Биология Л4 Размножение (3)

1.

Размножение.
Митоз. Мейоз.
Онтогенез
Биология. Лекция 4

2.

Процесс размножения
Способность к размножению является
одним из основных свойств живых систем.
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.

3.

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.

4.

Размножение простым делением:
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

5.

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.

6.

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.
Почкование
встречается у животных, например у
кишечнополостных (гидра), у одноклеточных грибов,
у дрожжей, бактерий. 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.

7.

Фрагментация
Фрагментацией называют разделение особи
на две или несколько частей, каждая из
которых дает начало новому организму. Этот
процесс
основан
на
регенерации
способности
организма
восстанавливать
утраченные части (дождевой червь).
В
природных
условиях
фрагментация
встречается редко (многощетинковые черви,
плесневые грибы и некоторые водоросли,
например, спирогира).

8.

Полиэмбриония:
В этом случае из одной диплоидной зиготы образуются
несколько зародышей, каждый из которых превращается
в полноценную особь. Эти потомки генетически идентичны
и всегда одного пола. Такой вид бесполого размножения
встречается у броненосцев.
К
полиэмбрионии
также
относится
образование
однояйцевых близнецов у человека.
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.

9.

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

10.

Вегетативное размножение:
Вегетативное размножение широко представлено
у
растений
это
способ
размножения
специализированными органами или отдельными
частями тела. 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, усы.
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.

11.

Клональное
микроразмножение
Клональное
микроразмножение – получение
неполовым путем (in vitro) растений, генетически
идентичных материнскому экземпляру.
in vitro («в стекле») означает выращивание в чашках
Петри, колбах, пробирках растительных клеток,
микробных клеток, а также животных клеток, то есть
культивирование
в
искусственно
созданных
человеком условиях.
В
основе этого метода лежит уникальная
способность
растительных
клеток
к
тотипотентности. Тотипотентность – способность
клетки путем деления дать начало любому
клеточному типу организма. Характерно именно
для клеток растений.

12.

Половое размножение
При половом размножении потомство получается
в результате слияния генетического материала
гаплоидных ядер. Обычно эти ядра содержатся в
половых клетках – гаметах. При их слиянии
образуется диплоидная зигота, из которой
впоследствии
формируется
новый
зрелый
организм.
Биологический смысл полового размножения
состоит
в
объединении
генетической
информации
родительских
особей,
что
увеличивает
генетическое
разнообразие
потомков и их жизнестойкость
Виды, у которых одна и та же особь способна
производить как мужские, так и женские половые
клетки или гаметы, называют гермафродитными,
или обоеполыми.

13.

Гермафродиты:

14.

Партеногенез
Партеногенез
– одна из модификаций полового
размножения, при котором женская гамета
развивается в новую особь без оплодотворения
мужской гаметы.
Партеногенез встречается как в царстве растений,
так и у животных. В некоторых случаях он позволяет
довольно быстро увеличить численность видов. А у
таких общественных насекомых, как осы, пчелы и
муравьи,
партеногенез
способствует
образованию различных каст.

15.

16.

Формы полового процесса:
Примитивные
формы его - у простейших и
бактерий. Например, конъюгация - половой
процесс
инфузории-туфельки
(они
сближаются и обмениваются генетическим
материалом, обе инфузории получают
новые свойства). Однако число инфузорий не
увеличивается,
поэтому
этот
процесс
называют именно половым процессом.
У
некоторых одноклеточных организмов
наблюдается
разновидность
полового
процесса – копуляция - целые клетки
организма превращаются в гаметы и,
сливаясь, образуют зиготу.

17.

Половой процесс у животных:
У наиболее древних организмов формируется
один вид гамет. Их нельзя называть женскими
или мужскими. Это изогамия.
У большинства современных животных два типа
гамет: яйцеклетки, как правило, крупные и
неподвижные, и сперматозоиды, наоборот,
мельче и обладают подвижностью. Тип полового
процесса, при котором образуются разные
гаметы, называют гетерогамией.
При этом различают анизогамию, когда одна
гамета больше по размерам, чем другая, и
оогамию, когда одна гамета больше по
размеру и неподвижна, а вторая гамета мельче и подвижная.
Формируются гаметы у большинства животных в
специальных структурах, которые называют
половыми железами.

