Для полового размножения необходимо предварительное уменьшение количества хромосом, которое обеспечивается процессом мейотического деления клетки при образовании половых клеток. Количество хромосом восстанавливается при оплодотворении.
Особой формой полового размножения является партеногенез. При партеногенезе, или девственном развитии, новый организм развивается из неоплодотворенной яйцеклетки, как, например, у дафний, медоносных пчел и некоторых скальных ящериц. Иногда этот процесс стимулируется внедрением сперматозоидов организмов другого вида.
Животные организмы, у которых мужские и женские половые клетки вырабатываются разными особями, называются раздельнополыми, а способные вырабатывать оба типа гамет - гермафродитами.
Растения, у которых мужские и женские цветки или другие разноименные половые органы располагаются на разных особях, называются двудомными, а имеющие одновременно оба вида цветков - однодомными.
Половое размножение обеспечивает возникновение генетического разнообразия потомков, основу которого составляют мейоз и рекомбинация родительских генов при оплодотворении. Наиболее удачные комбинации генов обеспечивают лучшее приспособление потомков к среде обитания, их выживание и большую вероятность передачи своей наследственной информации следующим поколениям. Этот процесс приводит к изменению признаков и свойств организмов и, в конечном итоге, к образованию новых видов в процессе эволюционного естественного отбора. Однако, половое размножение является медленным, неэффективным с точки зрения затрат вещества и энергии, дает мало потомков.
Бесполое и половое размножение широко используются человеком сельском хозяйстве, животноводстве, растениеводстве и других областях для выведения новых сортов растений и пород животных, сохранения хозяйственно ценных признаков, а также быстрого увеличения числа особей.
Оплодотворение у цветковых растений и позвоночных животных
Оплодотворение - это процесс слияния мужских и женских половых клеток с образованием зиготы.Оно позволяет восстановить диплоидный набор хромосом, уменьшенный в процессе формирования половых клеток.
Чаще всего в природе встречается оплодотворение мужскими половыми клетками другого организма, однако, в целом, в ряде случаем, возможно также и проникновение собственных сперматозоидов - самооплодотворение.
У цветковых растений оплодотворению предшествует опыление - перенос пыльцы, содержащей мужские половые клетки - спермии - на рыльце пестика. Там она прорастает, образуя из вегетативной клетки пыльцевую трубку с передвигающимися по ней двумя спермиями. Достигнув зародышевого мешка, один спермий сливается с яйцеклеткой с образованием зиготы, а другой - с центральной клеткой (2n), давая начало вторичному эндосперму. Такой способ оплодотворения получил название двойного оплодотворения.
У животных, в частности позвоночных, оплодотворению предшествует сближение гамет, или осеменение. Успеху осеменения способствует синхронизация выведения мужских и женских половых клеток, а также выделение яйцеклетками специфических химических веществ с целью облегчения ориентации сперматозоидов в пространстве.
Внешнее и внутреннее оплодотворение
У животных различают внешнее и внутреннее оплодотворение. При внешнем оплодотворении женские и мужские половые клетки выводятся наружу, где и происходит процесс их слияния, как, например, у кольчатых червей, двустворчатых моллюсков, бесчерепных, большинства рыб и многих земноводных.
Внутреннее оплодотворение связано с введением мужских половых продуктов в половые пути самки, и наружу выводится уже оплодотворенная яйцеклетка. Внутреннее оплодотворение характерно для подавляющего большинства наземных животных, например, для плоских и круглых червей, многих членистоногих и брюхоногих моллюсков, пресмыкающихся, птиц и млекопитающих, а также для ряда земноводных. Оно встречается и у некоторых водных животных, в том числе у головоногих моллюсков и хрящевых рыб.
Существует и промежуточный тип оплодотворения - наружно-внутренний, при котором самка захватывает половые продукты, специально оставленные самцом на каком-либо субстрате, как это происходит у некоторых членистоногих и хвостатых земноводных.
Онтогенез и присущие ему закономерности
Онтогенез - это процесс индивидуального развития организма от зарождения до смерти.
Организм зарождается с момента возникновения зиготы в результате оплодотворения яйцеклетки сперматозоидом. В процессе онтогенеза происходят рост, дифференцировка и интеграция частей развивающегося организма. Дифференцировкой называют процесс возникновения различий между однородными тканями и органами, их изменения в ходе развития особе, приводящие к формированию специализированных тканей и органов.
