Текст книги "Биология. Общая биология. 10 класс. Базовый уровень". Искусственное оплодотворение растений
Искусственное оплодотворение и культивирование зиготы растений
Искусственное оплодотворение, генетическая трансформация и культивирование зиготы растений – как продукта слияния изолированных гамет
Искусственное оплодотворение открывает широкие перспективы для анализа процессов активизации яйцеклетки и развития зиготы, первичных клеток эндосперма и молодых проембрио, способствует изучению процессов, происходящих на клеточном уровне в момент и первое времена после оплодотворения, дает возможность получения зигот из гамет различных культурных сортов растений (Сатарова, 2006; Kranz, 2008). Процесс оплодотворения in vitro включает три последовательные этапы: изоляция, обработка женских и мужских гамет, слияние пар гамет, культивирование одной клетки (оплодотворенной яйцеклетки – зиготы, или оплодотворенной центральной клетки – первичной клетки эндосперма) (Kranz, 2008). Техника искусственного оплодотворения предусматривает электрослияние гамет (Kranz, 1991, 1993; Kovak, 1995; Kumlehn, 1996), слияние гамет химическим методом (Faure, 1994), микроинъекции спермиев в женские клетки (Matthys-Rochon, 1994). Лучшим методом считается электрослияние, химический метод является альтернативой, однако имеет свои недостатки и нуждается в оптимизации для повышения эффективности (Сатарова, 2006; Kranz, 2008). Использование химического метода слияния внесло вклад в установление важного факта, а именно повышение уровня Ca2+ во время оплодотворения (Antoine, 2001) и может помочь при понимании процесса слияния изолированных гамет в искусственных условиях и оплодотворения вообще (Kranz, 2008). Установлено, что для эффективного слияния клеток тургор гамет должно быть на высоком уровне (Uchiumi, 2007). Микроинъекции спермиев в женские клетки имели не большой успех, из-за низкой частоты контакта мужского и женского ядер (Matthys-Rochon, 1994).
Расширение генетической базы растений позволит получать растения с заданными свойствами. Введение генетического материала непосредственно в клетки растения лишает необходимости искусственного скрещивания гамет. Изолированные зародышевые мешки, яйцеклетки и клетки спермиев наиболее подходящие клетки для генетических манипуляций. Введение трансгенов в одну или обе гаметы до оплодотворения, или вблизи их во время оплодотворения вызовет стабильную трансформацию (Leduc, 1996). Присутствие меньшего количества клеток во время таких манипуляций уменьшает возможность получения неправильных растений. Микроинекция, частичное бомбордирование или субкультивувание с Agrobacterium tumefaciens также могут быть использованы для ввода трансгенов в изолированные зародышевые мешки (Songstad, 1995). Большинство существующих методов создания трансгенных растений предусматривают промежуточную стадию каллуса, однако предотвращение калусообразования важно для получения растения. Процессы происходящие при пролиферации каллуса являются неблагоприятными для воспроизведения растений. Преимущество все больше наддается зиготическому эмбриогенезу.
Культура зигот, основанная на эмбриогенезе in vitro может быть полезной для генетической трансформации (He, 2004; Kranz, 2008). Это сочетание открывает широкие перспективы в изучении процессов репродукции растений. Доращивание зигот, полученных после електрослияния женских и мужских гамет in vitro или после микроинъекций генов в зиготу достигнуто у кукурузы (Kranz, 2008; Leduc, 1996), ячменя (Holm, 2000) и риса (Uchiumi, 2006). У пшеницы регенерация зиготы, после електрослияния гамет дала микрокаллусы (Kovak, 1995; Kumlehn, 1996). Во время культивирования после микроинъекций применяли субкультивувание (клетки – медсестры). Зигота и первичные клетки эндосперма, полученные путем електрослияния способны развиваться независимо. Поэтому технология искусственного оплодотворения является уникальной образцовой системой для исследований ранних стадий эмбриогенеза и ендоспермиогенеза. Зиготичный эмбриогенез кукурузы было получено без сопроводительных тканей материнского организма и тканей эндосперма (Kranz, 2008). До сих пор удовлетворительных результатов для получения развития после оплодотворения в пробирке так и не получен в двудольных растений. Это может быть связано с малыми размерами клеток гамет различных двудольных растений и с тем, что стадии цикла клеток изолированных мужских и женских гамет не совпадают и они не способны активизировать зиготичное ядро и процессы деления клетки. Это подтверждается для табака и Arabidopsis (Tian, 2005; Friedman, 1999).
Исследования показывают, что сочетание культуры зигот с генетической трансформацией предлагает перспективную технику для генетического анализа эмбриогенеза и развития зерновых растений, в том числе злаков. Метод культивирования зигот, полученных путем искусственного опыления является средством получения зиготичных зародышей и растений из изолированных гамет после оплодотворения in vitro.
Автор статьи и первого фото в статье (зародышевый мешок кукурузы, содержащий зиготу): Ляпустина Е.В.
Автор второго и третьего фото в статье: Сатарова Т.Н.
bio-x.ru
Искусственное оплодотворение | Биология развития. Реферат, доклад, сообщение, кратко, презентация, лекция, шпаргалка, конспект, ГДЗ, тест
Способность спермы животных к длительному хранению послужила основой развития искусственного оплодотворения сельскохозяйственных животных. Искусственное оплодотворение — один из ведущих методов селекции, с помощью которого создано преобладающее большинство высококачественных сортов культурных растений и пород домашних животных. Оно используется для разведения племенного скота в крупном мясо-молочном животноводстве, коневодстве, свиноводстве, птицеводстве и др. Искусственное оплодотворение (опыление) широко используется в растениеводстве для выведения новых сортов растений.
На искусственном оплодотворении основано размножение ценных проходных рыб, у которых в естественных условиях далеко не вся икра оказывается оплодотворенной и огромная часть её погибает.
Например, на Амуре во время осеннего нереста кеты потеря икры составляет в среднем до 40%. В конце XIX в. русский рыбовод В. П. Врасский предложил «сухой» способ оплодотворения икры. Он основан на том, что в воде спермии быстро теряют подвижность, в итоге часть икры остаётся неоплодотворенной. При использовании метода Врасского икру выпускают в ёмкость, куда затем отцеживают молоки самцов. Содержимое ёмкости осторожно перемешивают так, чтобы молоки равномерно распределились среди икринок и вероятность оплодотворения стала наибольшей, и только после этого наливают воду. Оплодотворённую таким путём икру закладывают в специальные ёмкости с проточной водой, в которых икринки развиваются под постоянным контролем специалистов. Впоследствии мальков выпускают в реку, по которой они скатываются в море.
Результаты работы по искусственному оплодотворению рыб на рыборазводных заводах оказываются значительными. Например, оплодотворённость икры осенней кеты на заводе составляет 98-99 %, то есть во много раз больше, чем в естественных условиях. Материал с сайта http://doklad-referat.ru
Успешные экспериментальные разработки метода искусственного оплодотворения, осуществляемые в последние годы XX в., с использованием различных животных, в том числе млекопитающих, показали, что оплодотворение яйцеклеток млекопитающих, включая и человека, может происходить в пробирке. Оказалось, что зародыши, развившиеся в пробирке, могут быть имплантированы затем в матку женщины, где они дальше нормально развиваются. При этом рождаются вполне здоровые, нормальные дети. Известно много случаев рождения «детей из пробирки», и многие семьи смогли заиметь таким путём долгожданного ребёнка.
