Сутність статевого розмноження полягає у створенні нових генетичних комбінацій. У найбільш типових випадках самець і самка спаровуються і виробляють особин, генотипи яких не ідентичні ні генотипу батька, ні генотипу матері. У деяких тварин нові генотипи можуть створюватися в результаті процесів іншого роду. новий гомозиготний генотип Інші форми, зокрема деякі плоскі черв'яки і молюски, гермафродитні, тобто. мають одночасно як чоловічі (що виробляють сперму), так і жіночі (що виробляють яйця) статеві залози. Існують гермафродитні форми, здатні до самозапліднення.
Не всяке розмноження є статевим (тобто створює нові генотипи). Наприклад, парамеції здатні ділитися надвоє з утворенням двох нових дочірніх організмів, генетично ідентичних вихідної особи Гідроїдні поліпи (одна з груп кишковопорожнинних) можуть виробляти ідентичних собі нових особин в результаті процесу брунькування При цьому в одній зоні брунькування може утворитися кілька нових організмів. Інші тварини, у тому числі багато комах та деякі риби, здатні до партеногенетичного розмноження, при якому потомство розвивається з незапліднених яєць.
Величезна більшість тварин, особливо форм, що виникли порівняно недавно, розмножується статевим шляхом, тобто шляхом злиття чоловічих та жіночих гамет. Теоретики розходяться у думках щодо причин такого переважання статевого процесу. Оскільки статеве розмноження потребує відомих витрат, воно, очевидно, має давати якісь суттєві переваги. Для пояснення висувалися такі основні причини:
1) еволюційна перевага для популяцій, здатних змінюватися швидше за інших завдяки статевому розмноженню;
2) еволюційна перевага, пов'язана з тим, що такий спосіб розмноження полегшує видоутворення (виникнення нових видів);
3) те, що окремі батьківські особи можуть створювати різноманітність у своєму найближчому потомстві, полегшуючи йому адаптацію до непередбачуваних змін середовища.
При статевому розмноженні внаслідок злиття гамет утворюється запліднена яйцеклітина - зигота, що несе спадкові задатки обох батьків, завдяки чому різко збільшується спадкова мінливість нащадків. У цьому полягає перевага статевого розмноження перед безстатевим. Тобто. за наявності генетичної рекомбінації батьківські особини виробляють нащадків, які відрізнятимуться від них непередбачуваним чином, причому серед нових випадкових поєднань генів принаймні половина може виявитися гіршою за батьківський генотип, проте перетасовування генів у процесі статевого розмноження сприяє виживанню виду при зміні умов середовища. Якщо батьківська особина виробляє багато нащадків з найрізноманітнішими комбінаціями генів, є більше шансів те що, що хоча б нащадок виявиться добре пристосованим майбутніх життєвих обставин, хоч би якими вони були.
За наявності генетичної рекомбінації батьківські особини виробляють нащадків, які відрізнятимуться від них непередбачуваним чином, причому серед нових випадкових поєднань генів принаймні половина може виявитися гіршою за батьківський генотип, проте перетасовування генів у процесі статевого розмноження сприяє виживанню виду при зміні умов середовища. Якщо батьківська особина виробляє багато нащадків з найрізноманітнішими комбінаціями генів, є більше шансів те що, що хоча б нащадок виявиться добре пристосованим майбутніх життєвих обставин, хоч би якими вони були.
