Spolno razmnožavanje organizama. Razmnožavanje organizama

Razmnožavanje je razmnožavanje organizmom sličnih organizama. Zahvaljujući njemu osiguran je kontinuitet života. Postoje dva načina nastanka novih organizama: nespolno i spolno razmnožavanje. Aseksualnost, u kojoj sudjeluje samo jedan organizam, nastaje diobom stanice na pola, sporulacijom, pupanjem ili vegetativno. Karakterističan je uglavnom za primitivne organizme. Kod nespolnog razmnožavanja, novi organizmi su kopija roditelja. Spolno razmnožavanje događa se uz pomoć spolnih stanica koje se nazivaju gamete. Uglavnom uključuje dva organizma, što doprinosi nastanku novih jedinki koje se razlikuju od roditeljskih. Mnoge životinje karakteriziraju naizmjenično nespolno i spolno razmnožavanje.

Vrste spolnog razmnožavanja

Postoje sljedeće vrste spolnog razmnožavanja:

• biseksualan;
• hermafrodit;
• partenogeneza ili djevičansko razmnožavanje.

Dvodomno razmnožavanje

Dvodomno razmnožavanje karakterizira spajanje haploidnih gameta, što se naziva oplodnja. Oplodnja rezultira diploidnom zigotom koja sadrži genetske podatke oba roditelja. Dvodomna reprodukcija karakterizirana je prisutnošću spolnog procesa.

Vrste spolnog procesa

Postoje tri vrste seksualnog procesa:

1. Izogamija. Karakterizira ga činjenica da su sve gamete pokretne i iste veličine.
2. Anizogamija ili heterogamija. Gamete su različite veličine; postoje makrogamete i mikrogamete. Ali obje gamete su sposobne za kretanje.
3. Oogamija. Karakterizira ga prisutnost velikog nepokretnog jajašca i malog spermija sposobnog za kretanje.

Hermafroditizam

Partenogeneza

Neki se organizmi mogu razviti iz neoplođene stanice. Ovo spolno razmnožavanje naziva se partenogeneza. Uz njegovu pomoć razmnožavaju se mravi, pčele, ose, lisne uši i neke biljke. Vrsta partenogeneze je pedogeneza. Karakterizira ga djevičansko razmnožavanje ličinki. Neki dvokrilci i kornjaši razmnožavaju se pedogenezom. Partenogeneza osigurava brzi porast veličine populacije.

Razmnožavanje biljaka

Biljke se, kao i životinje, mogu razmnožavati nespolno i spolno. Razlika je u tome što se spolno razmnožavanje kod angiospermi događa dvostrukom oplodnjom. Što je? Kod dvostruke oplodnje, koju je otkrio S. G. Navashin, u oplodnji jajašca sudjeluju dva spermija. Jedan od njih sjedinjuje se s jajetom. Ovo proizvodi diploidnu zigotu. Drugi se spermij stapa s diploidnom središnjom stanicom i formira triploidni endosperm koji sadrži zalihe hranjivih tvari.

Biološko značenje spolnog razmnožavanja

Spolno razmnožavanje čini organizme otpornima na promjenjive i nepovoljne uvjete okoliša i povećava njihovu sposobnost preživljavanja. Tome pridonosi raznolikost potomaka rođenih kao rezultat kombinacije nasljeđa dvaju organizama.

Reprodukcija, inherentno svojstvo svih organizama da reproduciraju vlastitu vrstu, osiguravajući kontinuitet i kontinuitet života. Svi oblici R. u organizmima sa staničnom građom temelje se na staničnoj diobi. Predložene su različite klasifikacije oblika R. Postoje tri glavne metode R.: aseksualna, vegetativna i spolna. Kod nespolnog R. organizam se razvija iz jedne stanice koja nije spolno diferencirana. U vegetativnom R., početak novog organizma daju višestanični rudimenti, ponekad složeno diferencirani. Spolni R. prethodi obrazovanje gamete (spolne stanice); R. sama se svodi na njihovo spajanje u zigota - oplodnja, praćena spajanjem ne samo citoplazme gameta, već i njihovih jezgri. Početak R. razdoblja u nekim se slučajevima podudara s prestankom rasta, u drugima ne podrazumijeva zaustavljanje rasta jedinke i prestaje tek s početkom starosti ili se nastavlja do smrti organizma, u kod drugih počinje nekoliko godina nakon prestanka rasta. R. može biti jednostruko ili višestruko. Za jednostanične organizme koji se razmnožavaju diobom, kao i za jednogodišnje i dvogodišnje cvjetnice, R. je ujedno i završetak njihova životnog ciklusa. Neke (tzv. monokarpne) višegodišnje biljke, kao i nekoliko vrsta riba, razmnožavaju se jednom u životu.

Mnogo češće se u biljnom i životinjskom svijetu opažaju višestruke reakcije.Svaku vrstu karakterizira određeni intenzitet zračenja, koji ponekad varira u prilično širokom rasponu ovisno o uvjetima postojanja.

Na početak razdoblja R. i njegov intenzitet uvelike utječu uvjeti okoline - temperatura, duljina dnevnog svjetla, intenzitet osvjetljenja, prehrana itd. U viših životinja, aktivnost reproduktivnih organa povezana je s funkcijama endokrinih žlijezda, što omogućuje poticanje ili odgađanje puberteta. Na primjer, kod riba, dodatna transplantacija hipofize ili uvođenje njegovih hormona uzrokuje početak zrelosti, što se koristi u praksi uzgoja vrijednih riba, poput jesetre.

Lit.: Myasoedov S.V., Fenomeni reprodukcije i spola u organskom svijetu, Tomsk, 1935; Hartmann M., Opća biologija, prijevod (prijevod) s njemačkog (njemačkog), M. - L., 1936.; Dogel V. A., Polyansky i Yu. I., Heisin E. M., Opća protozoologija, M. - L., 1962.; Willy K. i Dethier V., Biologija. (Biološki procesi i zakoni), prijevod (prijevod) s engleskog (engleski), M., 1974; Meisenheimer J., Geschlecht und Geschlechter im Tierreiche, Jena, 1921.; Hartmann M., Die Sexualität, Stutt., 1956.

Yu. I. Polyansky.