18.

У животных женские половые клетки – яйцеклетки
–
формируются в специальных железах – яичниках. Обычные
яйцеклетки – крупные и неподвижные и содержат запас
питательных веществ в виде желтка. В ядре их содержится
ДНК, а также запасные информационные РНК. Кроме этого,
в зависимости от количества и распределения желтка,
различают несколько типов яйцеклеток:
у моллюсков и ланцетника желток распределен по клетке
равномерно, ядро находится в центре, а сама яйцеклетка
мала.
У
некоторых рыб, птиц, рептилий, яйцекладущих
млекопитающих желтка в яйце много и цитоплазма с
ядром сдвинуты на один из полюсов клетки. Сама же
яйцеклетка у этих животных может быть очень крупной.
У плацентарных млекопитающих яйцеклетки малы, их
диаметр составляет от 100 до 200 мкм. Желтка они
практически не содержат, и их будущий зародыш
развивается практически за счет материнского организма.

19.

У животных мужские половые гаметы - сперматозоиды,
формируются
в
специальных
железах
семенниках,
располагающихся в специальной полости – мошонке. Она
выполняет функцию физиологического холодильника, поскольку
там поддерживается температура от 33 до 34 градусов
(значительно ниже температуры тела), что необходимо для
нормального созревания сперматозоидов.
Обычно сперматозоиды – очень мелкие клетки, длина головки
сперматозоида составляет от 4,5 до 5,5 мкм.
Сперматозоид состоит из головки, которая полностью занята
ядром с гаплоидным набором хромосом; шейки, в которой
находится структура, сходная по строению с центриолями, а
также митохондрии, и хвоста. Хвост образуют микротрубочки,
именно он обеспечивает подвижность сперматозоида.
В передней части сперматозоида находится видоизмененный
комплекс Гольджи, называемый акросомой. Здесь запасаются
определенные гидролитические ферменты, необходимые для
растворения оболочки яйцеклетки (иначе не произойдет
оплодотворение).

20.

ОПЛОДОТВОРЕНИЕ
Оплодотворение - процесс слияния гамет. В результате
оплодотворения ядра яйцеклетки и сперматозоида сливаются, образуя
зиготу – первую клетку нового организма.
По месту прохождения оплодотворения различают два его типа:
Внешнее оплодотворение происходит вне организма самки, обычно в
водной среде. Оно характерно для рыб, земноводных, большинства
моллюсков, некоторых червей.

21.

Практически всем наземным и некоторым
водным видам живым организмам свойственно
внутреннее оплодотворение, при котором
«встреча»
сперматозоида
и
яйцеклетки
происходит в половых путях самки.
У
млекопитающих
оплодотворение
происходит в яйцеводах самки.

22.

Двигающаяся по направлению к матке
яйцеклетка
встречается
там
со
сперматозоидами,
причем
их
контакту
способствуют особые химические вещества,
выделяемые
яйцеклеткой.
Эти
вещества
активируют сперматозоиды и позволяют им
«опознать»
яйцеклетку.
При
контакте
с
яйцеклеткой
акросома
сперматозоида
разрушается, при этом находившийся в ней
фермент гиалуронидаза начинает растворять
оболочку яйцеклетки.

23.

Однако количества гиалуронидазы, выделяемого одним
сперматозоидом, для этого недостаточно; необходимо,
чтобы фермент выделился из тысяч сперматозоидов.
Только в этом случае один из них сможет проникнуть в
яйцеклетку. Как только проникновение произошло, вокруг
яйцеклетки формируется особая прочная оболочка,
препятствующая
попаданию
в
нее
других
сперматозоидов. Проникновение сперматозоида служит
стимулом для завершения второго деления мейоза, и
ооцит второго порядка превращается в зрелое яйцо, при
этом образуется полярное тельце, которое быстро
дегенерирует, а хвост сперматозоида рассасывается в
цитоплазме яйца

24.