Искусственное оплодотворение доклад растений
Реферат на тему искусственное оплодотворение растений и животных
Искусственное оплодотворение у растений и животных.
Презентація штучному заплідненні тварин
Презентация искусственное оплодотворение человека
doklad-referat.ru
1. Опыление, осеменение
Опыление- процесс, предшествующий оплодотворению у растений, связанный с переносом пыльцы с пыльников на рыльце пестика у покрытосеменных, или на семяпочку у голосеменных. После опыления пыльца прорастает и спермии по пыльцевым трубочкам проникают к яйцеклеткам.
Осеменение. Ряд процессов, обусловливающих встречу женских и мужских гамет у животных, называется осеменением. Различает осеменение наружное и внутреннее. Наружное осеменение встречается у многих животных, обитающих в воде. В этом случае яйца и сперматозоиды выделяются в окружающую среду, где происходит их слияние. Внутреннее осеменение характерно для обитателей суши, где отсутствуют условия для сохранения и встречи гамет во внешней среде. При этой форме осеменения сперматозоиды во время полового акта вводятся в половые пути самки.
У млекопитающих и человека сперматозоиды в женских половых путях передвигаются преимущественно благодаря мышечным сокращениям матки и яйцеводов. Встреча гамет происходит в верхних отделах яйцеводов.
2. Искусственное осеменение
Изучение биологии гамет и естественных процессов, сопутствующих осеменению, позволило внедрить в практику рыборазведения и животноводство, метод искусственного осеменения. Приоритет в этом принадлежит отечественной науке.
В середине прошлого века В.П. Врасский (1829-1862) разработал "сухой" или "русский", метод искусственного осеменения рыб, распространенный сейчас во всех странах мира. Он применяется повсеместно при искусственном рыборазведении. Заключается этот метод в том, что икру из рыбы выпускают на прутики, положенные в плоскую посуду, затем икру поливают жидкостью (молоками), промывают и погружают в воду.
Техника осеменения сельскохозяйственных животных была разработана еще в конце 19 века И.И. Ивановым (1870-1932). Принцип искусственного осеменения базируется на том, что от ценного производителя можно получить сперму для одновременного осеменения большого числа самок. Оказалось, что даже при значительном уменьшении количества сперматозоидов (но их должно быть не менее нескольких миллионов) можно добиться оплодотворения. Созданы специальная аппаратура и способы искусственного получения спермы у самца и введения ее в половые пути самки. Для лучшей выживаемости сперматозоидов разработаны также рецепты специальных разбавителей и методы сохранения сперматозоидов в анабиотическом состоянии. Искусственное осеменение расширяет возможности более рентабельного использования высококачественных производителей и обеспечивает быстрое улучшение продуктивности сельскохозяйственных животных.
Осеменение, естественное и искусственное, предшествует следующему процессу - оплодотворению.
3. Оплодотворение у животных
Оплодотворение влечет за собой два важных следствия: 1) активацию яйца, т.е. побуждение к развитию, и 2) синкариогамию, т.е. образование диплоидного ядра зиготы в результате слияния гаплоидных ядер половых клеток, несущих генетическую информацию двух родительских организмов.
Встрече гамет способствует то, что яйцеклетки растений и животных выделяют в окружающую среду химические вещества - гормоны, активирующие сперматозоиды. Возможно, что активизирующие вещества выделяются клетками женских половых путей млекопитающих. Установлено, что сперматозоиды млекопитающих могут проникнуть в яйцеклетку только в том случае, если находились в женском половом тракте не менее одного часа.
У спермиев ряда низших растений обнаружен положительный хемотаксис к веществам, выделяемым яйцеклеткой. Убедительных доказательств хемотаксиса у сперматозоидов животных не существует. Сперматозоиды двигаются беспорядочно и с яйцеклетками сталкиваются случайно.
В оболочке яйцеклетки ряда животных существует крошечные отверстия - микропиле, через которое проникает сперматозоид. У большинства видов микропиле отсутствует, проникновение сперматозоида осуществляется благодаря акросомной реакции, обнаруженный с помощью электронной микроскопии. Расположенная на переднем конце сперматозоида акросомная область окружена мембраной. При контакте с яйцом оболочка акросомы разрушается. Из нее выбрасывается акросомная нить, выделяется фермент, растворяющий оболочку яйцеклетки, и фермент гиалуронидаза, разрушающий фолликулярные клетки, окружающее яйцо. Акросомная нить проникает через растворенную зону яйцевых оболочек и сливается с мембраной яйцеклетки. В этом месте из цитоплазмы яйцеклетки образуется воспринимающий бугорок. Он захватывает ядро, центриоли и митохондрии сперматозоида и увлекает их в глубь яйца. Плазматическая мембрана сперматозоида встраивается в поверхностную мембрану яйца, образуя мозаичную наружную мембрану зиготы.
Проникновение сперматозоида в яйцеклетку изменяет ее обмен веществ, показателем чего является ряд морфологических и физиологических преобразований. Повышается проницаемость клеточной мембраны, усиливается поглощение из окружающей среды фосфора и калия, выделяется кальций, увеличивается обмен углеводов, активируется синтез белка. У ряда животных возникает потребность в кислороде. Так, у морского ежа в первую же минуту после оплодотворения поглощение кислорода повышается в 80 раз. Меняются коллоидные свойства протоплазмы. Вязкость увеличивается в 6-8 раз. В наружном слое яйца изменяется эластичность и оптические свойства. На поверхности отслаивается оболочка оплодотворения; между ней и поверхностью яйца образуется свободное, наполненное жидкостью пространство. Под ним образуется оболочка, которая обеспечивает крепление клеток, возникающих в результате дробления яйца. После образования оболочки оплодотворения другие сперматозоиды уже не могут проникнуть в яйцо.
Показателем изменения обмена веществ является и то, что у ряда видов животных созревание яйца заканчивается после проникновения в него сперматозоида. У круглых червей и моллюсков лишь в оплодотворенных яйцах выделяется второе редукционное тельце. У человека сперматозоиды проникают в яйцеклетки, находящиеся еще в периоде созревания. Первое редукционное тельце выделяется через 10 часов, второе - только через 1 сутки после проникновения сперматозоида.
Кульминационным моментом в процессе оплодотворения является слияние ядер. Ядро сперматозоида (мужской пронуклеус) в цитоплазме яйца набухает и достигает величины ядра яйцеклетки (женского пронуклеуса). Одновременно мужской пронуклеус поворачивается на 180 градусов и центросомой вперед движется в сторону женского пронуклеуса; последний также перемещается ему на встречу. После встречи ядра сливаются.
В результате синкариогамии, т.е. слияние двух ядер с гаплоидным набором, восстанавливается диплоидный набор хромосом. После образования синкариона яйцо приступает к дроблению.
Изучение физиологии оплодотворения позволяет понять роль большого числа сперматозоидов, участвующих в оплодотворении. Установлено, что если при искусственном осеменении кроликов в семенной жидкости содержится менее 1000 сперматозоидов, оплодотворение не наступает. Точно так же не происходит оплодотворение при введении очень большого числа сперматозоидов (более 100 млн.). Это объясняется в первом случае недостаточном, а во втором - избыточным количеством ферментов, необходимых для проникновения сперматозоидов в яйцеклетку.
studfiles.net
21. Оплодотворение. Биология. Общая биология. 10 класс. Базовый уровень
21. Оплодотворение
Вспомните!