Lit.: Meyer K.I., Razmnožavanje biljaka, M., 1937; Kursanov L.I., Mikologija, 2. izdanje, M., 1940.; Mageshwari P., Embriologija kritosjemenjača, prijevod (prijevod) s engleskog (engleski), M., 1954; Poddubnaya-Arnoldi V. A., Opća embriologija angiospermi, M., 1964; Botanika, 7. izdanje, vol. 1, M., 1966; Schnarf K., Embryologie der Angiospermen, B 1 B., 1927.; njegova, Embryologie der Gymnospermen, B., 1933; Komornik Chi. J., Golosjemenjače. Struktura i evolucija, Chi.,.

D. A. Trankovskog.

Što je povezano s procesima kao što su oplodnja, dijeljenje i izravna reprodukcija, reprodukcija vlastite vrste. Ovaj se koncept također koristi u slikarstvu, ali tema članka ne odnosi se na ovaj aspekt.

Što je reprodukcija u biologiji: definicija

Samoreprodukcija je jedan od najvažnijih pojmova u biologiji. Proces stvaranja vlastite vrste osigurava nastavak postojanja vrste. Razmnožavanje, odnosno reprodukcija, često se promatra isključivo u smislu proizvodnje potomaka kod životinja i biljaka. Ovo je jedna od važnih karakteristika svih živih organizama. Na najnižoj razini to se naziva kemijska replikacija.

Kod jednostaničnih organizama sposobnost jedne stanice za razmnožavanje znači pojavu nove jedinke. Međutim, to znači rast i regeneraciju. Reprodukcija se odvija na različite načine, praćena sudjelovanjem složenog sustava organa i radom specifičnih hormonalnih mehanizama.

Razine reprodukcije

Reprodukcija znači razmnožavanje i razmnožavanje vlastite vrste. Razlikuju se sljedeće razine:

• molekularno kopiranje;
• reprodukcija stanica;
• razmnožavanje organizama.

Pogledajmo pobliže ovo drugo.

Spolno i nespolno razmnožavanje

Razmnožavanje je u biologiji sastavni dio postojanja sveg života na planetu. Kod višestaničnih organizama razlikujemo nespolno i spolno razmnožavanje.

Vegetativno razmnožavanje može imati različite oblike. Mnoge višestanične niže biljke izlučuju nespolne spore, koje mogu biti jednojezgrene ili višejezgrene. Često cijeli fragmenti vegetativnog dijela organizma mogu reproducirati novi organizam, što se događa kod većine biljaka.

U mnogim slučajevima, nespolno razmnožavanje događa se kroz korijenje i izdanke. Ponekad drugi dijelovi biljaka imaju sposobnost da se sami razmnožavaju, kao što su pupoljci. Nespolno razmnožavanje karakteristično je i za neke životinje, uključujući brojne vrste beskralješnjaka (spužve, hidre, crvi). Kralježnjaci su izgubili sposobnost vegetativnog razmnožavanja, njihov jedini oblik organskog razmnožavanja je spolni odnos.

Razmnožavanje i prirodna selekcija

Značaj biološke reprodukcije može se objasniti isključivo prirodnom selekcijom. Razvijajući svoju teoriju, Charles Darwin je došao do zaključka da živi organizmi, kako bi evoluirali, moraju biti sposobni ne samo sami sebe razmnožavati, već i doživjeti određene promjene. Stoga će uspješnije generacije više pridonijeti kasnijem razvoju vrste potomaka. Štoviše, veličina tih promjena i genetskih transformacija je posebno važna. Ne smije ih biti ni premalo ni previše.

Primjeri i načini razmnožavanja u prirodi

Kako reprodukcija izgleda u biologiji? Primjeri, kao i metode, su brojni. Spolno razmnožavanje, koje uključuje kombinaciju roditeljskih gena, način je dobivanja novog pojedinca. Tijekom oplodnje, genomi spermija i jajne stanice spajaju se u zigotu, koja nakon brojnih transformacija postaje embrij. Ovakav način razmnožavanja raširen je u gotovo svim skupinama višestaničnih organizama. Oprašivanje je vrlo zanimljivo s biološke točke gledišta.

Razmnožavanje je značajka biologije koja je svojstvena svim živim organizmima. Razmnožavanje osigurava kontinuitet i kontinuitet cijelog životnog ciklusa. Postoje mnoge metode reprodukcije, ali postoje dvije glavne. To su spolno i nespolno razmnožavanje. Budući da svi organizmi imaju staničnu strukturu, dioba stanica je osnova svih oblika i načina razmnožavanja.

Razmnožavanje je sposobnost svih organizama da razmnožavaju svoju vrstu, čime se osigurava kontinuitet i prihvatljivost života. Prikazane su glavne metode reprodukcije:

Nespolno razmnožavanje temelji se na diobi stanica putem mitoze, pri čemu se iz svake matične stanice (organizma) stvaraju dvije jednake stanice kćeri (dva organizma). Biološka uloga nespolnog razmnožavanja je nastanak organizama koji su identični roditeljima po sadržaju nasljednog materijala, kao i po anatomskim i fiziološkim svojstvima (biološke kopije).

Razlikuju se sljedeće: metode nespolnog razmnožavanja: dioba, pupanje, fragmentacija, poliembrion, sporulacija, vegetativno razmnožavanje.

Podjela- način nespolnog razmnožavanja karakterističan za jednostanične organizme, u kojem je majka podijeljena na dvije ili više stanica kćeri. Razlikujemo: a) jednostavnu binarnu fisiju (prokarioti), b) mitotičku binarnu fisiju (praživotinje, jednostanične alge), c) višestruku fisiju, ili shizogoniju (malarični plazmodij, tripanosomi). Pri diobi paramecija (1) mikronukleus se dijeli mitozom, a makronukleus amitozom. Tijekom shizogonije (2), jezgra se najprije više puta dijeli mitozom, zatim je svaka od jezgri kćeri okružena citoplazmom, te se formira nekoliko neovisnih organizama.

Pupljenje- način nespolnog razmnožavanja pri kojem nove jedinke nastaju u obliku izraštaja na tijelu roditeljske jedinke (3). Jedinke kćeri mogu se odvojiti od majke i nastaviti samostalan način života (hidra, kvasac) ili mogu ostati vezane za nju, u ovom slučaju stvarajući kolonije (koraljni polipi).

