как создает генетическое разнообразие.

В ходе гаметогенеза у мужских и женских особей образуются половые клетки (гаметы): сперматозоиды (n) и яйцеклетки (n). При оплодотворении происходит их слияние, образуется зигота (2n). Далее следует эмбриональный период развития, который переходит в постэмбриональный.

У ряда организмов существуют свои особые варианты полового процесса. Таким является процесс конъюгации у инфузорий. Конъюгация (лат. conjugatio - соединение) сопровождается обменом ядер между клетками партнеров при их непосредственном контакте.

Важно заметить, что это пример полового процесса без размножения, так как увеличения числа особей не происходит. Однако две разошедшиеся клетки после конъюгации содержат новые комбинации генов, что в дальнейшем приведет к развитию новых признаков и появлению новых свойств у их потомства.

Партеногенез (греч. παρθένος — дева, девица, девушка + γένεσις — возникновение) - одна из форм полового размножения, так называемое "девственное размножение".

При партеногенезе дочерний организм развивается из неоплодотворенной яйцеклетки. Несмотря на то, что в этом процессе не участвует мужская половая клетка, партеногенез относят к половому размножению, так как дочерний организм развивается из половой клетки - яйцеклетки.

Партеногенез выполняет важную функцию регуляции соотношения полов у пчел: из неоплодотворенной яйцеклетки развиваются самцы, из оплодотворенной - самки. Партеногенез встречается также у муравьев, термитов, тлей.

Говоря о половом размножении нельзя не упомянуть интересное явление в природе - гермафродитизм. Это явление заключается в наличии у особи как мужских, так и женских половых органов (назван по имени мифического обоеполого существа - Гермафродита). Аналогичное явление у растений называется однодомностью: и мужские, и женские цветки в таком случае расположены на одном растении.

Очевидно, что особи гермафродиты вырабатывают два типа половых клеток: и сперматозоиды (мужские гаметы), и яйцеклетки (женские гаметы). Гермафродитизм чаще встречается у низших, более примитивных животных. Гермафродитами являются многие черви, моллюски, кишечнополостные.

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Самые мелкие организмы на нашей планете - прокариотические клетки бактерий. Наверное, их размеры - это и есть одна из причин, по которой они способны к колоссальному увеличению численности. Подсчитано, что в норме размножение бактерий происходит каждые 20-30 минут. Естественно, что количество формирующихся клеток просто невероятно! За сутки в переводе на массу потомство от одной особи составит около 5 тонн.

Однако в силу различных лимитирующих факторов такого прироста не происходит. Чем же обусловлено такое стремительное размножение этих организмов? Попробуем разобраться в этом вопросе.

Способы размножения бактерий

Таковых несколько. Основной фактор, который определяет тот или иной вариант процесса размножения - это внешние условия. Как размножаются бактерии при благоприятных условиях? Способов два:

Это более быстрые, простые и эволюционно древние методы. Однако при таких способах не происходит обмен генетической информацией, поэтому дочерние особи являются точной материнской копией.

А вот как размножаются бактерии, если параметры внешней сферы неблагоприятны? Тогда наступает особый процесс, имеющий такую же основу, как половое размножение многоклеточных - обмен генетической информацией благодаря рекомбинации участков молекул ДНК соседних нуклеоидов в клетках.

Рассмотрим каждый из этих вариантов более подробно и выясним особенности искусственного выращивания популяций микроорганизмов.

Бесполое размножение и его особенности

• дышит;
• питается;
• передвигается;
• поглощает и тратит энергию;
• растет;
• развивается.

Итогом всей жизни становится процесс бесполого размножения, в результате которого материнская клетка дает начало новым особям и постепенно отмирает.

Описание процесса

То, как размножаются бактерии вегетативно, можно коротко описать в нескольких пунктах.

1. Бактерия достигает определенного размера и запаса питательных веществ. В результате она готова к началу процесса.
2. Затем клетка начинает продольно вытягиваться, то есть удлиняться.
3. При этом посередине формируется поперечная перегородка (перетяжка), которая начинает сходиться к центру клетки, сдавливая ее.
4. Внутри при этом происходит процесс репликации молекулы ДНК, то есть деление нуклеоида.
5. Генетический материал обоими концами молекулы крепится к стенкам бактериальной клетки.
6. Основная и реплицированная ДНК расходятся по разным полюсам.
7. Перетяжка смыкается и происходит разделение клетки пополам. Так формируются две дочерние особи.
8. Недостающие структуры (жгутики, слизевые капсулы и так далее) достраиваются у каждого представителя отдельно.
9. Первым делится нуклеоид клетки, а после него происходит цитокинез.