Какой набор хромосом имеет зигота?
Для каких животных характерно наружное оплодотворение?
У каких организмов существует двойное оплодотворение?
Для осуществления полового размножения организму недостаточно просто сформировать половые клетки – гаметы, надо обеспечить возможность их встречи. Процесс слияния сперматозоида и яйцеклетки, сопровождающийся объединением их генетического материала, называют оплодотворением. В результате оплодотворения образуется диплоидная клетка – зигота, активация и дальнейшее развитие которой приводит к формированию нового организма. При слиянии половых клеток разных особей осуществляется перекрёстное оплодотворение, а при объединении гамет, продуцируемых одним организмом, – самооплодотворение.
Существует два основных типа оплодотворения – наружное (внешнее) и внутреннее.
Наружное оплодотворение. При наружном оплодотворении половые клетки сливаются вне организма самки. Например, рыбы мечут икру (яйцеклетки) и молоку (сперму) прямо в воду, где происходит наружное оплодотворение. Подобным образом осуществляется размножение у земноводных, многих моллюсков и некоторых червей. При наружном оплодотворении встреча яйцеклетки и сперматозоида зависит от самых разных факторов внешней среды, поэтому при таком типе оплодотворения организмы обычно образуют огромное количество половых клеток. Например, озёрная лягушка откладывает до 11 тыс. яиц, атлантическая сельдь вымётывает около 200 тыс. икринок, а рыба-луна – почти 30 млн.
Внутреннее оплодотворение. При внутреннем оплодотворении встреча гамет и их слияние происходит в половых путях самки. Благодаря согласованному поведению самца и самки и наличию специальных совокупительных органов мужские половые клетки поступают непосредственно в женский организм. Так происходит оплодотворение у всех наземных и некоторых водных животных. В этом случае вероятность успешного оплодотворения высока, поэтому половых клеток у таких особей гораздо меньше.
Количество половых клеток, которые образует организм, зависит также от степени заботы родителей о потомстве. Например, треска вымётывает 10 млн икринок и никогда не возвращается к месту кладки, африканская рыбка тиляпия, вынашивающая икру во рту, – не более 100 икринок, а млекопитающие, обладающие сложным родительским поведением, обеспечивающим заботу о потомстве, рождают всего одного или нескольких детёнышей.
У человека, как и у всех остальных млекопитающих, оплодотворение происходит в яйцеводах, по которым яйцеклетка движется по направлению к матке. Сперматозоиды преодолевают огромное расстояние до встречи с яйцеклеткой, и лишь один из них проникает в яйцеклетку. После проникновения сперматозоида яйцеклетка формирует на поверхности толстую оболочку, непроницаемую для остальных сперматозоидов.
Если оплодотворение произошло, яйцеклетка завершает своё мейотическое деление (§ 20) и два гаплоидных ядра сливаются в зиготе, объединяя генетический материал отцовского и материнского организмов. Образуется уникальная комбинация генетического материала нового организма.
Яйцеклетки большинства млекопитающих сохраняют способность к оплодотворению в течение ограниченного времени после овуляции, как правило, не более 24 часов. Сперматозоиды, покинувшие мужскую половую систему, живут тоже очень недолго. Так, у большинства рыб сперматозоиды погибают в воде уже спустя 1–2 минуты, в половых путях кролика живут до 30 часов, у лошадей 5–6 суток, а у птиц до 3 недель. Сперматозоиды человека во влагалище женщины гибнут спустя 2,5 часа, но те, которые успевают добраться до матки, сохраняют жизнеспособность в течение двух и более суток. Существуют в природе и исключительные случаи, например сперматозоиды пчёл сохраняют способность к оплодотворению в семяприёмнике самок в течение нескольких лет.
Оплодотворённая яйцеклетка может развиваться в теле материнского организма, как это происходит у плацентарных млекопитающих, или во внешней среде, как у птиц и пресмыкающихся. Во втором случае она покрывается специальными защитными оболочками (яйца птиц и пресмыкающихся).
У некоторых видов организмов встречается особая форма полового размножения – без оплодотворения. Такое развитие называют партеногенезом (от греч. partenos – девственница, genesis – возникновение) или девственным развитием. В этом случае дочерний организм развивается из неоплодотворённой яйцеклетки на основе генетического материала одного из родителей, и образуются особи только одного пола. Естественный партеногенез даёт возможность резкого увеличения численности потомства и существует в тех популяциях, где контакт разнополых особей затруднён. Партеногенез встречается у животных разных систематических групп: у пчёл, тлей, низших ракообразных, скальных ящериц и даже у некоторых птиц (индеек).
Одним из главных механизмов, который обеспечивает оплодотворение строго внутри вида, является соответствие числа и строения хромосом женских и мужских гамет, а также химическое сродство цитоплазмы яйцеклетки и ядра сперматозоида. Даже если чужеродные половые клетки и соединяются при оплодотворении, это, как правило, приводит к ненормальному развитию зародыша или к рождению стерильных гибридов, т. е. особей, неспособных к деторождению.
Двойное оплодотворение. Особый тип оплодотворения характерен для цветковых растений. Он был открыт в конце XIX в. русским учёным Сергеем Гавриловичем Навашиным и получил название двойного оплодотворения (рис. 67).
Во время опыления пыльца попадает на рыльце пестика. Пыльцевое зерно (мужской гаметофит) состоит всего из двух клеток. Генеративная клетка делится, образуя два неподвижных спермия, а вегетативная клетка, прорастая внутрь пестика, формирует пыльцевую трубку. В завязи пестика развивается женский гаметофит – зародышевый мешок с восемью гаплоидными ядрами. Два из них сливаются, формируя центральное диплоидное ядро. В результате дальнейшего деления цитоплазмы зародышевого мешка образуется семь клеток: яйцеклетка, центральная диплоидная клетка и пять вспомогательных.
Рис. 67. Двойное оплодотворение у цветковых растений
После того как пыльцевая трубка прорастает в основание пестика, спермии, находящиеся внутри неё, проникают в зародышевый мешок. Один спермий оплодотворяет яйцеклетку, – возникает диплоидная зигота; из неё в дальнейшем развивается зародыш. Другой спермий сливается с ядром крупной центральной диплоидной клетки, образуя клетку с тройным хромосомным набором (триплоидную), из которой затем формируется эндосперм – питательная ткань для зародыша. Таким образом, у покрытосеменных растений в оплодотворении участвует два спермия, т. е. осуществляется двойное оплодотворение.
Искусственное оплодотворение. Большое значение в современном сельском хозяйстве имеет искусственное оплодотворение, приём, который широко применяется в селекции при выведении и улучшении пород животных и сортов растений. В животноводстве при помощи искусственного осеменения можно получить многочисленное потомство от одного выдающегося производителя. Сперма таких животных хранится в специальных низкотемпературных условиях и сохраняет жизнеспособность в течение долгого времени (десятки лет).
Искусственное опыление в растениеводстве позволяет осуществлять определённое, заранее запланированное скрещивание и получать сорта растений с необходимым сочетанием родительских свойств.