Fragmentacija(4) - način nespolnog razmnožavanja, u kojem se nove jedinke formiraju od fragmenata (dijelova) na koje se raspada majčina jedinka (anneli, morske zvijezde, spirogyra, elodea). Fragmentacija se temelji na sposobnosti organizama da se regeneriraju.

Poliembrionija- način nespolnog razmnožavanja kod kojeg se nove jedinke formiraju od fragmenata (dijelova) na koje se embrij raspada (monozigotni blizanci).

Vegetativno razmnožavanje- metoda nespolnog razmnožavanja, u kojoj se nove jedinke formiraju ili iz dijelova vegetativnog tijela majčine jedinke ili iz posebnih struktura (rizoma, gomolja itd.) posebno dizajniranih za ovaj oblik reprodukcije. Vegetativno razmnožavanje tipično je za mnoge skupine biljaka i koristi se u vrtlarstvu, povrtlarstvu i uzgoju biljaka (umjetno vegetativno razmnožavanje).

Sporulacija(6) - razmnožavanje putem spora. Polemika- specijalizirane stanice, kod većine vrsta nastaju u posebnim organima - sporangijima. Kod viših biljaka stvaranju spora prethodi mejoza.

Kloniranje- skup metoda koje koriste ljudi za dobivanje genetski identičnih kopija stanica ili jedinki. Klon- skup stanica ili jedinki koje potječu od zajedničkog pretka nespolnim razmnožavanjem. Osnova za dobivanje klona je mitoza (kod bakterija - jednostavna dioba).

Tijekom spolnog razmnožavanja u prokariota dvije stanice razmjenjuju nasljedne informacije kao rezultat prijelaza molekule DNA iz jedne stanice u drugu duž citoplazmatskog mosta.

Naše svakodnevno iskustvo nažalost pokazuje da su sva živa bića podložna smrti.* Stvorenja se razboljevaju, stare i na kraju umiru. Mnogi imaju još kraći život – jedu ih predatori. Kako bi se osiguralo da život na Zemlji ne prestane, sva bića su obdarena univerzalnim svojstvom - sposobnošću reprodukcije.

Uz svu raznolikost živih organizama koji nastanjuju planet, uz sve razlike u građi i načinu života, načini njihova razmnožavanja u prirodi svode se na dva oblika: aseksualni i spolni. Neke biljke kombiniraju ova dva oblika, razmnožavajući se gomoljima, reznicama ili slojevima (nespolno razmnožavanje) i istovremeno sjemenkama (spolno razmnožavanje).

U slučaju nespolnog razmnožavanja potomci se razvijaju iz stanica izvornog organizma. Tijekom spolnog razmnožavanja, razvoj novog stvorenja počinje s jednom stanicom koja nastaje spajanjem dviju roditeljskih stanica – muške i ženske.

Bit razmnožavanja je očuvanje ne samo života u cjelini, već i svake pojedine vrste životinja i biljaka, u organizaciji kontinuiteta između potomaka i roditeljskih bića. Molekularna osnova procesa reprodukcije svih organizama je sposobnost DNK da se samoduplicira. Kao rezultat toga, genetski materijal se reproducira u strukturi i funkcioniranju organizama kćeri.

* Sveto pismo i djela svetih otaca prožeta su idejom da smrt i pokvarenost nisu prvobitno stvorene, nego su ušle u svijet kao rezultat pada prvog čovjeka (Mudr 1,13 i 2,23, Rimljanima 5:12 itd.).

Dijeljenje stanica. Mitoza

Životni ciklus stanice. Proces diobe i interfaza usko su povezani; njihova ukupnost čini životni ciklus stanice. Njegovo trajanje u biljnim i životinjskim stanicama prosječno je 10-20 sati.

U kemijski aktivnom okruženju prehrambenog trakta, epitelne stanice crijeva brzo se troše i stoga se kontinuirano dijele - dva puta dnevno, stanice rožnice počinju se dijeliti jednom svaka tri dana, a epitelne stanice kože - jednom mjesečno. Stanica utroši prosječno 1 do 3 sata na proces diobe, ovisno o vanjskim uvjetima (osvjetljenje, temperatura itd.).

U jetri životinja postoje takozvane stanice u mirovanju, koje se dijele samo u kriznim situacijama. Na primjer, kada se dio jetre ukloni, te se stanice počinju intenzivno razmnožavati, brzo nadopunjavajući broj potreban za normalno funkcioniranje organa.

Neke visoko specijalizirane stanice (neuroni, neki leukociti) kod odraslih bića nikada se ne dijele. Njihov stanični ciklus završava apoptozom (grč. apo od  ptosis pad) – programiranom smrću. U nekim slučajevima, druge stanice u tijelu prolaze kroz apoptozu. To se događa na sljedeći način. Prvo, stanica prima određeni kemijski signal da izvrši samouništenje. Tada se u njegovom Golgijevom kompleksu i lizosomima aktiviraju enzimi koji razaraju (liziraju) glavne komponente citoplazme i jezgre. Nakon toga, stanica se raspada u membranske vezikule, koje apsorbiraju fagocitne stanice koje obrađuju strane komponente. Tijekom apoptoze nema upalnog procesa.

Kroz apoptozu, punoglavci gube svoje repove, a ličinke insekata gube višak tkiva dok sazrijevaju u odrasle jedinke. Prsti ljudskog embrija povezani su tkivnim membranama. Tijekom embriogeneze, membrane su programirane da budu uništene.

Apoptoza pomaže tijelu da se riješi stanica koje imaju akumulirana genetska oštećenja, kao i bolesnih i ostarjelih stanica. Mnogi virusi, prodirući u stanicu, prije svega pokušavaju poremetiti njen mehanizam apoptoze, kako ne bi bili uništeni zajedno s bolesnom stanicom.

Kada je apoptoza poremećena, razvijaju se ozbiljne bolesti kao što su sistemski eritematozni lupus, Parkinsonova bolest i napreduju virusne infekcije.