Очевидно, что рост и размножение бактерий по такому типу - очень простой и быстро происходящий процесс, не требующий подготовки и каких-то специфических особенностей.

Однако у некоторых видов (например, у сенной палочковидной бактерии) на этом процесс не заканчивается. Две дочерние клетки образуют между собой мостик, по которому ДНК свободно переходит из одной в другую. Встречаясь между собой, молекулы нуклеиновой кислоты обмениваются участками, что приводит к возникновению мутаций. После этого ДНК возвращается в свою клетку, только уже измененная, с новыми встроенными в цепь участками. Мостик рушится, каждая особь начинает самостоятельное существование.

Типы деления клеток

Есть еще несколько особенностей в том, как размножаются бактерии бесполым путем. При совершении процесса возможны три варианта развития событий.

1. Цитокинез и деление нуклеоида происходит раньше, чем успевают сформироваться перетяжки, и клетки расходятся двумя структурами. Поэтому в этих случаях происходит формирование диплококков, стрептококков, стафилококков, палочковидных многоклеточных образований и прочих объединенных форм.
2. Нормальное разделение. При этом происходит своевременное и гармоничное вегетативное деление как самих клеток, так и генетического материала и цитоплазмы. В результате из одной материнской получаются две нормальные дочерние клетки.
3. Происходящее деление генетического материала сильно опережает разделение самих клеток. В результате формируются многонуклеоидные формы.

После того как образовалась любая из вышеперечисленных колоний, клетки во многих из них также стремятся к отделению друг от друга и самостоятельному существованию.

Способы отсоединения клеток друг от друга

Особенности размножения бактерий вегетативным способом предусматривают разные варианты отделения клеток. Всего их можно назвать три.

1. Клетки ломают цитоплазматический мостик между ними и отталкиваются друг от друга (разламывающее разделение). Пример: палочки сибирской язвы.
2. Аккуратное разделение при помощи скольжения одной особи по поверхности другой. Пример: эшерихия.
3. Сечение. Способ, при котором одна клетка описывает вокруг другой фигуру в форме V. Пример: дифтерийные бактерии.

На этом особенности бесполого (вегетативного) размножения бактериальных особей заканчиваются.

Половое размножение: особенности

Как происходит размножение бактерий половым способом, было установлено лишь в 1946 году. До этого был известен только уже рассмотренный нами вариант. Считалось, что ответ на вопрос о том, как размножаются настоящие бактерии, однозначен: только бесполым путем деления клетки надвое.

Однако эксперименты над штаммами эшерихии коли показали, что ее клетки способны к конъюгации. Так называется особый процесс обмена генетическим материалом. А это уже прямой признак именно полового размножения.

Как таковых женских и мужских клеток среди бактерий нет. Однако всегда есть та, что содержит начальную ДНК (мужская) и та, что будет ее принимать у себя (женская). Весь процесс происходит следующим образом.

1. Две клетки сближаются между собой и устанавливают контакт.
2. Место контакта называется пили, и оно является полой фиброзной трубочкой. Вырабатывается "мужской" клеткой.
3. Затем по образованному каналу начинает происходить передача ДНК отца в материнскую клетку.
4. Здесь генетический материал рекомбинируется, то есть обменивается участками. Каждая молекула достраивает себе недостающую цепочку.
5. Процесс очень медленный, поэтому за время его прохождения "мужская" клетка способна несколько раз реплицировать свою ДНК.
6. В результате формируются особи новые, имеющие рекомбинантный генетический материал с признаками и мужской, и женской клетки. А также остаются несколько начальных отцовских клеток.

Рост бактериальных колоний

Для того чтобы изучить, как происходит рост и размножение бактерий, готовят специальные питательные среды, подходящие для каждого вида. На них высеивают штаммы и, соблюдая определенные стерильные условия, чтобы избежать конкуренции при подселении других микроорганизмов, наблюдают за происходящими изменениями и ростом целых колоний.