Закономерности онтогенеза являются предметом изучения эмбриологии.
Онтогенез определяется генетическими программами, закрепившимися в процессе эволюции, то есть он является кратким повторением исторического развития вида (филогенеза).
Все изменения в организме вследствие переключения отдельных групп генов в ходе индивидуального развития происходят постепенно и не нарушают его целостности, однако, события каждой предыдущей стадии оказывают значительное влияние на протекание последующих стадий развития.
Эмбриональное и постэмбриональное развитие организмов
В онтогенезе животных выделяют эмбриональный и постэмбриональный периоды.
Эмбриональный период начинается с образования зиготы в процессе оплодотворения и заканчивается рождением организма или выходом его из зародышевых (яйцевых) оболочек.
Постэмбриональный период продолжается от рождения до смерти организма.
Иногда выделяют и проэмбриональный период, или прогенез, к которому относят гаметогенез и оплодотворение.
Эмбриональное развитие, или эмбриогенез, у животных и человека делят на ряд стадий: дробление, гаструляция, гистогенез или органогенез, а также период дифференцированного зародыша.
Дробление - это процесс митотического деления зиготы на более мелкие клетки - бластомеры. В результате дробления образуется сначала морула, а затем бластула. Морула - плотное скопление бластомеров. Бластула - однослойный многоклеточный зародыш, представляющий собой полый шарик, стенки которого образованы клетками - бластомерами, а полость внутри заполнена жидкостью и называется бластоцелем.
Гаструляцией называют процесс образования двух- или трехслойного зародыша - гаструлы, который происходит сразу после образования бластулы. Гаструляция осуществляется путем движения клеток и их групп относительно друг друга, например, впячиванием одной из стенок бластулы. Помимо двух или трех слоев клеток гаструла имеет также первичный рот - бластопор.
Слои клеток гаструлы называются зародышевыми листками. Различают три зародышевых листка: эктодерму (наружный слой), мезодерму (промежуточный слой) и энтодерму (внутренний слой).
Гистогенезом называют процесс формирования зрелых тканей, присущих взрослому организму, а органогенезом - процесс формирования органов.
В процессе гисто- и органогенеза из эктодермы формируются эпидермис кожи и его производные (волосы, ногти, когти, перья), эпителий ротовой полости и эмаль зубов, прямая кишка, центральная нервная система, органы чувств, жабры и т.д. Производными энтодермы являются кишечник и связанные с ним железы (печень и поджелудочная), а также легкие. А мезодерма дает начало всем видам соединительной ткани, в том числе костной и хрящевой тканям скелета, мышечной ткани скелетных мышц, кровеносной системе, многим эндокринным железам и т.д.
Закладка комплекса осевых органов хордовых животных (нервной трубки на спинной стороне зародыша, хорды и кишечной трубки) приводит к формированию нейрулы.
После протекания органогенеза наступает период дифференцированного зародыша, который характеризуется продолжением специализации клеток организма и быстрым ростом.
v
У многих животных в процессе эмбрионального развития возникают зародышевые оболочки и другие временные органы, которые обеспечивают развитие эмбриона и плода до рождения, например, плацента, пуповина и др.
Постэмбриональное развитие животных делят на дорепродуктивный (ювенильный), репродуктивный и пострепродуктивный периоды.
Ювенильный период продолжается от рождения до полового созревания, он характеризуется интенсивным ростом и развитием организма. По характеру развития различают прямое и непрямое развитие. При прямом развитии появляющийся на свет организм уже похож на взрослую особь, и процесс развития заключается в увеличении линейных размеров особи и формировании половых органов, как у человека. При непрямом развитии особь непохожа на взрослую, и в процессе развития происходит существенная перестройка её организма, как у амфибий. Наличие в жизненном цикле личинок, непохожих на взрослую особь, позволяет снижать внутривидовую конкуренцию за счет разделения источников питания, способствует расселению малоподвижных или неподвижных организмов.
Рост организма бывает двух типов: ограниченный, или закрытый рост происходит только в определенные периоды жизни, в основном до полового созревания (характерен для животных), а неограниченный, или открытый, рост продолжается в течение всей жизни особи, как у растений. Также существует периодический и непериодический рост.