Apoptozu mogu potaknuti vanjski čimbenici: izloženost kemikalijama ili zračenje. Na tome se temelji djelovanje nekih lijekova i posebnih emitera koji uzrokuju apoptozu stanica raka. Isprovocirana apoptoza ponekad dovodi do opasnih posljedica. Dakle, dugotrajni poremećaj cirkulacije krvi srčanog mišića dovodi do uništenja samo malog dijela njegovih stanica, ali njihova smrt uzrokuje apoptozu mnogih susjednih stanica i, kao rezultat, opsežni infarkt miokarda.

Osim apoptoze, postoje i drugi mehanizmi koji ograničavaju vitalnu aktivnost stanica. Dakle, kao rezultat svakog čina diobe, terminalni dijelovi DNA kromosoma se skraćuju. Kada gubitak genetskog materijala postane kritičan, stanica se prestaje dijeliti. Neke skupine stanica višestaničnih bića, poput jednostaničnih organizama, imaju sposobnost stvaranja neograničenog broja generacija. To su takozvane matične stanice. Kod ljudi, matične stanice su stanice crvene koštane srži, iz koje nastaju crvene krvne stanice, bijele krvne stanice i trombociti. U matičnim stanicama, kao iu jednostaničnim organizmima, sintetizira se poseban enzim koji produljuje terminalne dijelove DNA - telomerazu.

Trepetljikaši se, za razliku od ameba i bakterija, ne mogu dijeliti unedogled. Nakon određenog, dovoljno velikog broja dioba, pokazuju znakove starenja (degeneracije). Tada se dva ostarjela ciliata "slijepe" i konjugiraju - razmijene dio jezgre DNA, tj. genetske informacije. Nakon konjugacije, vitalnost svakog cilijata se obnavlja: povećava se brzina metabolizma, povećava se stopa diobe itd.

Dioba stanica čini osnovu procesa razmnožavanja i razvoja organizama. Podjela se odvija u dvije faze. Prvo dolazi do diobe jezgre, a zatim dolazi do citokineze – diobe same stanice.

Mitoza. Glavna metoda nuklearne diobe u eukariotskim stanicama naziva se mitoza. Postoje četiri faze mitoze: profaza, metafaza, anafaza i telofaza.

Profaza. U profazi su završene pripreme za diobu. Kromosomi postaju vrlo debeli i postaju vidljivi pod svjetlosnim mikroskopom. Sada su to dvije spiralizirane DNA (kromatide), nastale tijekom procesa duplikacije i povezane jedna s drugom centromerama.

Prestaje čitanje informacija iz DNK, završava sinteza RNK. Ribosomske podjedinice otpuštaju se u citoplazmu, a jezgrice nestaju. Mikrotubule citoskeleta se raspadaju. Od proteina koji ih grade počinje se stvarati diobeno vreteno na centriolima. Centriole divergiraju na suprotne polove stanice. Vanjski mikrotubuli pričvršćuju se na vanjsku membranu i fiksiraju položaj centriola. Konačno, nuklearna membrana se raspada na fragmente, a kromosomi završavaju u citoplazmi. Rubovi fragmenata ljuske se zatvaraju, tvoreći male vezikule-vakuole, koje se spajaju s membranama endoplazmatskog retikuluma.

Metafaza. Ovu fazu diobe karakterizira preuređivanje kromosoma u citoplazmi. Kada mikrotubule iz najbližeg centriola narastu do kromosoma, on se počinje pomicati prema središtu stanice dok mikrotubul raste dok se ne poveže u svom centromernom području s mikrotubulima iz drugog centriola. Kontakti kromosoma s mikrotubulima događaju se nasumično; kroz mikroskop se može vidjeti kako se kromosomi snažno okreću i pomiču naprijed-nazad dok ih ne “uhvate” mikrotubule koje dolaze s dvije suprotne strane. Do kraja metafaze svi se kromosomi okupljaju u ekvatorijalnoj zoni stanice. Oni su što je moguće kompaktniji i jasno vidljivi. Metafazni kromosomi služe za određivanje broja i strukture kromosoma organizma – njegov kariotip.

Centromerna područja kromosoma se odvajaju i oni postaju neovisni. Ispostavilo se da je svaki od njih centromerom pričvršćen za svoj diobeni pol.

Anafaza. Početak stadija karakterizira divergencija kromatida svakog kromosoma na suprotne polove. Kontraktilni proteini nalaze se u centromernim regijama. Kretanje se događa kao rezultat njihovog aktivnog rada korištenjem energije ATP-a (20 molekula se dijeli za pomicanje svakog kromosoma). Krakovi kromosoma pasivno slijede centromeru. Oslobođeni dijelovi mikrotubula odmah se uništavaju. Čini se da se ne kreću kromosomi duž mikrotubula, već sami mikrotubuli, skupljajući se, povlačeći kromosome.

Kada kromosomi dosegnu polove diobe, anafaza završava.

Očito, u nedostatku vretena, reprodukcija stanica ne dolazi. Kemijsko izlaganje koje uništava mikrotubule jedan je od načina za suzbijanje rasta tumora.

Telofaza. U ovom posljednjem stadiju mitoze, nova jezgrina ovojnica nastaje spajanjem vezikula endoplazmatskog retikuluma. Kromosomi se despiriraju u dugačke tanke niti na kojima se stvaraju jezgrice. Fisijsko vreteno je uništeno. Mikrotubule novog citoskeleta počinju rasti iz proteina koji ga čine iz centriola.

Citokineza. Konačna dioba na dvoje u životinjskim stanicama provodi se stezanjem. U biljnim stanicama raste membrana od sredine prema rubovima na kojoj se zatim pojavljuje gusta stanična stijenka. Organele (mitohondriji, ribosomi, Golgijev kompleks itd.) raspoređene su između stanica kćeri u približno jednakim količinama.

Tijekom mitoze nekih stanica srčanog mišića i jetre ne nastaje suženje, stoga su neke stanice ovih organa binuklearne.

Obratimo pozornost na činjenicu da su svi procesi mitoze određeni kromosomskim transformacijama. Udvostručivši se u interfazi, kromosomi se počinju spiralizirati i ulaze u citoplazmu u profazi. U metafazi se okupljaju u ekvatorijalnoj zoni i odvajaju da bi se u anafazi raspršili na različite polove. U završnoj fazi telofaze, kromosomi poprimaju svoj izvorni oblik tankih despiraliziranih niti karakterističnih za interfazu.

