Эволюция органического мира - Учебное пособие (Воронцов Н.Н.)

Размножение. мейоз. оплодотворение

Процессы размножения у живых организмов Р33"006?33^'-однако все их можно свести к двум формам: бесполому и половому

^щность бесполого размножения. В бесполом размножении участ^ет только одна родительская особь; новый организм мо­жет возникнуть из одной клетки или из нескольких неспециали-

чипованных клеток материнского организма.

В пои^Де встречается несколько видов бесполого размноже­ния спор^образов^ние, вегетативное размножение, почкование и до У некоторых организмов бесполое и половое размножение закономерно сменяют друг друга. Это явление называется ^ дованием поколений. Например, в тенистых леса_                                                                                                                             можно увидеть зяпосли папоротника - это бесполое поколение растении, которое Sy^^^^^^^^   количество спор. Из спор развивается половое поколение -заросток папоротника. Другой пример - чередова-ние ^тативного и полового размножения у целого ряда ки-

шечнополостных животных.

Бесполое размножение эволюционно возникло раньше полово­го С его помощью численность вида может быстро увеличиться. Однако бесполой размножение не сопровождается повышен^м наследственной изменчивости потомков: при ^,^о формах все потомки генетически сходны с материнской особью, так как развиваются из клеток, делящихся митозом.          Пп.оное

Половое размножение, его значение для эвoлюции•пoлoвoe размножение имеет большое эволюционное преимущество по срав-

25

нению с бесполым. Это обусловлено тем, что в половом размно­жении принимают участие, как правило, две родительские особи. В результате слияния мужской и женской половых клеток (гамет), несущих гаплоидный набор хромосом, образуется оплодо­творенная яйцеклетка — зигота, несущая наследственные задатки обоих родителей. Благодаря этому увеличивается наследственная изменчивость потомков и повышается их возможность в приспо­соблении к условиям среды обитания.

У низших многоклеточных организмов гаметы одинаковых размеров, у более высокоорганизованных растений и животных половые клетки не одинаковы по величине. Одни гаметы богаты запасными питательными веществами и неподвижны — яйце­клетки; другие, маленькие, подвижные — сперматозоиды. Образо­вание гамет происходит в специализированных органах — поло­вых железах- У высших животных женские гаметы образуются в яичниках, мужские — в семенниках.

Мейоз, его сущность. Половое размножение грибов, расте­ний, животных связано с образованием специализированных половых клеток. Особый тип деления клеток, в результате которого образуются зрелые половые клетки (яйцеклетки и сперматозоиды), называется мейозом (см. рис- 7).

В половых железах в процессе образования половых клеток, как сперматозоидов, так и яйцеклеток, выделяют ряд стадий. В первой стадии — размножения— первичные половые клетки делятся путем митоза, в результате чего увеличивается их количество. Во второй стадии — роста — будущие яйцеклет­ки увеличиваются в размерах иногда в сотни, тысячи и более раз. Размеры сперматозоидов увеличиваются незначительно. В следую­щей стадии — созревания — каждая половая клетка претер­певает мейоз, состоящий из двух последовательных делений — мейоза I и мейоза II. Удвоение ДНК и хромосом происходит только перед мейозом I. В результате мейоза образуются гаметы с гаплиидным числом хромосом. Таким образом, в отличие от митоза, при котором дочерние клетки получают диплоидный набор хромосом, в результате мейоза зрелые половые клетки имеют лишь одинарный, гаплоидный, набор хромосом. При этом в каждую дочернюю клетку попадает по одной хромосоме из каждой пары, присутствовавшей в родительской клетке. Мейоз, так же как и митоз, состоит из ряда фаз.

Фазы мейоза. Во время профазы I мейоза двойные хромосомы хорошо заметны в световой микроскоп. Каждая хромосома со­стоит нз двух хроматид, соединенных между собой в области центромеры. Гомологичные хромосомы сближаются и конъюгиру-ют, т. е, продольно тесно соединяются друг с другом (хроматида к хроматиде). При этом хроматиды часто перекручиваются или перекрещиваются. К концу профазы гомологичные хромосомы отталкиваются друг от друга. В местах перекреста хроматид про­исходят разрывы и обмены их участками. Это явление называется

26

Рис- 8. Перекрест   хро­мосом в мейозе

кроссинг ов ер ом — перекрестом хромосом (рис. 8). Затем, как и в профазе митоза, растворяется ядерная оболочка, исчезает ядрыш­ко, образуются нити веретена.

В метафазе I хромосомы располагаются в экваториальной плоскости. В анафазе 1 гомологичные хромосомы, каждая из которых состоит из двух хроматид, расходятся к противополож­ным полюсам клетки. В телофазе из каждой пары гомологичных хромосом в дочерних клетках оказывается по одной. Число хромо­сом уменьшается в 2 раза, хромосомный набор становится гапло-идным. Однако каждая хромосома состоит из двух хроматид, т. е. по-прежнему содержит удвоенное количество ДНК. Поэтому во время интерфазы между первым и вторым делениями мейоза удвоения (редупликации) ДНК не происходит.

Второе мейотическое деление идет по типу митоза. В анафазе // к полюсам расходятся хроматиды, которые и становятся дочерними хромосомами. Из каждой исходной клетки в результате мей­оза образуется четыре клетки с гаплоидным набором хромосом.

По рассмотренной схеме мейоза идет сперматогенез — обра­зование мужских половых клеток у животных и человека. В отли­чие от сперматогенеза, в результате овогенеза (формирования женских гамет) образуется не четыре равноценные клетки, а одна зрелая яйцеклетка и три маленькие клеточки, которые впослед­ствии исчезают. Таким образом, по сравнению с яйцеклетками сперматозоидов образуется во много раз больше. Это необходимо для обеспечения оплодотворения большего числа яйцеклеток и, следовательно, для сохранения вида.

Биологическое значение мейоза и оплодотворения. Сущность процесса оплодотворения состоит в слиянии сперматозоида с яй­цеклеткой с образованием диплоидной клетки - - зиготы.

Если бы в процессе мейоза не происходило уменьшение числа хромосом, то в каждом следующем поколении в результате оп­лодотворения число хромосом увеличивалось бы вдвое- Благодаря мейозу зрелые половые клетки получают гаплоидное (/?) число хромосом, а при оплодотворении восстанавливается характерное для данного вида диплоидное (2л) число хромосом.

В ходе мейоза происходит перекрест и обмен участками го­мологичных хромосом. Кроме того, материнские и отцовские хро­мосомы случайно распределяются между гаметами (гомологич­ные хромосомы каждой пары расходятся в стороны случайным образом независимо от других пар). Все эти процессы обеспечи­вают большое разнообразие гамет и увеличивают наследственную изменчивость организмов, что имеет большое значение для уво-люции.

27

ПРОВЕРЬТЕ СЕБЯ

. Чем отличается первое деление мейоза от второго и от митоза?

2. В чем заключается биологическое значение мейоза и его значе­ние для эволюции?

3. Нарисуйте схематически мейотическое деление клетки с шестью хромосомами. Объясните: а) будут ли отличаться -дочерние клетки от материнской; б) сколько хромосом получит дочер­няя клетка в процессе мейоза; в) будут ли отличаться по набору хромосом дочерние клетки, образовавшиеся в результате мейоза и митоза?