Размножение как свойство живого
Определение размножения
Размножение — процесс воспроизведения себе подобных организмов, относящийся к числу основных свойств живого. Значение размножения в природе включает поддержание существования вида, увеличение численности и расселение особей на новые территории. В биологии выделяют два основных способа размножения: бесполое (участвует один родитель) и половое (участвуют две родительские особи — самец и самка).
Бесполое размножение
Бесполое размножение является древнейшим способом, широко распространённым у простейших, кишечнополостных и некоторых червей. Потомство представляет собой генетическую копию родителя.
Деление надвое. Одна клетка (амеба или инфузория) делится на две дочерние. Материнская особь прекращает существование, превращаясь в две новых.
Почкование. На теле родительской особи формируется почка, которая растёт, формирует рот и щупальца, после чего отделяется. Так размножается гидра. При отсутствии отделения почки формируется колония полипов.
Фрагментация. Способность восстанавливать целый организм из части. При разрезании дождевого червя или планарии, пополам из каждой половины развивается новая особь.
Полиэмбриония. Зародыш на ранней стадии разделяется на несколько частей. Так возникают однояйцевые близнецы у млекопитающих.
Половое размножение
В половом размножении участвуют две родительские особи, производящие гаметы — сперматозоиды и яйцеклетки. Процесс слияния гамет называется оплодотворением, образовавшаяся клетка — зиготой.
Яйцеклетка — крупная неподвижная клетка, содержащая запас питательных веществ. Сперматозоид — маленькая подвижная клетка с жгутиком. При слиянии смешивается генетический материал родителей, в результате чего зигота обладает уникальным набором генов.
Формы полового размножения:
Раздельнополость. Самец и самка — разные организмы. Характерно для большинства животных.
Гермафродитизм. Один организм производит и мужские, и женские гаметы. Встречается у плоских червей, дождевых червей и некоторых моллюсков.
Партеногенез. Из неоплодотворённой яйцеклетки развивается взрослая особь. Встречается у дафний, пчёл (из неоплодотворённых яиц развиваются трутни) и некоторых ящериц.
Индивидуальное развитие (онтогенез)
Онтогенез — процесс индивидуального развития организма от зарождения до смерти. В онтогенезе выделяют эмбриональный период (от зиготы до рождения или выхода из яиц) и постэмбриональный период (от рождения до смерти).
Эмбриональное развитие
Дробление. Зигота делится, не увеличиваясь в размерах. Образуется морула — плотный шарик из 16–32 клеток. Затем внутри шарика появляется полость, и формируется бластула — полый шарик из одного слоя клеток.
Гаструляция. Клетки одного из полюсов бластулы впячиваются внутрь, образуя двуслойный зародыш — гаструлу. Наружный слой — эктодерма, внутренний — энтодерма.
Нейрула. У большинства животных формируется третий зародышевый листок — мезодерма. Возникает нервная пластинка, сворачивающаяся в трубочку, что даёт начало хорде и нервной системе.
Производные зародышевых листков:
Эктодерма: кожа, волосы, ногти, перья, нервная система, органы чувств, зубная эмаль.
Энтодерма: лёгкие, печень, поджелудочная железа, эпителий кишечника и желудка.
Мезодерма: скелет, мышцы, кровеносная система, сердце, почки, половые железы.
Постэмбриональное развитие
Прямое развитие. Из яйца или тела матери появляется маленькая копия взрослого животного. Примеры: пресмыкающиеся, птицы, млекопитающие.
Непрямое развитие (метаморфоз). Из яйца выходит личинка, не похожая на взрослую особь. Метаморфоз позволяет личинке и взрослому животному не конкурировать за пищу, что снижает внутривидовую конкуренцию. Пример: головастик питается водорослями, лягушка — насекомыми.
Типы метаморфоза у насекомых:
С неполным превращением: яйцо → личинка (нимфа) → взрослое насекомое (имаго). Стадия куколки отсутствует. Примеры: кузнечики, тараканы, стрекозы.
С полным превращением: яйцо → личинка (гусеница) → куколка → имаго. Примеры: бабочки, жуки, пчёлы, мухи.
Рост организма
Рост представляет собой увеличение массы и размеров организма. У большинства животных рост происходит неравномерно: быстрый рост в начале жизни и замедление в старшем возрасте; сезонные ускорения и замедления у зверей и птиц.