Для пояснення переваг статевого розмноження у боротьбі існування було запропоновано багато гіпотез. Один із них дає уявлення у тому, якими були перші етапи еволюції статевого розмноження. Хід еволюції значною мірою залежить від мутацій, що змінюють існуючі гени, утворюючи замість них нові алелі (варіанти) цих генів. Припустимо, що у двох особин у певній популяції виникли сприятливі мутації, які зачіпають деякі генетичні локуси, отже, і різні функції. У безстатевого вигляду кожна з цих особин дасть початок клону мутантних нащадків, і два нових клони будуть конкурувати доти, доки один з них не отримає гору. Один із сприятливих алелів, що з'явилися завдяки мутаціям, таким чином поширюватиметься, тоді як інший зрештою зникне. Тепер уявімо, що один з вихідних мутантів має генетично обумовлену особливість, що дозволяє йому час від часу включати в свій геном гени з інших клонів. В умовах боротьби за існування придбання генів у клітин конкуруючого клону рівносильне створенню клітини, що несе всі сприятливі мутації. Така клітина матиме найбільшу пристосованість, і отримані нею переваги забезпечать поширення в популяції особливості, що дозволяє включати до свого генома гени інших клітин. Природний відбір сприятиме такому примітивному статевому розмноженню.
Сперматозоїди – одні з головних дійових осіб статевого розмноження
Дріжджі допомогли вченим показати, що міжпопуляційне схрещування веде до більшої екологічної адаптації виду.
Виживання виду пов'язане з накопиченням генетичних змін, які допомагають організму існувати в певному середовищі. Вважається, що статеве розмноження, внаслідок якого підвищується генетична мінливість, сприяє якнайшвидшій еволюції виду. Але у разі статевого розмноження потомство бере гени двох різних особин. Уявімо, що мати та батько прийшли з різних популяцій; гени матері дозволяють їй вижити за одних умов, а гени батька «заточені» під інші. Нащадок у цьому випадку виявиться не пристосованим ні до тих, ні до інших: гени послаблять один одного і не зможуть адекватно працювати взагалі за жодних умов. Виходить, що статеве розмноження не сприяє виживанню?
Дослідники з Університету Окленда (Нова Зеландія) поставили експеримент, який мав прямо відповісти на питання, чи допомагає міжпопуляційне схрещування еволюції чи гальмує її. Вчені використовували дріжджі, які можуть розмножуватися як безстатевим, і статевим шляхом. Першу культуру вирощували за одних умов, другу - за інших. У якийсь момент у дріжджів включали механізм статевого розмноження та давали можливість грибам із різних популяцій знайти один одного.
У статті, опублікованій у журналі Ecology Letters, автори пишуть, що нащадки, отримані в результаті статевого розмноження, швидше пристосовувалися до середовища. Якщо батьки були з різних популяцій, їх діти відчували себе однаково добре як і «материнських», і у «батьківських» екологічних умовах. Тобто статеве розмноження не тільки не заважає, а й стимулює еволюцію виду, особливо коли зустрічаються особини з різних популяцій.
Насправді результати експерименту підтверджують одну альтернативну, але відносно маловідому гіпотезу, за якою гени, «заточені» під одні умови, не обов'язково заважають жити в інших. Гени для різних довкілля не вступають у конфронтацію, а мирно співіснують в одному геномі, включаючись і вимикаючись при необхідності.
Раніше біологам-еволюціоністам доводилося вигадувати хитромудрі хитрощі, які повинні були заважати особинам з різних популяцій схрещуватися один з одним і тим самим послаблювати еволюційні позиції виду. І хоча, як було зазначено, існувала альтернативна гіпотеза, необхідно було експериментальне підтвердження, щоб підняти її з усіх іншими. Під час підготовки статті використовувалася інформація комп'юленти.
1. У чому перевага статевого розмноження перед безстатевим?
Відповідь. При статевому розмноженні, яке здійснюється шляхом злиття двох статевих клітин гамет, відбувається обмін генетичною інформацією батьків. В результаті з'являється різноманітне за своїми ознаками потомство, яке може перевершувати батьків за життєздатністю, у тому числі за зміни умов середовища.
2. Наведіть приклади організмів, які розмножуються переважно безстатевим шляхом.
Відповідь. При безстатевому розмноженні новий організм може виникнути з однієї або кількох нестатевих (соматичних) клітин материнської особини.
