Термины и понятия: размножение половое, бесполое, делением, вегетативное; бинарное деление; множественное деление; почкование; споры; стерильность.
Почему самовоспроизведение живых организмов называют размножением. Как известно, самовоспроизводство, то есть способность воссоздавать себе подобных, присуще всем без исключения живым существам и является одной из ключевых особенностей живой материи. Ведь никакой, даже самый совершенный, организм не может жить бесконечно долго, а потому непрерывность и преемственность жизни обеспечивается исключительно за счёт размножения — воспроизведения живых организмов, всегда связанного с увеличением их числа. Чем же обусловлена такая особенность воспроизведения живых существ? Дело в том, что все организмы размножаются частями или клетками собственного тела, из которых впоследствии развиваются новые организмы. Как известно, частей всегда больше целого, поэтому изначально потомство всегда многочисленнее родителей.
В том, что размножение происходит с увеличением числа особей, заложен особый смысл. Смерти от болезней и случайных причин, низкая жизнеспособность или стерильность (от лат. стерилис — бесплодный) отдельных особей автоматически обуславливают необходимость большего числа потомков, чем родителей. Если к этому добавить, что животные могут существовать исключительно за счёт поедания растений и других животных и сами при этом служат пищей для ряда организмов (паразитов, болезнетворных бактерий, простейших и грибов), то просто необходимо, чтобы в каждом новом поколении численность потомков во много раз превышала численность родительских особей. Ведь иначе возможна ситуация, когда до половозрелого состояния никто из потомков не доживёт, и нить жизни прервётся. Например, для популяции людей подсчитано, что для того, чтобы народонаселение оставалось стабильным, на каждую женщину детородного возраста должно приходиться от 2,1 до 2,3 ребенка. Если новорождённых будет меньше, то численность населения начнёт падать, больше — возрастать.
Бесполое размножение. Существует две формы воспроизведения живых организмов: бесполое и половое размножение (рис. 1). Первая — это размножение путём деления тела на две и больше частей или специально предназначенными для этого частями тела, а также спорами (от греч. спора — сеяние, посев, семя). Процесс бесполого размножения осуществляется без какого-либо контакта с особями своего вида, поэтому при таком способе получения потомства не происходит обмен генетической информацией.
Различают несколько вариантов бесполого размножения. Каждый из них свойственен конкретным группам организмов.
Размножение путём деления своего тела характерно прежде всего для одноклеточных организмов. Если это эукариотическое существо (простейшее, водоросль, гриб), то в основе клеточных делений лежит митоз. Если это бактерия, то происходит прямое деление, свойственное прокариотам. Воспроизведение одноклеточных может осуществляться путём бинарных (от англ. binary — двоичный) делений, когда материнская клетка делится строго пополам, а может, как у дрожжевых грибов и некоторых бактерий, — почкованием. В этом случае в клетке вначале происходит удвоение генетического аппарата, одна из частей которого мигрирует к наружной клеточной мембране, где образуется выпячивание, которое потом отделяется (отпочковывается) от материнской клетки. У некоторых простейших, например фораминифер, споровиков (вспомните цикл развития малярийного плазмодия) деления происходят иначе. Вначале в клетке происходит ряд ядерных делений, в результате чего образуется множество ядер, после чего она распадается на соответствующее количество одноядерных клеток. Этот способ размножения получил название множественного деления.
На первый взгляд, бинарное деление — самый невыгодный способ размножения. Неслучайно он присущ примитивным одноклеточным организмам. Ведь количество потомков за одно поколение в таком случае может возрасти самое большее в два раза, тогда как при размножении половыми клетками потомство одной пары может составить миллионы особей. Но оказалось, что из-за того, что клеточным делением воспроизводятся наиболее просто устроенные существа, они обладают чрезвычайно высокой скоростью размножения. Учёные подсчитали, что одна бактерия, которая может делиться каждые 20 минут, способна в подходящих для жизни условиях за шесть часов дать начало 250 тыс. бактерий. Через сутки масса потомков составит уже 4730 тонн. А ещё через трое-четверо суток они могут заполнить собой Мировой океан. Так быстро и эффективно размножаться не может ни один другой организм.
Рис. 1. Общая схема классификации типов размножения живых организмов.
Рис. 2. Стадии бесполого размножения гидры: 1 — начало формирования вегетативной почки; 2 — её рост; 3 — завершение формирования; 4 — обособление
Делением тела на фрагменты могут размножаться примитивные многоклеточные животные, в частности плоские и кольчатые черви. Этот способ размножения обычен у многих водорослей, например у зелёной водоросли спирогиры.