Если не ограничивать лимитирующими факторами этот процесс, то прирост популяции идет в логарифмической прогрессии. Отмирание клеток естественным путем - всего лишь в арифметической.

Спорообразование

Услышав о том, что микробы способны формировать особые структуры - споры, многие думают, что это еще один вариант того, как размножаются бактерии. Однако это не так.

Спора - это лишь временное состояние покоя клетки, в котором она способна переживать неблагоприятные условия среды. Иногда даже десятки лет. С процессами воспроизведения потомства это никоим образом не связано.

Процесс размножения

Способность к размножению является одним из свойств живых систем. Благодаря размножению происходит передача генетического материала родителей следующему поколению, что обеспечивает воспроизведение признаков не только данного вида, но и конкретных родительских особей.

Для популяции и биологического вида смысл размножения состоит в замещении особей, которые гибнут. Это обеспечивает непрерывное существование вида. При подходящих условиях размножение позволяет увеличить общую численность особей данного вида.

Достижения в области биотехнологии растений привели к возникновению нового метода вегетативного размножения, а именно клонального микроразмножения.

Клональное микроразмножение – получение неполовым путем (in vitro) растений, генетически идентичных материнскому экземпляру.

В основе этого метода лежит уникальная способность растительных клеток к тотипотентности. Тотипотентность – способность клетки путем деления дать начало любому клеточному типу организма.

Если вы возьмете любую часть растений, будь-то стебель или корень, и поместите эту часть в условия in vitro на определенную питательную среду, то из этого листочка может вырасти новое растение. Однако если вы возьмете кожу человека либо часть тела человека и поместите их в специальные условия, то не получите человечка. Клонирование животных и человека – процесс много более сложный.

Следовательно, у растений из дифференцируемых клеток можно получить маленькие растения, а из человеческих клеток нового человека получить невозможно. Исключением является рассмотренная выше полиэмбриония.

Основным преимуществом клонального микроразмножения является очень высокий коэффициент размножения. При вегетативном размножении от одного растения можно получить от 10 до 100 растений в год, а с помощью клонального микроразмножения от одного исходного растения можно получить от пяти тысяч до одного миллиона растений в год. При этом эти растения будут выращиваться на территории лаборатории (Рис. 13).

Рис. 1. Микроклональное размножение. Клетки растения помещают в пробирку, а затем выращивают в специальных условиях.

Клональное микроразмножение особенно выгодно при размножении элитных сортов, которые насчитывают всего несколько экземпляров в мире. Сегодня в таких странах, как Дания, Бельгия, Голландия, а также в Америке и Польше есть фирмы, специализирующиеся на микроклональном размножении.

Актиномицетами называют ветвящиеся бактерии, лучистые грибки, сочетающие признаки бактерий и грибов. Как бактерии они прокариоты, а как грибы имеют ветвящиеся нити, напоминающие мицелий (рис. 14).

Рис. 2. Нити актиномицетов

Эти нити могут достигать в длину несколько миллиметров, в диаметре они тоже довольно тонкие (0,5–1,5 мкм). Такое ветвление характерно для представителей царства грибов. Но актиномицеты размножаются спорами, которые характерны для грибов (рис. 15). Но клетку они имеют прокариотическую, поэтому к грибам их никак нельзя отнести.

Рис. 3. Споры актиномицетов

Актиномицеты широко распространены в почве, где они разлагают органические вещества, в том числе и трудноразлагаемые (хитин, лигнин, целлюлоза). Кроме этого, большинство из актиномицетов продуцируют антибиотики, которые широко используются в медицине.

Способы вегетативного размножения многочисленны и разнообразны. Некоторые растения размножаются с помощью усов или столонов (тонких стелящихся по земле побегов).

Ус несет пленчатые листья с пазушными почками, которые дают начало придаточным корням и новым растениям. После укоренения новых растений прежние усы разрушаются (рис 16).

Рис. 4. Земляника размножается при помощи видоизмененных стеблей – усов

В роли уса может выступать главный стебель, ус также может расти из нижних, пазушных почек на главном стебле. У земляники, например, пленчатые листья и пазушные почки есть у каждого узла.