Ядро сперматозоида в цитоплазме яйцеклетки увеличивается
примерно до размера ядра яйцеклетки. Ядра двигаются навстречу
друг другу и сливаются
Так в зиготе восстанавливается диплоидный набор хромосом и
начинается ее дробление.
У
человека для оплодотворения необходим только один
сперматозоид, но оплодотворение возможно лишь в том случае,
когда в половые пути женщины попадает одновременно около 300
миллионов сперматозоидов. Даже если их будет 2 миллиона, то
оплодотворения не произойдет. Сперматозоидам приходится
проходить долгий и трудный путь по матке и яйцеводу. Далеко не
всем сперматозоидам удается его преодолеть. Если сопоставить
размеры сперматозоида и человека, то последнему, чтобы пройти
путь, аналогичный пути сперматозоида, необходимо будет
пробежать 10 км. Кроме того, по яйцеводу сперматозоиды
движутся навстречу току жидкости, что создает для них
дополнительные препятствия. Наконец, для выделения достаточного
количества гиалуронидазы, растворяющей оболочку яйцеклетки,
также необходимо множество сперматозоидов

25.

Клеточный цикл
Жизнь клетки от момента ее появления а
результате деления материнской клетки и до ее
собственного деления, включая сам этот процесс
– жизненный цикл клетки, или клеточный цикл.
В нем клетка растет, видоизменяется таким
образом, чтобы успешно выполнить свои функции
в организме (это дифференцировка клеток),
затем выполняет свои клеточные функции
необходимое время, а затем делится, образуя
новые клетки.

26.

Апоптоз
У простейших и бактерий деление клетки – основной
способ размножения. Например, амеба не погибает, а
просто делится на две дочерние клетки. Клетки же
многоклеточного
организма
не
могут
делиться
бесконечно, иначе этот организм был бы жив вечно.
Этого не происходит, т.к. ДНК клетки содержит особые
гены, синтезирующие особые белки, уничтожающие
клетку: она сжимается, ее органоиды и мембраны
разрушаются, но так, чтоб их можно было использовать
вторично.
Такая
запрограммированная
клеточная
смерть
называется апоптозом. Но от своего рождения клетка
проходит множество нормальных клеточных циклов.
Обязательным компонентом каждого клеточного цикла
является митотический цикл – подготовка к делению и
собственно деление клетки.

27.

Митоз
Процесс непрямого деления, или митоз, чаще всего
встречается в природе. На нём основывается деление
всех существующих неполовых клеток, а именно
мышечных, нервных, эпителиальных и прочих.
Основная роль данного процесса – равномерное
распределение генетического кода от родительской
клетки к двум дочерним. При этом клетки нового
поколения один к одному схожи с материнскими.
В схемах деления гаплоидный набор хромосом
обозначают буквой n, а набор молекул ДНК (то есть
хроматид) — буквой с. Перед буквами указывают
число гаплоидных наборов: 1n2с — гаплоидный набор
удвоенных хромосом, 2n2с — диплоидный набор
одиночных хромосом, 2n4с — диплоидный набор
удвоенных хромосом.

28.

29.

Интерфаза
Время между процессами деления интерфаза. Это время подготовки клетки к
делению (сначала - интерфаза, затем - митоз).
Чаще всего интерфаза гораздо длиннее
митоза. Для этого периода характерны:
синтез белка и молекулы АТФ в клетке;
удвоение хромосом и образование двух
сестринских хроматид;
увеличение числа органоидов в цитоплазме.

30.

Митоз подразделяется на четыре
фазы (изначально в клетках набор
хромосом 2n2c):
Профаза
(2n4с)
—
спирализация
хромосом,
разрушение оболочки ядра, образование веретена
деления.
Метафаза (2n4с) — прикрепление хромосом к нитям
веретена деления; хромосомы образуют экваториальную
(метафазную) пластинку.
Анафаза (4n4c) — центромеры сестринских хроматид
разделяются, нити веретена укорачиваются, в результате
дочерние хроматиды расходятся к противоположным
полюсам. Такое движение продолжается до тех пор,
пока
хроматиды,
ставшие
самостоятельными
хромосомами, не достигнут полюсов.
Телофаза
(2n2c)
—
деспирализация
хромосом;
образование ядерной оболочки; деление цитоплазмы
(цитокинез).