Почкование может происходить не только у одноклеточных грибов и бактерий, но и самых примитивных животных — губок и кишечнополостных (рис. 2), тело которых построено всего из двух слоёв клеток (вспомните, как называется часть тела, из которой образуется новая губка или гидра).
Ещё один способ бесполого размножения — вегетативное размножение свойственно, в основном, высшим растениям. Осуществляется оно специальными органами, в частности побегами различного типа (вспомните, как размножается пырей, а как — клубника), луковицами и клубнями. Обычно при вегетативном размножении образуются колониальные организмы, состоящие из связанных друг с другом отдельных особей. Они имеют общий обмен веществ и одинаково реагируют на внешние раздражители. К колониальным многоклеточным организмам относятся коралловые полипы, пырей, ландыш и другие вегетативно размножающиеся растения.
Способность растений к вегетативному размножению часто используют в растениеводстве. Из-за того, что многие сорта садовых растений (тюльпанов, роз, георгинов) стерильны и не способны образовывать семена, единственной возможностью их воспроизводства становится вегетативное размножение. При искусственном вегетативном размножении обычно используют черенки и отводки — части растений, способные дать начало новым растениям.
При размножении делением, почкованием или специальными вегетативными органами всегда образуется генетически однородное потомство, точная копия материнского организма. И это вполне естественно, ведь в основе процессов бесполого размножения лежат митозы, при которых дочерние клетки получают равный генетический материал. Такое размножение, проводимое в искусственных условиях с целью получения генетически однородного потомства, называют клонированием, а образующихся при этом потомков — клонами (от греч. клон — веточка, побег, отпрыск).
Рис. 3. Организмы, размножающиеся спорами: а — грибы; б — водоросли; в — мхи; г — плауны; д — хвощи; е — папоротники.
Особым видом бесполого воспроизведения живых организмов является размножение спорами — микроскопическими зачатками, чаще всего состоящими из одной, реже двух, а ещё реже — группы клеток, из которых развиваются многоклеточные организмы. Их предназначение — размножение или переживание организмом неблагоприятных условий.
Спорами размножаются грибы, водоросли и низшие споровые (вспомните, какие отделы царства Растения относят к низшим споровым) растения (рис. 3). Для того чтобы из споры начал развиваться новый организм, не требуется контакта спор друг с другом, как это происходит при половом размножении гаметами, для их прорастания достаточно благоприятных условий (влажности, температуры и прочее). Споры грибов и водорослей чаще всего образуются в результате митозов, а высших растений — только вследствие мейозов.
В первом случае организмы, развивающиеся из спор одного материнского организма, представляют собой клоны, во втором случае они генетически отличаются друг от друга (подумайте почему).
Недостатки бесполого размножения. Если посмотреть, в каких группах организмов распространено бесполое размножение, становится очевидным, что оно присуще лишь низко организованным существам (одноклеточным, грибам, растениям и наиболее примитивным животным). При этом все многоклеточные организмы (водоросли, грибы, высшие растения и животные) на определённой стадии жизненного цикла обязательно размножаются половым путём, высшие растения ушли от размножения спорами (вспомните, что собой представляет гаметофит цветковых растений), а у самых высокоорганизованных животных (членистоногих, моллюсков и позвоночных) бесполого размножения нет вообще. Почему половое размножение является обязательным атрибутом всех многоклеточных организмов? В чём его необходимость? Обычно учёные преимущество полового размножения объясняют так. При бесполом размножении, когда организм воспроизводит только свои точные копии, ограничивается возможность приспособления видов к постоянно изменяющимся условиям окружающей среды, и только при половом размножении, когда каждая особь оказывается генетически уникальной, всегда есть возможность ответить на её вызовы.
Размножение — это процесс воспроизведения организмом себе подобных организмов, обязательно связанный с увеличением количества особей. Размножение бывает бесполым и половым. Бесполое размножение свойственно наиболее примитивным существам. Оно осуществляется либо делением тела на части, из которых развивается потомство; либо воспроизведением потомства с помощью специальных вегетативных органов или спор.
Проверьте себя
1.Дайте определение понятию размножение. 2. Какими способами воспроизводятся одноклеточные организмы? 3. В чём особенность вегетативного размножения растений? 4. Какими типами спор размножаются цветковые растения, а какими - водоросли и грибы?
Как вы считаете?
1. Почему образование спор у бактерий не является процессом их размножения? 2. Почему не известны случаи бесполого размножения млекопитающих?