Broj kromosoma. Kroz mitotičku diobu, stanice kćeri dobivaju set kromosoma od stanice majke, tako da stanice u cijelom tijelu imaju iste kromosome.

Stanice koje tvore sva tkiva i organe u tijelu nazivamo somatskim. Specijalizirane zametne stanice sudjeluju u reprodukciji. Somatske stanice sadrže diploidni (dvostruki) set kromosoma. U ovom skupu, svaki gen je kodiran na dva slična (homologna) kromosoma. Skup spolnih stanica je haploidan (pojedinačan). Kromosomi zametnih stanica nemaju homologe; svaki gen u njihovom skupu je jedinstven. Broj kromosoma haploidnog i diploidnog skupa specifičan je za vrstu, odnosno konstantan za svaku vrstu organizma.

Kromosomski set ljudskih somatskih stanica uključuje 46 kromosoma: 22 homologna para i dva nesparena kromosoma koji određuju spol. Ljudske zametne stanice sadrže samo 23 pojedinačna kromosoma. U kokoši diploidni set uključuje 78 kromosoma, a haploidni set uključuje 39. Primjeri ostalih skupova navedeni su u tablici.

Analiza kromosomskih garnitura pokazuje da složenost i savršenost raznih organizama nije određena samo brojem kromosoma.

Biološki značaj mitoze. Osim izgradnje tijela, mitoza ima još jednu, važniju svrhu. Tijekom procesa mitoze reproducira se genetski materijal. Zahvaljujući tome moguće je sačuvati strukturu i funkcioniranje organa i tkiva za nebrojene generacije. Identitet genetskog materijala posebno je važan za višestanične organizme, čije su stanice u bliskoj i koordiniranoj interakciji. Točna reprodukcija i prijenos genetskih informacija glavno je biološko značenje mitoze.

Mitotička dioba osigurava najvažnije životne procese: embrionalni razvoj i rast, regeneraciju organa i tkiva nakon oštećenja, održavanje strukture i funkcioniranje organizma uz stalni gubitak radnih stanica. Stanice kože se ljušte, stanice crijevnog epitela uništava aktivna okolina, crvena krvna zrnca rade intenzivno i brzo odumiru, potpuno se zamjenjuju u tijelu svaka četiri mjeseca (2,5 milijuna stanica u sekundi).

1. Zašto se duplikacija DNA naziva molekularnom osnovom reprodukcije?
2. Koji procesi čine životni ciklus stanice?
3. Opišite glavne faze mitoze, koji je njezin glavni biološki značaj?
4. Kao što je poznato, skup kromosoma zametnih stanica upola je manji od somatskih stanica. Možemo li reći da neki manji proteini u spolnim kromosomima nisu kodirani?

Načini razmnožavanja organizama

Svi poznati načini razmnožavanja organizama u prirodi svode se na dva glavna oblika: aseksualni i spolni.

Bespolna reprodukcija. U nespolnom obliku, reprodukciju vrši roditeljska jedinka samostalno, bez razmjene nasljednih informacija s drugim jedinkama. Organizam kćer nastaje odvajanjem jedne ili više somatskih (tjelesnih) stanica od matične i njihovim daljnjim razmnožavanjem mitozom. Potomstvo nasljeđuje karakteristike roditelja, genetski je njegova točna kopija. Postoji nekoliko vrsta nespolnog razmnožavanja.

Jednostavna podjela. Nespolno razmnožavanje osobito je uobičajeno kod bakterija i modrozelenih algi. Jedna stanica ovih organizama bez jezgre podijeljena je na pola ili na nekoliko dijelova odjednom. Svaki dio je cjeloviti funkcionalni organizam.

Amebe, cilijate, euglene i druge praživotinje razmnožavaju se jednostavnom diobom. Dioba se događa kroz mitozu, tako da organizmi kćeri dobivaju isti set kromosoma od svojih roditelja.

Pupljenje. Ovu vrstu razmnožavanja koriste i jednostanični i neki višestanični organizmi: kvasci (niže gljive), cilijati, koraljni polipi.

Pupanje u slatkovodnim hidrama događa se na sljedeći način. Prvo se na stijenci hidre formira izraslina koja se postupno produljuje. Na njegovom kraju pojavljuju se pipci i otvor za usta. Iz pupoljka raste mala hidra koja se odvaja i postaje samostalan organizam. Kod drugih bića, bubrezi mogu ostati na tijelu roditelja.

Fragmentacija. Brojni plosnati i prstenasti crvi, bodljokošci (morske zvijezde) mogu se razmnožavati rastavljanjem tijela na nekoliko fragmenata, koji se zatim grade u cijeli organizam. Fragmentacija se temelji na sposobnosti mnogih jednostavnih stvorenja da regeneriraju izgubljene organe. Dakle, ako se zraka odvoji od morske zvijezde, tada će se iz nje ponovno razviti morska zvijezda. Hidra se može oporaviti od 1/200 svog tijela. Obično se reprodukcija fragmentacijom događa kada je oštećena. Spontanu fragmentaciju provode samo plijesni i neki morski prstenasti prstenovi.

Sporulacija. Predak novog organizma može biti specijalizirana stanica roditeljskog bića – spora. Ova metoda razmnožavanja tipična je za biljke i gljive. Višestanične alge, mahovine, paprati, preslice i mahovine razmnožavaju se sporama.

Spore su stanice prekrivene izdržljivom membranom koja ih štiti od prekomjernog gubitka vlage te je otporna na temperaturne i kemijske utjecaje. Spore kopnenih biljaka pasivno se prenose vjetrom, vodom i živim bićima. Našavši se u povoljnim uvjetima, spora otvara svoju ljusku i započinje mitozu, tvoreći novi organizam. Alge i neke gljive koje žive u vodi razmnožavaju se zoosporama opremljenim flagelama za aktivno kretanje.

Jednostanična životinja Plasmodium falciparum (uzročnik malarije) razmnožava se shizogonijom – višestrukim diobama. Prvo se diobom u njegovoj stanici stvara veliki broj jezgri, zatim se stanica raspada na mnogo stanica kćeri.