31.

Нетипичные формы митоза
1. Амитоз — это прямое деление ядра. Равномерного
распределения хромосом не происходит. Ядро делится на две
относительно равные части без образования митотического
аппарата
(системы
микротрубочек,
центриолей,
структурированных
хромосом).
Если
деление
за
этом
заканчивается, возникает двухъядерная клетка. Такой вид деления
существует в некоторых дифференцированных тканях (в клетках
скелетной мускулатуры, кожи, соединительной ткани), а также в
патологически измененных тканях.
2. Эндомитоз. При этом типе деления после репликации ДНК не
происходит разделения хромосом на две дочерние хроматиды. Это
приводит к увеличению числа хромосом в клетке иногда в десятки
раз по сравнению с диплоидным набором. Так возникают
полиплоидные клетки. В норме этот процесс имеет место в
интенсивно функционирующих тканях, например, в печени, где
полиплоидные клетки встречаются очень часто.
3. Политения. Происходит кратное увеличение содержания ДНК
(хромонем) в хромосомах без увеличения содержания самих
хромосом, которые при этом приобретают гигантские размеры.
Такой
тип
деления
наблюдается
в
некоторых
высокоспециализированных тканях (печеночных клетках, клетках
слюнных желез двукрылых насекомых).

32.

Биологическое значение митоза
Митоз
обеспечивает наследственную передачу
признаков и свойств в ряду поколений клеток при
развитии многоклеточного организма. Благодаря
точному и равномерному распределению
хромосом при митозе все клетки единого
организма генетически одинаковы.
Митотическое
деление клеток лежит в основе
всех форм бесполого размножения как у
одноклеточных,
так
и
у
многоклеточных
организмов. Митоз обусловливает важнейшие
явления жизнедеятельности: рост, развитие и
восстановление тканей и органов и бесполое
размножение организмов.

33.

Мейоз
Мейоз – это процесс деления клеточных ядер,
приводящий к уменьшению числа хромосом вдвое
и образованию гамет. В результате мейоза из одной
диплоидной
клетки
(2n)
образуется
четыре
гаплоидные клетки (n).
Мейоз состоит из двух последовательных
делений, которым в интерфазе предшествует
однократная репликация ДНК.
В схемах деления гаплоидный набор хромосом
обозначают буквой n, а набор молекул ДНК (то
есть хроматид) — буквой с. Перед буквами
указывают число гаплоидных наборов: 1n2с —
гаплоидный набор удвоенных хромосом, 2n2с —
диплоидный набор одиночных хромосом, 2n4с —
диплоидный набор удвоенных хромосом.

34.

35.

36.

Биологическое значение мейоза
Образование
клеток,
участвующих
в
половом
размножении,
поддержание
генетического постоянства видов, а
также спорообразование у высших
растений.

37.

Второе деление мейоза

38.

Гаметогенез
Процесс формирования половых клеток
называется гаметогенезом.
У многоклеточных организмов различают
сперматогенез
–
формирование
мужских
половых клеток и овогенез – формирование
женских половых клеток.
Гаметогенез
происходит в половых железах животных –
семенниках и яичниках.

39.

40.

Сперматогенез
Сперматогенез – процесс превращения диплоидных
предшественников половых клеток – сперматогониев
в
сперматозоиды:
1. Сперматогонии делятся на две дочерние клетки –
сперматоциты первого порядка.
2. Сперматоциты первого порядка делятся мейозом (1-е
деление) на две дочерние клетки – сперматоциты второго
порядка.
3. Сперматоциты второго порядка приступают ко второму
мейотическому делению, в результате которого образуются 4
гаплоидные сперматиды.
4. Сперматиды после дифференцировки превращаются в
зрелые сперматозоиды.
Сперматозоид состоит из головки, шейки и хвоста. Он
подвижен и благодаря этому вероятность встречи его с
гаметами увеличивается.
У мхов и папоротников спермии развиваются в антеридиях,
у покрытосеменных растений они образуются в пыльцевых
трубках.