Прокаріотичні клітини розмножуються поділом надвоє. Багато найпростіших (амеба, евглена зелена та ін), одноклітинні водорості (хламідомонада) розмножуються шляхом звичайного мітотичного поділу клітини. Іншим одноклітинним та деяким нижчим грибам, водоростям (хлорелла), тваринам (малярійний плазмодій) – властиво спороутворення. Воно полягає в тому, що клітина розпадається на велику кількість особин, що дорівнює кількості ядер, заздалегідь утворених у батьківській клітині внаслідок багаторазового поділу її ядра.
Питання після § 32
1. У чому відмінність кон'югації від копуляції?
Відповідь. Якщо йдеться про способи статевого розмноження, то:
при копуляції дві одноклітинні особини зливаються (відбувається поєднання генетичної інформації обох батьків, а потім діляться шляхом мейозу (відбувається збільшення числа особин, які отримали генетичну інформацію від обох батьків)).
при кон'югації відбувається обмін генетичної інформацією без збільшення кількості особин. Розрізняють такі основні форми кон'югації: ізогамія, анізогамія та оогамія.
При ізогамії утворюються рухливі, морфологічно однакові гамети. Ізогамія зустрічається у багатьох водоростей.
При гетерогамії формуються рухливі, що відрізняються морфологічно та фізіологічно гамети. Такий тип статевого процесу уражає багатьох водоростей.
У разі оогамії гамети сильно відрізняються одна від одної. Жіноча гамета – велика нерухома яйцеклітина, що містить великий запас поживних речовин. Чоловічі гамети - сперматозоїди - дрібні, найчастіше рухливі клітини, які переміщаються за допомогою одного або декількох джгутиків. Оогамія характерна для тварин, вищих рослин та багатьох грибів.
2. Де формуються яйцеклітини?
Відповідь. Яйцеклітина - жіноча гамета тварин, вищих рослин, а також багатьох водоростей та одноклітинних, яким властива оогамія. У тварин яйцеклітини формуються в жіночих статевих залозах – яєчниках, у голонасінних та покритонасінних рослин у сім'язачатках, мохів та папоротей в архегоніях
3. Навіщо потрібна акросома сперматозоїда?
Відповідь. При заплідненні в момент зіткнення сперматозоїда з яйцем ферменти, що містяться в акросомі, вивільняються і розчиняють яйцеві оболонки, забезпечуючи проникнення сперматозоїда в яйцеклітину.
Запитання на початку параграфа.
Питання 1. Чому вид може існувати практично необмежений час, тоді як кожна окрема особина смертна?
Особина не може еволюціонувати. Вона може змінюватися, пристосовуючись до умов довкілля. Але ці зміни не є еволюційними, оскільки вони не передаються у спадок. Вигляд, як правило, неоднорідний і складається з низки популяцій. Населення щодо самостійна і може тривалий час існувати поза зв'язком з іншими популяціями виду. У популяції протікають все еволюційні процеси: у особин виникають мутації, між особинами відбувається схрещування, діють боротьба існування і природний добір. Через війну генофонд популяції згодом змінюється і вона стає родоначальником нового виду. Саме тому елементарна одиниця еволюції - населення, а чи не вид.
Питання 2. Як дозрівають сперматозоїди та яйцеклітини?
Чоловічі статеві клітини - сперматозоїди утворюються в сім'яниках (яєчках). Дозрівання сперматозоїдів відбувається при температурі близько 35°С. Це нижче температури черевної порожнини тіла. впадають і протоки додаткових залоз - насіннєвих бульбашок та передміхурової залози, або простати.
Дозрівання яйцеклітини відбувається у граафовому бульбашці яєчника. Розвиток яйцеклітини триває близько 28 діб. В результаті редукційного поділу зріла яйцеклітина, як і сперматозоїд, залишається з половинним набором хромосом. Кожна яйцеклітина має у своєму складі лише Х-хромосому. Отже, стать майбутньої дитини залежить від батька.
Запитання 3. Від чого залежить стать дитини?
Підлога потомства залежить від статевих хромосом.
Якщо в зародковій клітині (зіготі) опинилися дві Х-хромосоми (X від матері та X від батька), народиться дівчинка. Якщо виявилися Х- та У-хромосоми (X від матері та У від батька), народиться хлопчик.