Неотения. Личинка достигает половой зрелости и размножается, не превращаясь во взрослую форму. В естественных условиях метаморфоз у аксолотля не происходит. Пример: аксолотль — личинка амблистомы, сохраняющая жабры и водный образ жизни. При добавлении тироксина аксолотль превращается во взрослую амблистому.
Как образуются половые клетки
Гаметогенезом называется процесс образования половых клеток — яйцеклеток и сперматозоидов. У самцов этот процесс происходит в семенниках, у самок — в яичниках.
Основное событие гаметогенеза — мейоз, особый тип деления клеток. В результате мейоза из одной диплоидной клетки (с двойным набором хромосом) образуются четыре гаплоидные клетки (с одинарным набором). При оплодотворении два гаплоидных набора (от отца и от матери) объединяются, и восстанавливается двойной набор хромосом, характерный для данного вида.
В ходе мейоза происходит кроссинговер — обмен участками между хромосомами, полученными от разных родителей. Именно кроссинговер создаёт огромное генетическое разнообразие: даже у одной пары родителей практически невозможно появление двух абсолютно одинаковых детёнышей (кроме однояйцевых близнецов).
У самцов образование сперматозоидов (сперматогенез) начинается в период полового созревания и продолжается практически всю жизнь. У самок яйцеклетки (овогенез) закладываются ещё в эмбриональном периоде, и к моменту рождения девочка уже имеет полный запас будущих яйцеклеток (около 1–2 миллионов у человека, из которых созревают лишь несколько сотен).
Разнообразие яйцеклеток
Яйцеклетки разных животных отличаются по количеству и распределению желтка — питательного вещества, необходимого для развития зародыша.
Мало желтка (олиголецитальные яйцеклетки). Характерны для млекопитающих, в том числе человека. Зародыш получает питание от матери через плаценту, поэтому большой запас желтка не нужен.
Среднее количество желтка (мезолецитальные яйцеклетки). Характерны для земноводных (лягушки, тритоны). Желтка достаточно для начального развития, но вылупившийся головастик сразу начинает питаться самостоятельно.
Много желтка (полилецитальные яйцеклетки). Характерны для пресмыкающихся, птиц и яйцекладущих млекопитающих (утконос, ехидна). Желток занимает почти весь объём яйцеклетки, а цитоплазма с ядром находится на одном полюсе в виде маленького диска. Именно этот диск мы видим на желтке куриного яйца как небольшое белое пятнышко.
Количество желтка напрямую влияет на тип дробления зиготы. Чем больше желтка, тем медленнее и сложнее делятся клетки зародыша. У курицы, например, в первые часы дробление происходит только в диске цитоплазмы, а огромный желток остаётся неделённым.
Эмбриональные оболочки у пресмыкающихся, птиц и млекопитающих
У рыб и земноводных зародыш развивается в воде, и проблемы высыхания не существует. Но у пресмыкающихся, птиц и млекопитающих в процессе эволюции сформировались особые зародышевые оболочки, позволяющие развиваться на суше (в яйце) или внутри матери (у млекопитающих).
Амнион — внутренняя оболочка, образующая мешок, заполненный жидкостью. Эта жидкость защищает зародыш от сотрясений, высыхания и создаёт для него «личный океан». Животные, имеющие амнион, называются амниотами (пресмыкающиеся, птицы, млекопитающие). Рыбы и земноводные, у которых этой оболочки нет, называются анамниями.
Хорион — наружная оболочка. У птиц и пресмыкающихся она прилегает к скорлупе, пропуская кислород. У млекопитающих хорион образует многочисленные выросты — ворсинки, которые врастают в стенку матки. Так формируется плацента (детское место).
Аллантоис — мешок, в который у птиц и пресмыкающихся выводятся продукты распада (мочевая кислота). Поскольку зародыш не может выделять мочу наружу, аллантоис служит временным накопителем отходов. Кроме того, аллантоис пронизан кровеносными сосудами и участвует в газообмене. У млекопитающих аллантоис входит в состав пуповины.
Желточный мешок у птиц содержит запас желтка и обеспечивает питание зародыша на первых этапах. У млекопитающих желточный мешок не содержит желтка, но именно в нём на ранних стадиях образуются первые половые клетки будущего организма.