В современной медицине при лечении бесплодия используется искусственное оплодотворение спермой донора и экстракорпоральное (внетелесное) оплодотворение – метод, разработанный впервые в 1978 г. и известный под названием «ребёнок из пробирки». Этот метод заключается в оплодотворении яйцеклеток вне организма и последующем переносе их назад в матку для продолжения нормального развития.
К 2010 г. с помощью экстракорпорального оплодотворения было зачато уже около 4 млн детей. Однако использование донорской спермы, донорских яйцеклеток и даже суррогатных матерей порождает целый ряд этических и социальных проблем. Многие люди, опираясь на религиозные и моральные соображения, выступают против любых вмешательств в размножение человека, в том числе против экстракорпорального и искусственного оплодотворения.
Вопросы для повторения и задания
1. Что такое оплодотворение?
2. Какие типы оплодотворения вы знаете?
3. В чём заключается процесс двойного оплодотворения?
4. Каково значение искусственного оплодотворения в растениеводстве и животноводстве?
Подумайте! Выполните!
1. Как вы считаете, в чём преимущество двойного оплодотворения у покрытосеменных растений по сравнению с оплодотворением у голосеменных?
2. Достаточно ли знать, что в размножении участвует только одна особь, чтобы сделать вывод о том, что это размножение – бесполое?
3. Объясните, почему при экстракорпоральном оплодотворении часто рождаются близнецы.
4. Организуйте и проведите дискуссию «Экстракорпоральное оплодотворение: за и против».
Работа с компьютером
Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал и выполните задания.
Повторите и вспомните!
Растения
Опыление. Двойному оплодотворению у цветковых растений предшествует опыление – перенос пыльцы (пыльцевых зёрен) на рыльце пестика. Опыление осуществляется различными способами. Если пыльца цветка попадает на рыльце пестика этого же цветка, происходит самоопыление. Перенос пыльцы на рыльце пестика другого цветка называют перекрёстным опылением.
Самоопыление характерно для небольшого числа цветковых растений. Учёные считают, что самоопыление возникло вторично, когда какие-то обстоятельства стали препятствовать осуществлению перекрёстного опыления. Биологически самоопыление менее выгодно, поскольку при этом не происходит обмен генетической информации между различными особями вида.
Перекрёстное опыление распространено у покрытосеменных растений гораздо шире, чем самоопыление. Биологически перекрёстное опыление более благоприятно, чем самоопыление, потому что оно даёт возможность объединять генетическую информацию разных особей. Появляются потомки, отличающиеся от родительских особей. Это способствует приспособлению вида к изменяющимся условиям обитания.
Перекрёстное опыление может осуществляться различными способами. Условно их можно разделить на две группы: абиотическое опыление (при помощи ветра или воды) и биотическое (при помощи животных). В роли опылителей могут выступать разные животные: насекомые, птицы, млекопитающие.
Поделитесь на страничкеСледующая глава >
bio.wikireading.ru
Оплодотворение. Наружное, двойное оплодотворение
Вспомните!
Какой набор хромосом имеет зигота?
Диплоидный двойной набор
Для каких животных характерно наружное оплодотворение?
Ланцетниковые, рыбы, земноводные
У каких организмов существует двойное оплодотворение?
Растения отдела Покрытосеменные (или Цветковые).
Вопросы для повторения и задания
1. Что такое оплодотворение?
Процесс слияния сперматозоида и яйцеклетки, сопровождающийся объединением их генетического материала, называют оплодотворением.
2. Какие типы оплодотворения вы знаете?
Существует два основных типа оплодотворения — наружное (внешнее) и внутреннее.
3. В чём заключается процесс двойного оплодотворения?
В результате опыления – переноса пыльцы из пыльников на рыльце пестика, пыльцевое зерно – пылинка, начинает прорастать. При участии вегетативной клетки формируется пыльцевая трубка, по которой движется генеративная клетка. Она дает начало двум мужским гаметам спермиям. Спермий – безжгутиковый сперматозоид, не способный к активному движению. Пыльцевая трубка продвигается вниз к завязи и врастает в зародышевый мешок в области пыльцевхода. После этого кончика трубки разрывается и два спермия попадает внутрь зародышевого мешка. Одни из них сливается с яйцеклеткой, образуя зиготу, а другой – с центральным ядром, формируя триплоидное ядро центральной клетки. Из зиготы развивается зародыш с диплоидным набором хромосом, из триплоидной клетки – эндосперм (питательная ткань семени). Из покровов семязачатка закладывается кожура семени, а из стенок завязи – околоплодник. Таким образом, цветок – это укороченный спороносный побег, служащий для образования спор и гамет, для опыления и оплодотворения, после которого образуются плоды и семена.
4. Каково значение искусственного оплодотворения в растениеводстве и животноводстве?
Искусственное оплодотво¬рение — один из ведущих методов селекции, с помощью которого создано преобладающее большинство высококачественных сортов культурных растений и пород домашних животных. Оно используется для разведения племенного скота в крупном мясо-молочном животноводстве, коневодстве, свиноводстве, птицеводстве и др. Искусственное оплодотворение (опыле¬ние) широко используется в растениеводстве для выведения новых сортов растений. На искусственном оплодотворении основано размножение ценных про¬ходных рыб, у которых в естественных условиях далеко не вся икра оказыва¬ется оплодотворенной и огромная часть её погибает. Например, на Амуре во время осеннего нереста кеты потеря икры составляет в среднем до 40%. В конце XIX в. русский рыбовод В. П. Врасский предложил «су¬хой» способ оплодотворения икры. Он основан на том, что в воде спермии быст¬ро теряют подвижность, в итоге часть икры остаётся неоплодотворенной. При использовании метода Врасского икру выпускают в ёмкость, куда затем отцежи¬вают молоки самцов. Содержимое ёмкости осторожно перемешивают так, чтобы молоки равномерно распределились среди икринок и вероятность оплодотворе¬ния стала наибольшей, и только после этого наливают воду. Оплодотворённую та-ким путём икру закладывают в специальные ёмкости с проточной водой, в которых икринки развиваются под постоянным контролем специалистов. Впоследствии мальков выпускают в реку, по которой они скатываются в море.
Подумайте! Вспомните!
1. Как вы считаете, в чём преимущество двойного оплодотворения у покрытосеменных растений по сравнению с оплодотворением у голосеменных?
2. Достаточно ли знать, что в размножении участвует только одна особь, чтобы сделать вывод о том, что это размножение — бесполое?
Нет, есть вариант полового размножения – партеногенез, развития из неоплодотворенной яйцеклетки. Это половое, но однополое размножение, возникшее в процессе эволюции организмов у раздельнополых форм.
3. Объясните, почему при экстракорпоральном оплодотворении часто рождаются близнецы.
Экстракорпоральное оплодотворение (ЭКО) – вид ВРТ (вспомогательные репродуктивные технологии), который предусматривает прохождение процесса оплодотворения яйцеклетки и начальных этапов развития эмбриона в лабораторных условиях. Через несколько дней в матку женщины подсаживают полностью жизнеспособные эмбрионы. Дальнейшее вынашивание происходит аналогично естественному зачатию. Для большей вероятность приживания эмбрионов подсаживают несколько, чтобы увеличить шанс на беременность.