Vegetativno razmnožavanje. Ova vrsta nespolnog razmnožavanja široko je rasprostranjena u biljaka. Za razliku od sporulacije, vegetativno razmnožavanje ne provode posebne specijalizirane stanice, već gotovo bilo koji dio vegetativnih organa.

Višegodišnje samoniklo bilje razmnožava se rizomima (čičak proizvede i do 1800 jedinki/m2 tla), jagode viticama, a vinova loza, ribizl i šljiva slojevima. Krumpir i dalija za razmnožavanje koriste gomolje - modificirane podzemne dijelove korijena. Tulipani i luk se razmnožavaju iz lukovica. Kod drveća i grmlja mladice - reznice - ukorijenjuju se kako bi oblikovale novu biljku, a kod begonija ulogu reznica mogu imati listovi. Maline, šljive, trešnje i ruže razmnožavaju se reznicama. Izbojci se formiraju na korijenju i panjevima drveća, koji se zatim pretvaraju u samostalne biljke.

Spolno razmnožavanje. Za razliku od nespolnog razmnožavanja, spolno razmnožavanje uključuje par jedinki. Njihove spolne stanice (gamete) nose haploidne skupove kromosoma. Tijekom procesa oplodnje spolne stanice se spajaju i formiraju diploidno oplođeno jajašce (zigotu) iz kojeg nastaje novi organizam.

Jedan od homolognih kromosoma somatske stanice dolazi od “mame”, a drugi od “tate”. Kao rezultat toga, dijelovi genetskog materijala roditelja se spajaju, a nove kombinacije gena pojavljuju se u potomstvu. Raznolikost genetskog materijala omogućuje potomstvu uspješniju prilagodbu promjenjivim vanjskim uvjetima. Glavna prednost spolnog razmnožavanja, njegov glavni biološki značaj, je obogaćivanje nasljednih informacija.

Biseksualne biljke imaju niz značajki koje isključuju samooplodnju. Prašnici i tučkovi dvospolnih cvjetova ne sazrijevaju u isto vrijeme, pa dolazi do unakrsnog oprašivanja različitih jedinki. Konoplja ima odvojene muške tučke i ženske staminate cvjetove na različitim jedinkama.

Razvoj zametnih stanica. Stvaranje zametnih stanica (gametogeneza) događa se u spolnim žlijezdama. Razvoj ženskih spolnih stanica (jaja) događa se u jajnicima i naziva se oogeneza (lat. ovum jaje + genesis ishodište). Muške spolne stanice (spermiji) nastaju u testisima tijekom spermatogeneze. Gonade gotovo svih bića imaju cjevastu strukturu. Gametogeneza se odvija uzastopno u tri zone: reprodukcija, rast i sazrijevanje. Sukladno tome, razlikuju se tri razdoblja razvoja gameta.

Tijekom početnog razdoblja razmnožavanja spolne stanice imaju diploidni skup kromosoma i dijele se mitozom. Posebno se intenzivno razmnožavaju muške spolne stanice. U muškaraca se reproduktivne stanice formiraju gotovo tijekom cijelog života. Formiranje jaja sisavaca događa se samo tijekom embrionalnog razdoblja, nakon čega ostaju u stanju mirovanja.

Kad jednom dođu u zonu rasta, zametne stanice se više ne dijele, već samo rastu. Muške spolne stanice ne rastu previše, ali jaja povećavaju svoju veličinu stotine, tisuće i milijune puta (sjetimo se kokošjeg jajeta). Vanjske ljuske jajeta pouzdano štite fetus u razvoju, kroz njih ne prodiru bakterije i virusi, posebno kroz ljuske ptičjih jaja, a zrak slobodno prolazi.

Spermiji su puno manji od jajašaca. Kod sisavaca imaju oblik duge niti s glavom, vratom i flagelom. Glavica sadrži kromosome, a na prednjem dijelu nalazi se Golgijev kompleks s enzimima koji otapaju membranu jajne stanice i osiguravaju prodiranje jezgre spermija (membrana ostaje izvana). Muške spolne stanice ne samo da doprinose genetskim informacijama, već također pokreću razvoj jajašca. Centriola se nalazi u vratu, tvoreći flagellum sperme, omogućujući mu da se intenzivno kreće. Izvor energije za pokrete flageluma su ATP molekule pohranjene u vratu. Da bi se napunio ATP, mitohondriji se nalaze u vratu.

Nakon što gamete narastu do veličine odraslih spolnih stanica, ulaze u zonu sazrijevanja.

Osnova sazrijevanja gameta je specifičan proces dijeljenja svake spolne stanice u četiri nove. Sazrijevanje jajnih stanica i spermija odvija se u osnovi na isti način, a razlike nastaju tek u posljednjoj fazi iz sljedećeg razloga. Za uspješnu oplodnju potreban je dovoljno velik broj spermija. Stoga su sve četiri nastale muške stanice funkcionalne i održive. Glavna zadaća jajne stanice nije samo oplodnja, već i uspješno sazrijevanje fetusa. U tu svrhu, proces podjele se odvija nejednako: cijeli žumanjak ide u jedno jaje, a ispada da je jedino održivo. Preostala tri potpuno funkcionalna jaja ne dobivaju hranjive tvari tijekom sazrijevanja i ubrzo umiru. Nazivaju se usmjerena ili polarna tijela.

Razdoblje sazrijevanja gameta, praćeno specifičnom diobom svake od njih u četiri nove, naziva se mejoza. U sljedećem odlomku detaljnije ćemo pogledati procese koji se odvijaju u mejozi.

1. Koja je razlika između nespolnog i spolnog razmnožavanja? Navedite glavnu prednost spolnog razmnožavanja.
2. Navedite pet glavnih tipova nespolnog razmnožavanja i navedite primjere.
3. Gdje se pojavljuje par homolognih kromosoma u organizmu kćeri tijekom nespolnog i spolnog razmnožavanja?
4. Opišite tri razdoblja sazrijevanja gameta; koja se zove mejoza?
5. Zašto i zašto misliš da klica kod kokošjeg jajeta uvijek završi u gornjem dijelu žumanjka?