Запитання в кінці параграфа.
Запитання 1. Які переваги статевого розмноження перед безстатевим?
За допомогою статевого розмноження генний апарат потомства оновлюється, з'являються нові комбінації генів, тому що в ньому бере участь материнський і батьківський організм, а різноманітність індивідуальних ознак вигідна для виживання виду мінливих умов середовища. При безстатевому розмноженні, в якому бере участь лише одна особина, набір генів у материнського та дочірнього організмів однаковий.
Питання 2. Поясніть, яке біологічне значення має у сперматозоїда і яйцеклітини половинного набору хромосом.
У ядрах чоловічої та жіночої статевих клітин знаходиться по половині набору хромосом, характерних для цього виду. При злитті яйцеклітини та сперматозоїда їх хромосомні набори поєднуються, відновлюється хромосомний набір, характерний для цього виду, а в майбутньому організмі поєднуються спадкові ознаки обох батьків.
Запитання 3. Де відбувається запліднення? Що утворюється внаслідок цього процесу?
Злиття яйцеклітини та сперматозоїда відбувається у матковій трубі. Після проникнення сперматозоїда в яйцеклітину утворюється зигота – зародкова клітина, яка несе спадкові ознаки обох батьків.
Питання 4. Чому зародок може утриматися в матці, а незапліднена яйцеклітина – не може?
Непліднена яйцеклітина, на відміну від зародка, не має ворсинок, які дозволяють утриматися в матці.
Навіть побіжний огляд способів розмноження різних груп організмів показує, що в процесі еволюції безстатеве розмноження поступається місцем статевому. Справді, безстатеве розмноження — це обов'язковий атрибут усіх одноклітинних організмів, грибів, водоростей та спорових рослин, а також найпримітивніших багатоклітинних тварин. Насіннєві рослини вже втрачають здатність до розмноження спорами, а багато з них навіть не здатні до вегетативного розмноження. Високоорганізовані тварини взагалі відтворюються лише статевим шляхом. З чим пов'язані переваги статевого розмноження? Чому найдосконаліші організми віддали перевагу розмноженню за допомогою гамет, а не частинами тіла чи спорами?
На відміну від безстатевого розмноження, яке, по суті, є процесом копіювання вихідного материнського організму в ряді поколінь, при статевому способі відтворення кожна особина є унікальною. Це пов'язано з тим, що в процесі утворення гаплоїдних клітин (спор у рослин або гамет у тварин) відбувається рекомбінація генетичного матеріалу батьківської особини.
В результаті, незважаючи на те, що гамети або суперечки утворюються в одному організмі, а деякі навіть беруть початок від загальної вихідної материнської клітини, вони відрізняються один від одного, тому що несуть кожна свою генетичну інформацію. До того ж гамети різних батьків, зливаючись один з одним, утворюють у зиготі абсолютно нові генетичні поєднання. В результаті виявляється, що при статевому способі розмноження кожна особина набуває «власну особу» — свій набір генів, який визначає унікальність її будови (рис. 7) і функціонування. Це означає, що кожен організм має особливі біологічні властивості. Одні особини краще переносять спеку, другі - холод, треті здатні швидко розмножуватися, четверті виявляються стійкими до хвороб. В результаті при різкому потеплінні клімату, екстремально суворих зимах або епідеміях завжди знаходяться стійкі до несприятливих факторів. Вони виживають і дають початок новим генераціям. Коли ж настають сприятливі умови, з'являються нові лідери, цінність яких полягає в інших здібностях, наприклад, у швидкому розмноженні.