4. Организуйте и проведите дискуссию «Экстракорпоральное оплодотворение: за и против».
resheba.com
Оплодотворение | Info-Farm.RU
Оплодотворения (сингамии) — процесс слияния мужской и женской половых клеток (гамет) растительных и животных организмов, лежит в основе полового размножения. Результате оплодотворения образуется зигота, которая дает начало новому организму.
Биологическое значение оплодотворения заключается в том, что в результате слияния клеток с разной наследственностью при половом размножении образуется более жизнеспособное потомство, чем при бесполом размножении. У покрытосеменных происходит двойное оплодотворение, обеспечивает образование зародыша и запаса питательных веществ.
Общая характеристика
Различают внешнее заплидення, при котором слияние гамет происходит вне тела самки, и внутреннее заплидення, при котором гаметы сливаются в теле самки. Внешнее оплодотворение наблюдается у многих беспозвоночных, рыб, бесхвостых земноводных, которые откладывают половые продукты в окружающую среду. Оплодотворение у этих животных, а также развитие зиготы зависит от условий среды. У животных с внутренним оплодотворением (преимущественно наземных животных) есть специальные придаточные половые органы для переноса спермы из тела самцов в тело самок. Этот процесс требует согласования действий самца и самки, и поэтому у животных выработались сложные формы поведения (половые инстинкты), которые обеспечивают эту согласованность.
Заплидення происходит в результате активного движения сперматозоида к яйцеклетке, благодаря веществам, выделяемых гаметами. При слиянии мужской и женской половых клеток, имеющих одинарный набор хромосом, восстанавливается диплоидный набор хромосом, характерный для соматических клеток организма. У бактерий, сине-зеленых водорослей и некоторых грибов типичного полового процесса нет.
Оплодотворение у растений
У низших растений наблюдаются различные виды полового процесса: изогамия (слияние одинаковых по размеру гамет), гетерогамия (слияние разных по размеру гамет), оогамия (оплодотворение подвижной мелкой мужской клеткой неподвижной и большей по размеру женской), конъюгация и др. В мохообразных и папоротникообразных сперматозоиды, развивающиеся в антеридиях, движутся в водной среде до архегония, в котором и происходит заплидення яйцеклетки. Высшим растениям свойственна оогамия. В цветочных растений оплодотворению предшествует опыление. У покрытосеменных происходит так называемое двойное оплодотворение.
У покрытосеменных пыльцевая трубка за короткое время проходит через рыхлую ткань столбика и через микропиле проникает в зародышевого мешка. Рост пыльцевой трубки активизирует вегетативная клетка, размещенная в заключительной части. По вегетативной клеткой в пыльцевой трубку переходит генеративная клетка, из которой в результате митотического деления образуются два спермия. В отдельных случаях сперматозоиды могут образовываться еще в пыльники.
В месте контакта трубки с зародышевым мешком стенки последнего ослизняются и пыльцевая трубка проходит внутрь. Достигнув яйцеклетки, пыльцевая трубка разрывается и из нее выходят два сперматозоиды, а вегетативная клетка трубки разрушается. Сперматозоиды выходят и один из них сливается с ядром яйцеклетки, образуя зиготу, а второй — с вторичным (диплоидным) ядром центральной клетки, которая дает начало эндосперма. Таким образом, в зародышевом мешке происходит открытое профессором Киевского университета Святого Владимира (теперь имени Тараса Шевченко) С. Г. Навашиным (1898) двойное оплодотворение. Значение двойного оплодотворения заключается в том, что и зигота, и первичная клетка эндосперма, имея двойную наследственность, приобретают большую жизнеспособности и приспособленности к условиям существования. Отсюда становится понятной роль многочисленных приспособлений в морфологии и физиологии цветка, направленных на обеспечение перекрестного опыления.
В зародышевый мешок может проникать несколько пыльцевых трубок. Однако сперматозоиды этих трубок не участвуют в оплодотворении и дегенерируют. Когда в завязи есть несколько семенных зачатков, то в каждом из них происходит описанный выше процесс.
Оплодотворение у млекопитающих
У млекопитающих оплодотворение является внутренним и происходит в результате полового акта, когда мужчина вводит свой половой орган в отверстие влагалища самки. После того, как у самца состоится эякуляция, большое количество сперматозоидов движется к яйцеклетке.
У людей оплодотворение происходит в маточных трубах через несколько часов после полового акта. Лишь один из примерно 300 000 000 сперматозоидов может оплодотворить одну яйцеклетку. Чтобы произошло оплодотворение, сперматозоид должен войти из влагалища через шейку матки в матку и попасть внутрь одной из фаллопиевых труб, где он пробиться сквозь плотное покрытие яйцеклетки. Это покрытие называется zona pellucida и состоит из сахаров и белков. Кончик головки сперматозоида содержит энзимы, которые прорывают покрытия и способствуют проникновению сперматозоида внутрь. Как только головка сперматозоида оказывается внутри яйцеклетки, его «хвост» отпадает, а ее покрытие дополнительно уплотняется, чтобы не позволить проникновению других сперматозоидов.
Искусственное оплодотворение
Млекопитающие, зачатые «в пробирке», начали нарожуватись с 1950 года, а первая человеческая ребенок родился в результате такого оплодотворения в 1978 С тех пор — это обычный способ борьбы с бесплодием.
Различают два вида искусственного оплодотворения екстраткорпоральне (вне тела женской особи в общем случае, или самки) и интркорпоральне (в теле самки).
- Екстраткорпоральне оплодотворения представляет собой оплодотворения в лабораторных условиях, в том числе так называемым методом in vitro. При этом яйцеклетки хирургическим путем удаляются из женского репродуктивного тракта и оплодотворяются сперматозоидами. На второй день (4-клеточная стадия) эмбрион возвращают к фаллопиевой трубы или матки, где его развитие продолжается. Если сперматозоиды слишком слабы, чтобы проникнуть к яйцеклетке, или их содержание в сперме очень имели, то может быть проведена операция по вживлению отдельно взятого сперматозоида прямо внутрь яйцеклетки.
- Интркорпоральне оплодотворение происходит тогда, когда полученная от самца сперма используется для впрыска во влагалище или в матку самки. В последнем случае предварительно необходимо отделить сперматозоиды от жидкости, в которой они находятся. В случае бесплодия у людей также может использоваться пересадка сразу и яйцеклетки и сперматозоидов прямо в фаллопиевых труб, где оплодотворения проходит естественным путем. Эта технология называется англ. Gamete intra-fallopian transfer (GIFT).
И яйцеклетки, и сперматозоиды могут быть заморожены для дальнейшего использования во время искусственного оплодотворения.
Изображения по теме
info-farm.ru
Читать книгу Биология. Общая биология. 10 класс. Базовый уровень В. И. Сивоглазова : онлайн чтение
Текущая страница: 11 (всего у книги 17 страниц) [доступный отрывок для чтения: 12 страниц]
21. Оплодотворение
Вспомните!
Какой набор хромосом имеет зигота?
Для каких животных характерно наружное оплодотворение?
У каких организмов существует двойное оплодотворение?
Для осуществления полового размножения организму недостаточно просто сформировать половые клетки – гаметы, надо обеспечить возможность их встречи. Процесс слияния сперматозоида и яйцеклетки, сопровождающийся объединением их генетического материала, называют оплодотворением. В результате оплодотворения образуется диплоидная клетка – зигота, активация и дальнейшее развитие которой приводит к формированию нового организма. При слиянии половых клеток разных особей осуществляется перекрёстное оплодотворение, а при объединении гамет, продуцируемых одним организмом, – самооплодотворение.