41.

Овогенез
Овогенез
– образование яйцеклеток у особей
женского пола. У животных он происходит в яичниках.
В зоне размножения находятся овогонии – первичные
половые клетки, размножающиеся митозом.
Из овогониев после первого мейотического деления
образуются овоциты первого порядка.
После второго мейотического деления образуются
овоциты второго порядка, из которых формируется
одна яйцеклетка и три направительных тельца,
которые затем гибнут.
Яйцеклетки неподвижны, имеют шаровидную форму.
Они крупнее других клеток и содержат запас
питательных веществ для развития зародыша.
У мхов и папоротников яйцеклетки развиваются в
архегониях, у цветковых растений – в семяпочках,
локализованных в завязи цветка.

42.

43.

Онтогенез
Онтогенез – это индивидуальное развитие организма
от момента образования зиготы до смерти.
В ходе онтогенеза проявляется закономерная смена
фенотипов, характерных для данного вида.
В онтогенезе выделяют два периода – эмбриональный – от
образования зиготы до выхода из яйцевых оболочек и
постэмбриональный – с момента рождения до смерти.
Различают:
Непрямое развитие
(метаморфоз) встречается у
плоских червей, моллюсков, насекомых, рыб, земноводных.
Их зародыши проходят в своем развитии несколько стадий, в
том числе личиночную.
Прямое развитие
проходит в неличиночной или
внутриутробной форме. К нему относятся все формы
яйцеживорождения, развитие зародышей пресмыкающихся,
птиц и яйцекладущих млекопитающих, а также развитие
некоторых беспозвоночных

44.

Эмбриональный период
многоклеточного организма
состоит из следующих стадий:
зиготы;
бластулы
– стадия развития многоклеточного зародыша
после дробления зиготы. Зигота в процессе бластуляции не
увеличивается в размерах, увеличивается число клеток, из
которых она состоит; стадия образования однослойного
зародыша, покрытого бластодермой, и формирования
первичной полости тела – бластоцели;
гаструлы
– стадия образования зародышевых листков –
эктодермы, энтодермы (у двухслойных кишечнополостных и
губок)
и
мезодермы
(у
трехслойных
у
остальных
многоклеточных животных). У кишечнополостных животных на
этой стадии формируются специализированные клетки,
такие как стрекательные, половые, кожно-мускульные и т.д.
Процесс образования гаструлы называется гаструляцией.
Нейрула – стадия закладки отдельных органов.
Гисто– и органогенез
– стадии появления специфических
функциональных,
морфологических
и
биохимических
различий
между
отдельными
клетками
и
частями
развивающегося зародыша.

45.

46.

Органогенез
Органогенез – процесс образования органов. Гистогенез
– образование и дифференцировка тканей. Сложные
пространственные преобразования клеток и частей
зародыша – морфогенез.
Эктодерма
дает начало всей нервной системе,
определенным органам чувств (роговица глаза),
кожному эпителию и его производным (молочные,
потовые и сальные железы, волосы, ногти, эмаль зубов),
эпителию полости рта и прямой кишки.
Мезодерма – скелет конечностей, позвоночник, череп,
поперечнополосатая скелетная мускулатура, гладкая
мускулатура внутренних органов, кровеносная система
и кровь, выделительная система, половые железы, за
исключением самих половых клеток, вся соединительная
ткань.
Энтодерма – эпителий пищеварительной и дыхательной
систем, печень, поджелудочная железа, щитовидная и
паращитовидная железы.

47.

Временные зародышевые
органы
У всех высших позвоночных, начиная с
пресмыкающихся, во время эмбрионального
развития образуются временные органы,
предназначенные
для
обеспечения
жизнедеятельности зародыша.
Таких временных зародышевых органов 4:
амнион, хорион, алантоис и зародышевый
мешок. Образуются они после гаструляции из
зародышевых листков.