Razvoj organizma počinje jednom stanicom - zigotom, koja nastaje spajanjem specijaliziranih spolnih stanica - muške i ženske spolne stanice. Tijekom procesa spajanja njihove se jezgre spajaju, a zigota sadrži dvostruko više kromosoma nego svaka gameta. Kad bi zametne stanice bile diploidne, tada bi se u svakoj sljedećoj generaciji broj kromosoma u stanicama tijela udvostručio. Stoga spolne stanice nose upola manji broj kromosoma. Tako somatske (tjelesne) stanice organizama imaju diploidan (dvostruki) set kromosoma i mitotičkom diobom održavaju konstantnost vrste, a spolne stanice imaju haploidan set, koji se tijekom procesa oplodnje vraća u diploidan. Pogledajmo glavne faze mejoze.

Sazrijevanje gameta uključuje dvije uzastopne diobe: prva je tipična mejoza, druga je slična mitotičkoj. Obje diobe, kao i mitoza, prolaze kroz četiri faze: profazu, metafazu, anafazu i telofazu. Prije prve diobe, kao i prije mitoze, dolazi do replikacije DNA s udvostručenjem kromosoma, svaki kromosom ulazi u proces dvostruke diobe.

Prva mejotička dioba

U profazi se homologni kromosomi jako približavaju jedan drugome. Koristeći posebne proteinske niti sa zadebljanjima na krajevima, čini se da su međusobno pričvršćeni poput patentnog zatvarača. Oni ostaju u tom stanju, zvanom konjugacija, dosta dugo (kod ljudi, oko tjedan dana). Pričvršćivanje se događa na onim mjestima DNK gdje replikacija još nije dovršena i dvostruka spirala je donekle odmotana.

Konjugirani kromosomi su tijesno jedan uz drugi i mogu izmjenjivati ​​dijelove. Takva se razmjena naziva crossover, odnosno crossing over. Nakon križanja, svaki kromosom kombinira gene koji su bili smješteni na različitim homolognim kromosomima prije križanja.

Na kraju profaze, diobeno vreteno je pričvršćeno na centromere kromosoma i oni se počinju razilaziti u centromernim dijelovima prema različitim polovima diobe, ostajući povezani na mjestima križanja.

Za razliku od mitoze, u metafazi mejoze duplicirani kromosomi nisu odvojeni na centromerama; svaki par međusobno djeluje s jednim vretenom. Ako se u metafazi mitoze pojedinačne kromatide odvajaju na različite polove, tada u metafazi prve diobe mejoze - konjugirani kromosomi. Tijekom telofaze kratkotrajno se stvara jezgrina ovojnica.

Druga mejotička dioba. Budući da kromosomi ostaju povezani u centromerama, odnosno duplicirani, replikacija DNA ne događa se prije druge diobe. Druga mejotička dioba događa se na način sličan mitozi. Kao rezultat toga, od dvije diploidne stanice nastaju četiri haploidne spolne stanice. Zbog nedostatka konjugacije, druga dioba se događa mnogo brže.

Somatske stanice sadrže dva homologna kromosoma (identična po obliku i veličini, nose iste skupine gena): jedan iz očevog organizma, drugi iz majčinog organizma. U zametnim stanicama od dva homologna kromosoma ostaje samo jedan; njihovi kromosomi nemaju homologe - oni su jednostruki, pa je skup haploidan. Ako je tijekom mitoze količina genetske informacije sačuvana, tada se tijekom mejoze ona prepolovi.

Stvaranje zametnih stanica s haploidnim skupom kromosoma smanjenim za polovicu biološka je bit mejoze.

Zbog nasumične divergencije parova prema polovima u metafazi prve diobe, setovi kromosoma zrelih zametnih stanica sadrže najrazličitije kombinacije roditeljskih kromosoma. Gameta može imati npr. 5 očevih i 18 majčinih kromosoma (ljudi imaju ukupno 23 kromosoma), 20 očevih i 3 majčina itd. Svaki od 23 kromosoma razlikuje se od drugoga i može biti jedan od dva homologna roditeljska - ukupno 223 (8,6 milijuna) varijanti gameta. U organizmu kćeri broj mogućih kombinacija kromosoma je 423, što je tisućama puta više od broja stanovnika svijeta. Crossing over, kombiniranje gena roditeljskih jedinki u kromosomima, povećava raznolikost osobina u potomstvu za mnogo redova veličine. Takva raznolikost mogućih genotipova čini svako stvorenje jedinstvenim, genetski jedinstvenim.

Tijekom mejoze, genetski materijal je vrlo osjetljiv. Ako, primjerice, uslijed zračenja ili izlaganja kemijskim spojevima dođe do loma DNA u trenutku divergencije kromosoma, tada će dio nasljednog materijala biti izgubljen. Gubitak dijela DNK u somatskoj stanici tijekom mitoze samo će uzrokovati štetu u njezinim stanicama kćerima, koje čine mali dio stvorenja. Ako se izgubi dio kromatide spolne stanice koja sazrijeva, tada će potomstvo patiti: njegove nasljedne informacije bit će nepotpune, neki vitalni procesi neće se moći provesti. U tom je slučaju ženski embrij izložen većoj opasnosti, budući da se cjelokupna zaliha ženskih spolnih stanica (oko 300 kod čovjeka) stvara tijekom embrionalnog razdoblja tijekom cijelog života, dok se muške spolne stanice stvaraju gotovo cijeli životni vijek. Manje doze zračenja, nimalo opasne za samo tijelo, mogu poremetiti kromosome jajnih stanica embrija i dovesti do genetskih abnormalnosti u sljedećoj generaciji.

Partenogeneza. Neke životinje (dafnije, kamenjari, neke ribe, lisne uši) i biljke (maslačak) sposobne su se u određenim razdobljima razmnožavati bez spajanja muških i ženskih spolnih stanica. Razvoj se odvija iz neoplođenog jajašca. Diploidija se, primjerice, kod kamenih guštera postiže spajanjem jajeta s polarnim tijelom. U ovom slučaju, u pravilu, formiraju se samo ženske jedinke. Ova vrsta spolnog razmnožavanja naziva se partenogeneza.

Pčela matica polaže dvije vrste jaja: oplođena diploidna i neoplođena haploidna. Iz neoplođenih jaja razvijaju se trutovi, a iz oplođenih ženke iz kojih uz dobru prihranu izrastaju matice, a kada se stvori nedostatak ishrane dobivaju se pčele radilice.