Существует два основных типа оплодотворения – наружное (внешнее) и внутреннее.
Наружное оплодотворение. При наружном оплодотворении половые клетки сливаются вне организма самки. Например, рыбы мечут икру (яйцеклетки) и молоку (сперму) прямо в воду, где происходит наружное оплодотворение. Подобным образом осуществляется размножение у земноводных, многих моллюсков и некоторых червей. При наружном оплодотворении встреча яйцеклетки и сперматозоида зависит от самых разных факторов внешней среды, поэтому при таком типе оплодотворения организмы обычно образуют огромное количество половых клеток. Например, озёрная лягушка откладывает до 11 тыс. яиц, атлантическая сельдь вымётывает около 200 тыс. икринок, а рыба-луна – почти 30 млн.
Внутреннее оплодотворение. При внутреннем оплодотворении встреча гамет и их слияние происходит в половых путях самки. Благодаря согласованному поведению самца и самки и наличию специальных совокупительных органов мужские половые клетки поступают непосредственно в женский организм. Так происходит оплодотворение у всех наземных и некоторых водных животных. В этом случае вероятность успешного оплодотворения высока, поэтому половых клеток у таких особей гораздо меньше.
Количество половых клеток, которые образует организм, зависит также от степени заботы родителей о потомстве. Например, треска вымётывает 10 млн икринок и никогда не возвращается к месту кладки, африканская рыбка тиляпия, вынашивающая икру во рту, – не более 100 икринок, а млекопитающие, обладающие сложным родительским поведением, обеспечивающим заботу о потомстве, рождают всего одного или нескольких детёнышей.
У человека, как и у всех остальных млекопитающих, оплодотворение происходит в яйцеводах, по которым яйцеклетка движется по направлению к матке. Сперматозоиды преодолевают огромное расстояние до встречи с яйцеклеткой, и лишь один из них проникает в яйцеклетку. После проникновения сперматозоида яйцеклетка формирует на поверхности толстую оболочку, непроницаемую для остальных сперматозоидов.
Если оплодотворение произошло, яйцеклетка завершает своё мейотическое деление (§ 20) и два гаплоидных ядра сливаются в зиготе, объединяя генетический материал отцовского и материнского организмов. Образуется уникальная комбинация генетического материала нового организма.
Яйцеклетки большинства млекопитающих сохраняют способность к оплодотворению в течение ограниченного времени после овуляции, как правило, не более 24 часов. Сперматозоиды, покинувшие мужскую половую систему, живут тоже очень недолго. Так, у большинства рыб сперматозоиды погибают в воде уже спустя 1–2 минуты, в половых путях кролика живут до 30 часов, у лошадей 5–6 суток, а у птиц до 3 недель. Сперматозоиды человека во влагалище женщины гибнут спустя 2,5 часа, но те, которые успевают добраться до матки, сохраняют жизнеспособность в течение двух и более суток. Существуют в природе и исключительные случаи, например сперматозоиды пчёл сохраняют способность к оплодотворению в семяприёмнике самок в течение нескольких лет.
Оплодотворённая яйцеклетка может развиваться в теле материнского организма, как это происходит у плацентарных млекопитающих, или во внешней среде, как у птиц и пресмыкающихся. Во втором случае она покрывается специальными защитными оболочками (яйца птиц и пресмыкающихся).
У некоторых видов организмов встречается особая форма полового размножения – без оплодотворения. Такое развитие называют партеногенезом (от греч. partenos – девственница, genesis – возникновение) или девственным развитием. В этом случае дочерний организм развивается из неоплодотворённой яйцеклетки на основе генетического материала одного из родителей, и образуются особи только одного пола. Естественный партеногенез даёт возможность резкого увеличения численности потомства и существует в тех популяциях, где контакт разнополых особей затруднён. Партеногенез встречается у животных разных систематических групп: у пчёл, тлей, низших ракообразных, скальных ящериц и даже у некоторых птиц (индеек).
Одним из главных механизмов, который обеспечивает оплодотворение строго внутри вида, является соответствие числа и строения хромосом женских и мужских гамет, а также химическое сродство цитоплазмы яйцеклетки и ядра сперматозоида. Даже если чужеродные половые клетки и соединяются при оплодотворении, это, как правило, приводит к ненормальному развитию зародыша или к рождению стерильных гибридов, т. е. особей, неспособных к деторождению.
Двойное оплодотворение. Особый тип оплодотворения характерен для цветковых растений. Он был открыт в конце XIX в. русским учёным Сергеем Гавриловичем Навашиным и получил название двойного оплодотворения (рис. 67).
Во время опыления пыльца попадает на рыльце пестика. Пыльцевое зерно (мужской гаметофит) состоит всего из двух клеток. Генеративная клетка делится, образуя два неподвижных спермия, а вегетативная клетка, прорастая внутрь пестика, формирует пыльцевую трубку. В завязи пестика развивается женский гаметофит – зародышевый мешок с восемью гаплоидными ядрами. Два из них сливаются, формируя центральное диплоидное ядро. В результате дальнейшего деления цитоплазмы зародышевого мешка образуется семь клеток: яйцеклетка, центральная диплоидная клетка и пять вспомогательных.
Рис. 67. Двойное оплодотворение у цветковых растений
После того как пыльцевая трубка прорастает в основание пестика, спермии, находящиеся внутри неё, проникают в зародышевый мешок. Один спермий оплодотворяет яйцеклетку, – возникает диплоидная зигота; из неё в дальнейшем развивается зародыш. Другой спермий сливается с ядром крупной центральной диплоидной клетки, образуя клетку с тройным хромосомным набором (триплоидную), из которой затем формируется эндосперм – питательная ткань для зародыша. Таким образом, у покрытосеменных растений в оплодотворении участвует два спермия, т. е. осуществляется двойное оплодотворение.
Искусственное оплодотворение. Большое значение в современном сельском хозяйстве имеет искусственное оплодотворение, приём, который широко применяется в селекции при выведении и улучшении пород животных и сортов растений. В животноводстве при помощи искусственного осеменения можно получить многочисленное потомство от одного выдающегося производителя. Сперма таких животных хранится в специальных низкотемпературных условиях и сохраняет жизнеспособность в течение долгого времени (десятки лет).
Искусственное опыление в растениеводстве позволяет осуществлять определённое, заранее запланированное скрещивание и получать сорта растений с необходимым сочетанием родительских свойств.
В современной медицине при лечении бесплодия используется искусственное оплодотворение спермой донора и экстракорпоральное (внетелесное) оплодотворение – метод, разработанный впервые в 1978 г. и известный под названием «ребёнок из пробирки». Этот метод заключается в оплодотворении яйцеклеток вне организма и последующем переносе их назад в матку для продолжения нормального развития.
К 2010 г. с помощью экстракорпорального оплодотворения было зачато уже около 4 млн детей. Однако использование донорской спермы, донорских яйцеклеток и даже суррогатных матерей порождает целый ряд этических и социальных проблем. Многие люди, опираясь на религиозные и моральные соображения, выступают против любых вмешательств в размножение человека, в том числе против экстракорпорального и искусственного оплодотворения.
Вопросы для повторения и задания
1. Что такое оплодотворение?
2. Какие типы оплодотворения вы знаете?