Якщо при безстатевому розмноженні кожен організм розмножується без будь-якої участі особин свого виду, то при статевому розмноженні всі організми, що належать до того самого виду, потенційно пов'язані «вузами шлюбу». Спадкові зміни, що виникають у генетичному апараті і дозволяють організму мати певні переваги в порівнянні з іншими особами свого виду, не тільки підвищують його шанси на виживання, але і дають можливість залишити більше потомства з такими корисними властивостями. Матеріал із сайту
Це ключове становище сучасної біології поширюється на організми, що розмножуються як безстатевим, і статевим шляхом. Однак обмінятися корисними «придбаннями» безстатеві організми не можуть. Зате це легко роблять істоти, що розмножуються статевим шляхом. Тому, якщо генетичні особливості одного тваринного організму, що дозволяють йому, наприклад, переносити суворі зими, у потомків об'єднуються з іншими, не менш корисними, наприклад переносимістю гельмінтозів, то у нього явно більше шансів вижити і залишити потомство, ніж у предків, наділених лише однією з цих позитивних властивостей. Якщо до цього додати, що при статевому розмноженні кількість потенційних нащадків у багато разів більша, ніж при безстатевому, то такі позитивні зміни в ряді поколінь будуть накопичуватися ще швидше. Це означає, що статеве розмноження дає набагато більше матеріалу для еволюції, ніж безстатеве. Звідси очевидно, що в еволюційному плані статеве розмноження має всі переваги перед безстатевим, а тому найорганізованіші, еволюційно просунуті організми на певному етапі відмовилися від безстатевого розмноження.
Переваги статевого розмноження над безстатевим пов'язані з тим, що потомство отримує різноманітні властивості, які істотно підвищують стійкість виду до мінливих і несприятливих умов довкілля і дає набагато більше вихідного матеріалу для еволюції.
На цій сторінці матеріал за темами:
Таблиця з біологій переваги статевого розмноження над безстатевим
Які організми розмножуються як безстатевим, так і статевим шляхом.
Чому при статевому розмноженні потомство виявляється різноманітним?
Чому людина не може розмножуватися безстатевим способом
Позитивне у статевому розмноженні та негативне
Питання щодо цього матеріалу:
Головний процес – природний відбір. Він вирішує, які адаптації для довкілля сприятливі, а які менш бажані. Якщо адаптація є сприятливою, тоді організми, які мають , що кодують цю межу, житимуть досить довго, щоб розмножуватися і передавати свої гени наступному поколінню.
Щоб природний відбір працював на популяцію, має бути різноманіття. Щоб отримати різноманітність в індивідуумах, необхідна різна генетика та виражені . Усе залежить від способу розмноження певного виду.
Безстатеве розмноження
Безстатеве розмноження - це отримання потомства від одного з батьків, яке не супроводжується спарюванням або змішуванням генів. Безстатеве розмноження призводить до клонування батька, тобто потомство має ідентичну ДНК свого предка. Як правило, відсутня видова різноманітність від покоління до покоління.
Один із способів отримати деяку видову різноманітність – це мутації на рівні ДНК. Якщо відбувається помилка в процесі чи копіювання ДНК, то ця помилка буде передана потомству, що, можливо, змінить його риси. Однак деякі мутації не змінюють фенотип, тому не всі зміни при безстатевому розмноженні призводять до варіацій потомства.
Статеве розмноження
Статеве розмноження відбувається, коли жіноча статева (яйцеклітина) поєднується з чоловічою клітиною (сперматозоїд). Нащадок - це генетичне поєднання матері та батька, половина його хромосом походить від одного з батьків, а інша половина - від іншого. Це гарантує, що потомство генетично відрізняється від батьків і навіть братів та сестер.
Мутації також можуть відбуватися у видів, що розмножуються статевим способом, для подальшого збільшення різноманітності потомства. Процес, який створює (статеві клітини), що використовуються для розмноження, також сприяє збільшенню різноманітності. Він гарантує, що одержані гамети генетично різні. Незалежний набір під час мейозу та випадкового запліднення також впливає на змішування генів та дозволяє нащадкам краще адаптуватися до навколишнього середовища.
Розмноження та еволюція
Як правило, вважається, що статеве розмноження більшою мірою сприяє еволюції, ніж безстатеве, оскільки має набагато більше
Loading...