Ponekad se partenogeneza može inducirati umjetno izlaganjem svjetlu, kiselinama, visokoj temperaturi i drugim agensima. Ako, na primjer, iglom ubodete neoplođeno jaje žabe, tada se to jaje može, a da nije oplođeno, početi dijeliti i razviti u odraslu jedinku. Partenogeneza se kod žaba ne događa spontano. Dioba jaja nekih riba može započeti nakon površinskog kontakta sa spermom srodnih vrsta riba. Ne dolazi do oplodnje, ali se jajašce počinje dijeliti.

Glavna metoda uzgoja svilenih buba je poticanje partenogeneze kratkotrajnim zagrijavanjem jaja na 46°C. Iz neoplođenih jaja razvijaju se genetski potpune ženke svilene bube.

1. Zašto je haploidni skup neophodan za spolne stanice?
2. Opišite glavne faze mejoze.
3. Koja je razlika između metafaza mitoze i mejoze?
4. Koja dva procesa mejoze osiguravaju različite karakteristike u potomstvu?
5. Zašto su izloženost kemikalijama i zračenju opasni pri nošenju djevojčica?
6. Što se naziva partenogeneza? Navedite primjere.

Gnojidba

Bit procesa oplodnje je spajanje muških i ženskih gameta - specijaliziranih zametnih stanica koje imaju haploidni (jedan) set kromosoma. Kao rezultat toga nastaje diploidno oplođeno jaje - zigota. Tako se tijekom oplodnje obnavlja dvostruki set karakterističan za somatske stanice. Kromosomi u jezgri zigote sadržani su u homolognim parovima, odnosno bilo koja osobina (na primjer, boja očiju osobe ili dlaka psa) dvaput je zapisana u DNK - genima oca i genima oca. majka.

Nakon oplodnje, zigota duplicira svoje kromosome replikacijom DNA i započinje mitotičku diobu – započinje razvoj novog organizma.

Gnojidba, kao i gametogeneza, ima slične značajke kod biljaka i životinja.

Oplodnja kod životinja.Živi organizmi koji nastanjuju planet razlikuju se po strukturi, načinu života i staništu. Neki od njih proizvode puno zametnih stanica, drugi - relativno malo. Postoji razuman obrazac: što je manja vjerojatnost da će se muške i ženske spolne stanice susresti, to je veći broj zametnih stanica koje organizmi proizvode. Za ribe i vodozemce karakteristično je vanjsko osjemenjivanje. Njihove gamete ulaze u vodu, gdje dolazi do oplodnje. Mnoge gamete umiru ili ih pojedu druga bića, pa je učinkovitost vanjske oplodnje vrlo niska. Za očuvanje vrste, ribe i vodozemci trebaju proizvesti ogroman broj gameta (bakalar polaže oko 10 milijuna jaja).

Više životinje i biljke koriste unutarnje osjemenjivanje. U ovom slučaju, proces oplodnje i rezultirajuća zigota zaštićeni su majčinim tijelom. Vjerojatnost oplodnje značajno se povećava, zbog čega se u pravilu proizvodi samo nekoliko jaja. Ali još uvijek se proizvodi dosta sperme, njihova višak je potreban za stvaranje određenog kemijskog okruženja oko jajašca, bez kojeg je oplodnja nemoguća. Jajna stanica ima mehanizme koji sprječavaju prodiranje viška spermija. Nakon što prvi prodre, izlučuje tvar koja potiskuje pokretljivost muških spolnih stanica. Čak i ako nekoliko njih uspije prodrijeti u jaje, samo se jedan spoji s jajetom, ostali umiru.

Oplodnja se obično događa odmah nakon osjemenjivanja, ali kod nekih životinja postoje mehanizmi za odgodu oplodnje do proljetne i ljetne sezone. Kod šišmiša do oplodnje ne dolazi tijekom kasnog jesenskog parenja. Jajašce sazrijeva tek u proljeće, a spermatozoidi sigurno prezimljuju u ženinim genitalijama. U drugim organizmima, zigota koja se počela razvijati čuva se do početka povoljne sezone za potomstvo; s početkom proljeća, njegov razvoj se nastavlja. Zahvaljujući ovoj sposobnosti, ukupno razdoblje trudnoće kod hermelina može trajati do 300-320 dana, kod samurovine - do 230-280 dana.

Gnojidba u biljaka. Proces oplodnje kod biljaka, iako općenito sličan oplodnji životinja, ima neke osobitosti. U kritosjemenjačama muške spolne stanice (spermatozoidi), za razliku od spermija, nisu aktivne. Njihov razvoj počinje stvaranjem mikrospora – peludnih zrnaca – u prašniku cvijeta. Zrelo polenovo zrno sadrži vegetativnu stanicu i dvije sjemene stanice.

Kad se jednom nađe na stigmi tučka, vegetativna stanica formira peludnu cjevčicu koja raste prema ovulu. Spermatozoidi putuju ovom cjevčicom u cvijet, a kad vrh cjevčice pukne, ulaze u embrionsku vrećicu. Jedan od njih spaja se s jajetom i formira zigotu - embrij buduće biljke. Drugi se spermij stapa s dvije jezgre haploidnih stanica smještenih u središtu embrijske vrećice. Kao rezultat toga nastaje triploidna stanica - endosperm. Ponovljenim mitozama endosperm stvara hranjivi medij oko embrija.

Druga oplodnja s nastankom i razvojem endosperma događa se tek nakon oplodnje jajašca. Ovaj spolni proces, univerzalan za sve angiosperme, naziva se dvostruka oplodnja. Otkrio ju je 1898. godine poznati ruski botaničar S. G. Navašin.

1. Što je genetska bit oplodnje?
2. Kako na molekularnoj razini objasniti prisutnost karakteristika oca i majke u potomstvu?
3. Kakav je odnos između vjerojatnosti susreta gameta i njihovog broja?
4. Kako dolazi do oplodnje kod životinja?
5. Opišite redoslijed oplodnje kod biljaka. Kako se procesi oplodnje razlikuju kod životinja i biljaka?
6. Zašto se oplodnja kritosjemenjača naziva dvostrukom?