3. В чём заключается процесс двойного оплодотворения?
4. Каково значение искусственного оплодотворения в растениеводстве и животноводстве?
Подумайте! Выполните!
1. Как вы считаете, в чём преимущество двойного оплодотворения у покрытосеменных растений по сравнению с оплодотворением у голосеменных?
2. Достаточно ли знать, что в размножении участвует только одна особь, чтобы сделать вывод о том, что это размножение – бесполое?
3. Объясните, почему при экстракорпоральном оплодотворении часто рождаются близнецы.
4. Организуйте и проведите дискуссию «Экстракорпоральное оплодотворение: за и против».
Работа с компьютером
Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал и выполните задания.
Повторите и вспомните!
Растения
Опыление. Двойному оплодотворению у цветковых растений предшествует опыление – перенос пыльцы (пыльцевых зёрен) на рыльце пестика. Опыление осуществляется различными способами. Если пыльца цветка попадает на рыльце пестика этого же цветка, происходит самоопыление. Перенос пыльцы на рыльце пестика другого цветка называют перекрёстным опылением.
Самоопыление характерно для небольшого числа цветковых растений. Учёные считают, что самоопыление возникло вторично, когда какие-то обстоятельства стали препятствовать осуществлению перекрёстного опыления. Биологически самоопыление менее выгодно, поскольку при этом не происходит обмен генетической информации между различными особями вида.
Перекрёстное опыление распространено у покрытосеменных растений гораздо шире, чем самоопыление. Биологически перекрёстное опыление более благоприятно, чем самоопыление, потому что оно даёт возможность объединять генетическую информацию разных особей. Появляются потомки, отличающиеся от родительских особей. Это способствует приспособлению вида к изменяющимся условиям обитания.
Перекрёстное опыление может осуществляться различными способами. Условно их можно разделить на две группы: абиотическое опыление (при помощи ветра или воды) и биотическое (при помощи животных). В роли опылителей могут выступать разные животные: насекомые, птицы, млекопитающие.
22. Индивидуальное развитие организмов
Вспомните!
Из каких периодов складывается индивидуальное развитие организма?
Что такое развитие с метаморфозом?
Для каких организмов характерен такой тип развития?
Индивидуальное развитие особи, всю совокупность её преобразований от возникновения до конца жизни называют онтогенезом. Согласно современным научным представлениям, в клетке, с которой начинается онтогенез особи, заложена определённая программа дальнейшего развития организма. В процессе онтогенеза эта наследственная программа реализуется путём взаимодействия ядра и цитоплазмы каждой клетки, отдельных клеток друг с другом и тканей между собой. В результате этих сложных взаимоотношений на основе имеющейся генетической информации и в зависимости от внешних условий формируется конкретная индивидуальность особи.
У бактерий и одноклеточных эукариотических организмов онтогенез начинается в момент образования организма в результате деления материнской клетки и завершается или гибелью клетки, или очередным делением организма, т. е., по сути, совпадает с клеточным циклом.
У многоклеточных организмов, которые размножаются бесполым путём, онтогенез начинается с обособления одной или нескольких клеток материнского организма, дающих начало новой особи.
У организмов, размножающихся половым путём, индивидуальное развитие начинается с момента оплодотворения и образования зиготы и подразделяется на два периода: эмбриональный (период зародышевого развития) и постэмбриональный (период послезародышевого развития). Соотношение длительности этих периодов у организмов разных видов может сильно отличаться.
Эмбриональный период (эмбриогенез). Этот период длится от момента образования зиготы до выхода зародыша из яйца или рождения. Он протекает в несколько этапов (рис. 68). На первой стадии, которая называется дроблением, оплодотворённая яйцеклетка делится митозом, в результате чего получается 2, 4, 8, 16 и т. д. клеток, которые плотно прилегают друг к другу. Интерфаза между делениями очень короткая, клетки не растут, поэтому процесс дробления происходит очень быстро. Заканчивается дробление образованием бластулы – полого шарика, стенка которого состоит из одного слоя клеток. Далее на одном из полюсов бластулы клетки начинают делиться более активно и углубляются внутрь шарообразного зародыша, образуя впячивание. В результате этого процесса формируется двухслойный зародыш – гаструла. Два слоя клеток, образующих её стенки, называются зародышевыми листками: наружный листок – эктодерма и внутренний – энтодерма.
У всех животных, кроме губок и кишечнополостных, при дальнейшем развитии зародыша между эктодермой и энтодермой образуется третий зародышевый листок – мезодерма.
Дальнейшее развитие зародыша связано с взаимодействием трёх зародышевых листков, из которых формируются все ткани и органы организма. Развитие систем органов зародыша – органогенез – происходит в определённой последовательности. У хордовых животных он начинается с образования зачатка хорды и нервной системы. На спинной стороне зародыша происходит обособление группы клеток эктодермы в виде длинной пластинки. Эти клетки начинают активно делиться, погружаясь в тело зародыша и образуя желобок, края которого постепенно сближаются, а затем смыкаются, формируя первичную нервную трубку.
Рис. 68. Дробление оплодотворённого яйца ланцетника и образование зародышевых листков
Кроме нервной системы из эктодермы возникают также кожные железы, эмаль зубов, волосы, ногти, кожный эпителий. Энтодерма даёт начало тканям, выстилающим кишечник и дыхательные пути, образует печень и поджелудочную железу. Из мезодермы образуются мышцы, хрящевой и костный скелет, органы выделительной, половой и кровеносной систем организма.
В процессе эмбриогенеза между частями развивающегося зародыша существует тесное взаимодействие: зачаток одного органа или системы органов определяет (индуцирует) местоположение и время образования другого органа или системы органов.
Взаимовлияние частей зародыша было продемонстрировано в многочисленных экспериментах. Немецкие исследователи Ханс Шпеман и Хилд Мангольд брали у зародыша тритона на стадии ранней гаструлы участок спинной стороны тела, из которого в дальнейшем должна была развиться хорда и мезодерма, и пересаживали его на брюшную сторону другой гаструлы. В результате на брюшной стороне второго зародыша из клеток, которые должны были дать начало кожным покровам, формировалась дополнительная нервная трубка. Это явление получило название эмбриональной индукции.
Дифференцировка клеток зародыша возникает не сразу, а на определённом этапе развития. На ранних стадиях дробления клетки зародыша ещё не специализированы, поэтому каждая из них может дать начало целому организму. Если по какой-либо причине эти клетки разъединяются, образуются два одинаковых эмбриона, содержащих идентичную генетическую информацию, каждый из которых развивается в полноценную особь. В итоге рождаются однояйцевые, или монозиготные, близнецы. В человеческой популяции это единственные люди, имеющие идентичный генотип и являющиеся копиями друг друга.
У некоторых животных зародыш на ранней стадии развития делится на несколько фрагментов. При этом каждый из образовавшихся фрагментов даёт начало полноценному организму. В результате все детёныши одного поколения оказываются абсолютными копиями друг друга. Такой тип размножения характерен для броненосцев. Поэтому в помёте девятипоясного броненосца тату всегда чётное количество однополых детёнышей.
Постэмбриональный период. Этот период начинается с момента рождения организма и заканчивается его смертью.
Различают непрямой и прямой типы постэмбрионального развития.
