Біологія. 11 клас. Балан

§ 2. Статеве розмноження організмів

Аби краще засвоїти матеріал цього параграфа, слід пригадати: які особливості статевого розмноження порівняно з нестатевим? Що таке зигота, гаплоїдний, диплоїдний та поліплоїдний набір хромосом? Як відбувається статевий процес у прокаріотів? Які будова та функції акросоми? Що таке центріолі?

Статевий процес — поєднання в одній клітині спадкового матеріалу двох клітин.

Статеве розмноження забезпечує різноманіття спадкового матеріалу нащадків і генофонду популяції в цілому. Чим різноманітніший генофонд популяції, тим більше в неї шансів пристосуватись до змін умов навколишнього середовища. Статевий процес притаманний більшості видів еукаріотів (він невідомий у деяких одноклітинних організмів, як-от амеби, евглени зеленої, хлорели). Статевий процес еукаріотів здійснюється у формах кон’югації та копуляції.

Що таке кон’югація?

Кон’югація (від лат. кон’югатіо - сполучення) - це різні форми статевого процесу, за якого клітини одноклітинних (частина видів бактерій, водоростей, тварин) чи багатоклітинних (деякі гриби, нитчасті зелені водорості) організмів обмінюються спадковим матеріалом.

У деяких водоростей і грибів вміст однієї клітини (її умовно називають чоловічою) через тимчасові цитоплазматичні містки переходить в іншу (жіночу). Так утворюється зигота, яка після певного періоду спокою ділиться шляхом мейозу (мал. 2.1. I).

В інфузорій під час кон’югації відбуваються складні перетворення ядерного апарату (мал. 2.1. II). Перед кон’югацією велике (вегетативне) ядро руйнується, а мале (генеративне) кілька разів ділиться. Частина утворених ядер зникає; залишаються лише два - мігруюче (чоловіче) та нерухоме (жіноче). Далі дві клітини зближуються і через цитоплазматичні містки обмінюються мігруючими ядрами, які зливаються з нерухомими. Потім клітини розходяться і після кількох поділів у кожної з них відновлюються велике та мале ядра.

У чому полягає копуляція?

Копуляція (від лат. копулятіо - сполучення) — це процес злиття двох спеціалізованих статевих клітин (гамет).

Мал. 2.1. I. Кон’югація у спірогіри. II. Кон’югація в інфузорії-туфельки: 1 - малі ядра; 2 - великі ядра; 3 - великі ядра, що зникають; 4 - мігруючі ядра; 5 - стаціонарні ядра; 6 - ядро, яке утворилося в результаті злиття мігруючого і стаціонарного ядер

Найпростіша форма копуляції - ізогамія (від грец. ізос - однаковий) - це злиття двох однакових гамет, наприклад у зелених водоростей хламідомонади та улотрикса (мал. 2.2, 1).

За анізогамії (від грец. анізос - нерівний) зливаються різні за формою, розмірами і особливостями будови чоловічі та жіночі статеві клітини (наприклад, у вищих рослин і багатоклітинних тварин) (мал. 2.2, 2-4).

Для найпоширенішого варіанта анізогамії, а саме оогамії (від грец. оон - яйце) характерні дрібні рухомі (сперматозоїди) або нерухомі (спермії) чоловічі та великі й нерухомі жіночі (яйцеклітини) гамети (мал. 2.2,3). Великі яйцеклітини містять запас поживних речовин, потрібний для розвитку зародка.

У чому полягає партеногенез?

Хоча запліднення є характерною ознакою статевого розмноження, дочірні організми можуть розвиватись і з незаплідненої яйцеклітини шляхом партеногенезу (від грец. партенос - дівчина і генезис - походження).

Якщо під час розвитку яйцеклітини відбувається мейоз, організми, що розвиваються внаслідок партеногенезу, отримують гаплоїдний набір хромосом (наприклад, трутні - самці медоносної бджоли). Коли ж при розвитку яйцеклітини мейоз не відбувається (як-от, у рачків дафній), то дочірні особини мають хромосомний набір, подібний до материнського. Для деяких видів партеногенез - єдиний спосіб розмноження (деякі види комах - горіхотворок); в інших (сріблястий карась, ящірки, рачки-артемїї) існують двостатеві і партеногенетичні популяції. У життєвому циклі попелиць і дафній закономірно чергуються покоління, які розмножуються статевим шляхом і партеногенетично (мал. 2.3). Партеногенез також відомий у вищих спорових і насінних рослин (мал. 2.4).

Мал. 2.2. Форми копуляції: 1 - ізогамія; 2 - анізогамія; 3-4 - різні форми оогамії

Мал. 2.3. 1. Трутні розвиваються з незаплідненої яйцеклітини (згодом їхній набір хромосом подвоюється). 2. Самки дафній можуть відкладати незапліднені яйця, з яких на різних етапах чергування поколінь у життєвому циклі виходять особини обох статей або лише самки. 3. Організми, здатні до партеногенетичного розмноження: паличники (а), дибки (б), попелиці (в), щитні (г)

У людини під впливом стресових ситуацій, високих температур або інших чинників незапліднена яйцеклітина також може почати поділятися. Але потім вона гине, і нова особина не розвивається.

Крім природного партеногенезу можливий і штучний. Його було здійснено у багатьох видів тварин (морських їжаків та зірок, кільчастих червів, комах, молюсків, жаб, кролів та ін.). У 2002 р. учені отримали кілька партеногенетичцих зародків макак. А ще через два роки японські дослідники «створили» партеногенетичну мишу, яка виявилася здатною до статевого розмноження та залишила плодючих нащадків. Вона прожила на третину довше, ніж нормальні особини.

Мал. 2.4. Рослини, здатні до партеногенезу: 1 - кульбаба; 2 - нечуйвітер

Штучний партеногенез застосовують у селекції. Наприклад, у середині 30-х років XX ст. відомий російський селекціонер Борис Львович Астауров (1904-1974), підігріваючи яйцеклітини шовкопряда, спровокував партеногенетичний розвиток особин жіночої статі. Це мало неабиякий економічний ефект, адже гусінь самок під час заляльковування утворює більше шовкової нитки.

Під час партеногенезу новий організм розвивається зі статевої клітини - яйцеклітини, але розвитку дочірньої особини не передує запліднення. Тому хоча партеногенез є різновидом статевого розмноження, його механізм нагадує нестатеве.

Нові терміни та поняття. Кон’югація, копуляція, партеногенез.

Запитання для повторення: 1. У чому полягає особливість статевого процесу? У яких формах він може відбуватися? 2. Як відбувається кон’югація у різних груп організмів? 3. Які існують форми копуляції? Чим вони характеризуються? 4. У чому полягають суть і біологічне значення партеногенезу?

Проблемне завдання. Поміркуйте, що спільного і відмінного між типовим нестатевим розмноженням і партеногенезом.