Плацента: уникальный орган млекопитающих
Плацента (от лат. placenta — лепёшка) — орган, который развивается у самок большинства млекопитающих во время беременности. Через плаценту плод получает кислород и питательные вещества из крови матери, а отдаёт углекислый газ и продукты обмена.
Важно понимать: кровь матери и кровь плода в норме не смешиваются. Они разделены тонким барьером из клеток плаценты. Это нужно, чтобы иммунная система матери не атаковала чужеродного (наполовину отцовского) плода. Обмен веществ происходит через диффузию — вещества переходят из одной крови в другую сквозь клеточные мембраны.
Плацента выполняет также гормональную функцию: она вырабатывает гормоны, которые сохраняют беременность (например, прогестерон) и готовят молочные железы к лактации.
Продолжительность беременности у млекопитающих тесно связана с развитием плаценты и детёнышей:
У мыши — около 20 дней.
У собаки — около 60 дней.
У слона — около 660 дней (почти 2 года).
У человека — 9 месяцев (около 270 дней).
Чем крупнее животное и чем сложнее устроен мозг детёныша, тем дольше длится беременность. У сумчатых (кенгуру, коала) плацента развита слабо, детёныши рождаются крошечными и недоразвитыми, после чего долго растут в сумке матери, питаясь молоком.
Гормональная регуляция размножения
У позвоночных животных процесс размножения контролируется гормонами — биологически активными веществами, которые вырабатываются железами внутренней секреции.
Головной мозг (а именно гипоталамус и гипофиз) управляет половой системой. Гипофиз выделяет два основных гонадотропных гормона:
Фолликулостимулирующий гормон (ФСГ). У самок вызывает рост и созревание яйцеклеток в яичниках. У самцов стимулирует образование сперматозоидов.
Лютеинизирующий гормон (ЛГ). У самок вызывает овуляцию (выход яйцеклетки из яичника). У самцов стимулирует выработку мужского полового гормона тестостерона.
Сами половые железы (яичники и семенники) выделяют половые гормоны:
Эстрогены (женские половые гормоны) — обеспечивают развитие яйцеклеток, подготовку матки к беременности, формирование вторичных половых признаков (например, развитие молочных желёз).
Прогестерон («гормон беременности») — выделяется после овуляции и поддерживает беременность, предотвращая сокращения матки.
Тестостерон (мужской половой гормон) — обеспечивает образование сперматозоидов, развитие мышц и другие мужские признаки.
У многих животных размножение носит сезонный характер. Весной (или в период дождей в тропиках) продолжительность светового дня меняется, сигнал через глаза и мозг поступает к гипофизу, и тот запускает выработку половых гормонов. Вот почему большинство птиц размножаются весной, а олени гоняются в определённые месяцы.
У насекомых развитие и превращение также регулируются гормонами, но иной природы. Например, ювенильный гормон сохраняет личиночные признаки, а его снижение запускает окукливание и превращение во взрослое насекомое.
Забота о потомстве
Нулевой уровень (без заботы). Животное откладывает миллионы яиц и не охраняет их. Пример: треска мечет до 10 млн икринок.
Пассивная забота. Родители оставляют потомство в специально подготовленном месте. Примеры: самка богомола откладывает яйца в оотеку; некоторые пауки оставляют кокон в укрытии.
Активная забота:
Рыбы: самец колюшки строит гнездо, охраняет и обмахивает икру; у морских коньков самец вынашивает икру в сумке.
Земноводные: самец жабы-повитухи носит шнуры икры на задних лапах до вылупления головастиков.
Пауки: некоторые виды плетут кокон и носят его с собой, обеспечивая защиту потомства.
Птицы: строительство гнёзд, насиживание яиц (11–80 суток), выкармливание и обучение птенцов.
Млекопитающие: выкармливание молоком, вылизывание, обучение охоте.
Заключение
Размножение и развитие животных представляют собой эволюционно отработанные механизмы, обеспечивающие воспроизводство видов и их приспособленность к среде обитания. От способа размножения и уровня заботы о потомстве зависит эволюционный успех вида.
Обложка и иллюстрации сгенерированы ИИ: Sora.
Комментарии