Непрямое развитие. Непрямой, или личиночный, тип развития характерен для многих беспозвоночных и некоторых позвоночных животных (рыб и земноводных). Это предполагает рождение особи, порой совершенно непохожей на взрослый организм. В процессе непрямого развития особь проходит через одну или несколько личиночных стадий (головастик у лягушки, гусеница у бабочки) (рис. 69). Личинки ведут самостоятельную жизнь, активно питаются, растут и развиваются. По истечении определённого времени личинка превращается во взрослую особь – происходит метаморфоз, поэтому иногда этот тип развития называют развитием с метаморфозом. При метаморфозе разрушаются личиночные органы и возникают органы, присущие взрослым животным.
Рис. 69. Последовательные стадии метаморфоза у лягушки (снизу вверх): головастики в икринках, начало метаморфоза, лягушонок с остатками хвоста
Для многих видов наличие личиночной стадии в процессе развития – это возможность расселения и отсутствие конкуренции особей разного возраста за место обитания и пищу.
Прямое развитие. Такой тип развития характерен для организмов, детёныши которых рождаются уже похожими на взрослых особей. Только что вылупившийся утёнок, родившийся щенок или ребёнок человека отличается от взрослого меньшими размерами, несколько иными пропорциями тела и недоразвитием некоторых систем органов, например половой. Прямое развитие бывает яйцекладное или внутриутробное.
Неличиночный, или яйцекладный, тип развития характерен для пресмыкающихся, птиц, яйцекладущих млекопитающих и ряда беспозвоночных. Яйца этих организмов богаты питательными веществами (желтком), и зародыш может длительное время развиваться внутри яйца.
Внутриутробный тип развития характерен для всех высших млекопитающих, в том числе и человека. Все жизненные функции зародыша при этом типе развития осуществляются посредством взаимодействия с материнским организмом через специальный орган – плаценту.
Зародышевое развитие заканчивается процессом рождения. После рождения обычно наблюдается активный рост организма, т. е. увеличение его размеров и массы. Большинство животных, взрослея, растут всё медленнее и, достигнув определённого возраста, расти перестают. Такой тип роста называют определённым. При неопределённом типе роста организмы растут всю жизнь, как, например, моллюски, рыбы и земноводные. После завершения активного роста организм вступает в стадию зрелости, которая связана с деторождением. Заканчивается процесс индивидуального развития старением и смертью.
Вопросы для повторения и задания
1. Что называют индивидуальным развитием организма? Дайте определение этого понятия.
2. Перечислите периоды онтогенеза.
3. Какое развитие называют эмбриональным, а какое – постэмбриональным?
4. Какие существуют типы постэмбрионального развития организма? Приведите примеры.
5. В чём заключается биологическое значение метаморфоза?
6. Расскажите о зародышевых листках.
7. Что такое дифференцировка клеток? Как вы думаете, что может стать причиной нарушения дифференцировки клеток в процессе развития?
8. Охарактеризуйте понятие «рост». Что такое определённый рост; неопределённый рост? Какой тип роста характерен для растительных организмов?
Подумайте! Выполните!
1. Почему из равноценных в начале развития зародышевых клеток образуются разные ткани и органы?
2. Известны ли вам виды организмов, чей период эмбрионального развития более продолжителен, чем постэмбриональный? Если да, то объясните, с чем связаны такие особенности.
3. Как вы понимаете следующее высказывание: «В построении любого органа или части организма принимают участие производные нескольких зародышевых листков»? Приведите примеры, доказывающие это утверждение.
4. Вспомните из предыдущих курсов биологии, чем отличается развитие яйцекладущих млекопитающих (подкласс Первозвери) и представителей инфракласса Низшие звери (отряд Сумчатые) от развития остальных млекопитающих (инфракласс Высшие звери).
Работа с компьютером
Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал и выполните задания.
Повторите и вспомните!
Растения
Жизненный цикл растений: чередование поколений. В жизненном цикле каждого растения, имеющего половое размножение, происходит смена ядерных фаз – гаплоидной и диплоидной. Если органы полового и бесполого размножения образуются на разных растениях, имеет место чередование поколений – полового и бесполого. Происходит последовательная смена двух типов организмов: гаплоидное поколение (гаметофит) и диплоидное поколение (спорофит) поочерёдно сменяют друг друга (рис. 70). Половое гаплоидное поколение, образующее в половых органах гаметы, называют гаметофитом, так как оно способно к половому размножению. На гаметофитах образуются половые органы – гаметангии, в которых в процессе митоза формируются гаплоидные гаметы. Гаметангий высших растений, в котором образуется яйцеклетка, называют архегонием. Сперматозоиды образуются в антеридиях. У большинства семенных растений мужские гаметы в процессе эволюции утратили жгутики и способны только к пассивному передвижению. Такие мужские гаметы называют спермиями.
Сливаясь, гаметы образуют диплоидную зиготу, из которой вырастает бесполое диплоидное поколение – спорофит. На спорофите в спорангиях в результате мейоза образуются гаплоидные споры. Из спор вырастают гаплоидные гаметофиты, т. е. происходит возврат к гаплоидному поколению. Таким образом, чередование поколений у растений сопровождается также чередованием плоидности.
Рис. 70. Чередование поколений спорофита и гаметофита в жизненном цикле растений (схема)
Животные
Насекомые с полным и неполным превращением. По типу развития насекомых разделяют на две группы – с неполным и полным превращением (метаморфозом).
При развитии с неполным превращением в жизненном цикле насекомого сменяются следующие стадии: яйцо – личинка – взрослое насекомое (имаго). Личинка, вылупившаяся из яйца, похожа на взрослое насекомое. У них общий план строения тела, один и тот же тип ротового аппарата, а следовательно, и сходный тип питания, и обитают они обычно в одинаковых экологических условиях. Личинки отличаются от имаго недоразвитием крыльев, отсутствием вторичных половых признаков и иногда наличием специальных личиночных органов. С каждой линькой сходство со взрослым насекомым всё больше увеличивается. Неполное превращение характерно для кузнечиков, тараканов, клопов.
У насекомых с полным превращением число стадий увеличивается: яйцо – личинка – куколка – взрослое насекомое (имаго). Личинки таких насекомых принципиально отличаются по строению тела от взрослых насекомых. Как правило, они имеют иной тип ротового аппарата и другой тип питания (например, у гусениц – грызущий ротовой аппарат, а у бабочек – сосущий с хоботком). Часто личинки и взрослые особи обитают в разных средах (например, комар – на суше, а его личинка – в воде). Это позволяет им не конкурировать за пищу. После последней линьки личинка переходит в состояние покоя – окукливается. Под оболочкой куколки разрушаются личиночные ткани, а затем образуются ткани и органы взрослого насекомого. Развитие с полным метаморфозом характерно для наиболее высокоорганизованных насекомых (жуков, бабочек, перепончатокрылых, двукрылых).
У личинок и взрослого насекомого образ жизни может отличаться коренным образом. Например, личинка кожного овода является эндопаразитом крупных позвоночных животных, а у взрослых оводов даже нет ротового аппарата. Самки откладывают яйца на шерсть животных. Из яиц выходят личинки. Они проделывают длинные ходы в теле животного, активно питаются и растут. Весной личинки вываливаются из язвы и окукливаются в земле. Из куколки выходит взрослое насекомое, которое живёт и откладывает яйца за счёт питательных веществ, накопленных личинкой.
iknigi.net