Бесполое размножение

Существуют два основных типа размножения: бесполое и половое. Бесполое размножение происходит без формирования половых клеток – гамет. В нем участвует один организм. При бесполом размножении образуются идентичные потомки, при этом единственным источником генетической изменчивости могут быть случайные мутации.

С другой стороны, бесполое размножение позволяет быстро увеличить численность вида. Идентичные потомства, происходящие от одной потомственной клетки, называют клонами. Члены клона могут быть генетически различными только в случае возникновения случайных мутаций. Различают несколько типов бесполого размножения. Во-первых, это размножение простым делением (рис. 1).

Рис. 5. Прямое деление клетки прокариот: І – клетка, готова к делению; ІІ – репликация ДНК; ІІІ – образование дочерних клеток. 1 – клеточная стенка, 2 – плазматическая мембрана, 3 – нуклеоид (кольцевая молекула ДНК, в которой хранится наследственная информация прокариот), 4 – цитоплазма

У прокариот единственная кольцевая хромосома перед делением удваивается. Между дочерними клетками образуется либо перегородка, либо перетяжка, и клетка делится на две части.

Многие одноклеточные водоросли, такие как хламидомонада или же эвглена зеленая, размножаются с помощью митоза. С помощью митоза могут размножаться и простейшие. При этом образуются две дочерние клетки.

Множественное деление

Множественное деление, во время которого за повторными делениями ядра происходит и деление самой клетки на множество дочерних клеток, наблюдается у простейших, у споровиков.

Рассмотрим шизогонию на примере кокцидии (рис. 2).

Рис. 6. Рост шизонта и шизогония кокцидий: 1 – молодой шизонт, ядро еще не приступило к делению; 2–4 – увеличение числа ядер путем деления и рост шизонта; 5 – распад шизонта на мерозоиты

У малярийного плазмодия также стадия, на которой происходит множественное деление, называется шизонтом, а сам процесс – шизогонией (рис. 3).

Рис. 7. Жизненный цикл малярийного плазмодия. Шизогония происходит на стадии 3 (бесполое размножение в клетках печени)

У плазмодия шизогония непосредственно следует за заражением хозяина, когда паразит поражает печень. При этом сразу образуется около тысячи дочерних клеток, каждая из которых способна проникнуть в эритроциты.

Такая высокая плодовитость компенсирует большие потери и трудности, связанные со сложным жизненным циклом.

Размножение спорами

Следующий тип бесполого размножения – размножение спорами. Споры – специализированные гаплоидные клетки у грибов и растений, служащие для размножения и расселения. Нельзя путать споры бактерий и споры грибов и растений, поскольку у бактерий они служат для защиты при неблагоприятных условиях.

У грибов и низших растений споры образуются в результате митоза, у высших растений – в процессе мейоза. У семенных растений споры потеряли свою функцию расселения и являются одним из этапов цикла воспроизведения.

Почкование

Следующий тип бесполого размножения – почкование. В этом случае новая особь образуется в результате выроста или почки на теле родительской особе, затем она отделяется и начинает самостоятельную жизнь. Почкование наблюдается в разных группах живых организмов.

Рис. 8. Примеры размножения почкованием. Слева направо: у животных (гидра пресноводная), грибов (дрожжи) и растений (каланхоэ).

Почкование встречается у животных, например у кишечнополостных (гидра), у одноклеточных грибов, у дрожжей, бактерий (рис. 4). Необычная форма почкования встречается у каланхоэ (бриофиллюма), которое часто выращивают в качестве комнатного растения. По краям его листьев из почек образуются миниатюрные растения с корешками, которые затем отпадают и превращаются в маленькие самостоятельные растения.

Фрагментация

Следующий тип бесполого размножения – это фрагментация. Фрагментацией называют разделение особи на две или несколько частей, каждая из которых дает начало новому организму. Этот процесс основан на регенерации.

Что такое регенерация? Это способность организма восстанавливать утраченные части. Так, например, фрагмент тела дождевого червя дает начало новой особе (рис. 5).

Рис. 9. Фрагментация у кольчатых червей

Однако следует учитывать, что в природных условиях фрагментация встречается редко. В частности, у многощетинковых червей, плесневых грибов и некоторых водорослей, например у спирогиры.

Вегетативное размножение

Вегетативное размножение широко представлено у растений. Это способ размножения специализированными органами или отдельными частями тела (рис. 6).

Рис. 10. Вегетативное размножение растений

Суть его состоит в том, что от материнского экземпляра, отделяется большая хорошо сформированная часть, которая впоследствии дает начало новому организму, или же образуются структуры, специально предназначенные для вегетативного размножения: луковицы, клубнелуковицы, корневища (рис. 7).

Рис. 11. Органы вегетативного размножения растений

Принципиально вегетативное размножение ничем не отличается от фрагментации или почкования, но этот термин традиционно применим именно к растениям и лишь иногда к животным, в отличие от фрагментации или почкования.

Рис. 12. Вегетативные органы растений

Давайте приведем конкретные примеры вегетативного размножения. Во-первых, это размножение растений частями вегетативных органов: часть слоевища, черенок стебля, черенок корня, или специальными видоизменениями побегов (Рис. 9).

Рис. 13. Видоизменения побегов растений, участвующие в вегетативном размножении

Полиэмбриония

Особым видом бесполого размножения является полиэмбриония. В этом случае из одной диплоидной зиготы образуются несколько зародышей, каждый из которых превращается в полноценную особь. Это происходит тогда, когда бластомеры, которые образуются при делении зиготы, расходятся и каждый из них развивается, как самостоятельная зигота. Этот процесс обусловлен генетически.

Рис. 14. Новорожденные броненосцы. Благодаря полиэмбрионии, характерной для броненосцев, они генетически идентичны.

Эти потомки генетически идентичны и всегда одного пола. Такой вид бесполого размножения встречается у броненосцев (рис. 10).

К полиэмбрионии также относится образование однояйцевых близнецов у человека (рис. 11).

Рис. 15. Однояйцевые близнецы. Появились на свет в результате расхождения и самостоятельного развития двух бластомеров.

В этом случае при оплодотворении также образуется диплоидная зигота, которая, дробясь, дает начало зародышу, а он на ранней стадии, по не совсем понятным причинам, распадается на несколько фрагментов или частей. Каждая из этих частей проходит путь нормального эмбрионального развития, в результате чего рождаются два или более генетически идентичных младенца. Так как пол у человека определяется наличием половых хромосом, то однояйцевые близнецы всегда одного пола.

Иногда разделение формирующего зародыша бывает неполным. В этом случае появляются организмы, которые имеют общие органы или части тела. Таких близнецов называют сиамскими близнецами (рис. 12).

Повторим все способы бесполого размножения: деление, спорообразование, почкование, фрагментация, вегетативное размножение, полиэмбриония.

Список литературы

1. А.А. Каменский, Е.А. Криксунов, В.В. Пасечник. Общая биология, 10–11 класс. – М.: Дрофа, 2005. По ссылке скачать учебник: (Источник).
2. Д.К. Беляев. Биология 10–11 класс. Общая биология. Базовый уровень. – 11-е издание, стереотипное. – М.: Просвещение, 2012. – 304 с. (Источник).
3. В.Б. Захаров, С.Г. Мамонтов, Н.И. Сонин, Е.Т. Захарова. Биология 11 класс. Общая биология. Профильный уровень. – 5-е издание, стереотипное. – М.: Дрофа, 2010. – 388 с. (Источник).
4. В.И. Сивоглазов, И.Б. Агафонова, Е.Т. Захарова. Биология 10–11 класс. Общая биология. Базовый уровень. – 6-е издание, дополненное. – М.: Дрофа, 2010. – 384 с. (Источник).
5. И.Н. Пономарева, О.А. Корнилова, Т.Е. Лощилина, П.В. Ижевский. Биология. 10 класс. Общая биология. Базовый уровень. – 2-е издание, переработанное. – Вентана-Граф, 2010. – 224 с. (Источник).

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

Домашнее задание

1. Что такое размножение? Чем размножение отличается от самовоспроизведения?
2. Какие виды размножения вам известны?
3. Дайте характеристику бесполому размножению. Чем бесполое размножение отличается от полового?
4. Сравните разные виды бесполого размножения.
5. В чем особенность размножения бактерий?
6. Какое значение имеет бесполое размножение в природе и жизни человека?

Если вы нашли ошибку или неработающую ссылку, пожалуйста, сообщите нам – сделайте свой вклад в развитие проекта.