Rozmnožování organismů: typy rozmnožování | Jednotná státní zkouška z biologie, příprava od zkoušejícího

Schopnost organismů reprodukovat svůj vlastní druh je jednou ze základních vlastností života. Navzdory skutečnosti, že život jako celek je nepřetržitý, délka života jednotlivého jedince je konečná, proto přenos dědičné informace z jedné generace na druhou při reprodukci zajišťuje přežití daného typu organismu po dlouhou dobu. Reprodukce tedy zajišťuje kontinuitu a kontinuitu života.

Předpokladem pro reprodukci je získat více potomků než rodičovských jedinců, protože ne všichni potomci budou schopni přežít do stadia vývoje, ve kterém sami budou schopni produkovat potomstvo, protože mohou být zničeni predátory, zemřít na nemoci a přírodní katastrofy, jako jsou požáry, povodně atd.

Způsoby rozmnožování, podobnosti a rozdíly mezi pohlavním a nepohlavním rozmnožováním

V přírodě existují dva hlavní způsoby reprodukce – asexuální a sexuální.

Asexuální reprodukce – jde o způsob rozmnožování, na kterém se nepodílí ani tvorba, ani splynutí specializovaných zárodečných buněk – gamet; Nepohlavní rozmnožování je založeno na dělení mitotických buněk.

Podle toho, z kolika buněk mateřského těla vzejde nový jedinec, se nepohlavní rozmnožování dělí na nepohlavní a vegetativní. Na skutečné nepohlavní rozmnožování dceřiný jedinec se vyvíjí z jediné buňky mateřského organismu a kdy vegetativní – ze skupiny buněk nebo celého orgánu.

V přírodě existují čtyři hlavní typy vlastní asexuální reprodukce: binární štěpení, vícenásobné štěpení, sporulace a jednoduché pučení.

Binární dělení v podstatě jde o prosté mitotické dělení jednobuněčného mateřského organismu, při kterém se nejprve dělí jádro a poté cytoplazma. Je charakteristický pro různé zástupce rostlinné a živočišné říše, například amébu proteus a střevíčník brvitý.

Vícenásobné děleníNebo schizogonie, předchází opakované dělení jádra, po kterém je cytoplazma rozdělena na odpovídající počet fragmentů. Tento typ nepohlavního rozmnožování se vyskytuje u jednobuněčných živočichů – sporozoanů, například u falciparum plasmodium.

U mnoha rostlin a hub dochází k životnímu cyklu spor o vzdělání – jednobuněčné specializované útvary obsahující zásobu živin a pokryté hustou ochrannou membránou. Výtrusy jsou přenášeny větrem a vodou, a jsou-li příznivé podmínky, vyklíčí, čímž vznikne nový mnohobuněčný organismus.

Typický příklad pučící Jako typ vlastního nepohlavního rozmnožování dochází k pučení kvasinek, při kterém se na povrchu mateřské buňky po dělení jádra objeví malý výběžek, do kterého se přesune jedno z jader, načež se sešněruje nová malá buňka. Tímto způsobem je zachována schopnost mateřské buňky dalšího dělení a počet jedinců se rychle zvyšuje.

Vegetativní množení lze provádět formou pučení, fragmentace, polyembryonie atd. Kdy pučící Hydra vyvíjí výběžek stěny těla, který se postupně zvětšuje na předním konci, obklopený chapadly; Končí vytvořením malé hydry, která se pak oddělí od těla matky. Pučení je také charakteristické pro řadu korálových polypů a kroužkovců.

Fragmentace je provázena rozdělením těla na dvě nebo více částí a z každé se vyvinou plnohodnotní jedinci (medúzy, sasanky, ploštěnci a kroužkovci, ostnokožci).

na polyembryonie Embryo, které vzniklo v důsledku oplodnění, je rozděleno do několika embryí. Tento jev se pravidelně vyskytuje u pásovců, ale může se objevit i u lidí v případě jednovaječných dvojčat.

Schopnost vegetativního množení je nejrozvinutější u rostlin, u kterých mohou hlízy, cibule, oddenky, kořenové výmladky, úponky a dokonce i pupeny dát vzniknout novému organismu.

Asexuální rozmnožování vyžaduje pouze jednoho rodiče, což šetří čas a energii potřebnou k nalezení sexuálního partnera. Z každého fragmentu mateřského organismu navíc mohou vzniknout noví jedinci, což je také úspora hmoty a energie vynaložené na reprodukci. Míra nepohlavní reprodukce je také poměrně vysoká, například bakterie jsou schopny se dělit každých 20–30 minut, čímž se jejich počet extrémně rychle zvyšuje. Při tomto způsobu rozmnožování se tvoří geneticky identičtí potomci – klony, což lze považovat za výhodu za předpokladu, že podmínky prostředí zůstanou konstantní.

Avšak vzhledem k tomu, že jediným zdrojem genetické variability jsou náhodné mutace, téměř úplná absence variability mezi potomky snižuje jejich adaptabilitu na nové podmínky prostředí během přesídlení a v důsledku toho umírají v mnohem větším počtu než při sexuální reprodukci. .

Sexuální reprodukce – způsob rozmnožování, při kterém dochází ke vzniku a splynutí pohlavních buněk neboli gamet do jedné buňky – zygoty, ze které se vyvíjí nový organismus.

Pokud by se při sexuální reprodukci somatické buňky s diploidní sadou chromozomů (u lidí 2n = 46) spojily, pak by buňky nového organismu již ve druhé generaci obsahovaly tetraploidní sadu (u lidí 4n = 92), ve třetí – oktaploidní sada atd.

Rozměry eukaryotické buňky však nejsou neomezené, měly by kolísat mezi 10–100 mikrony, protože při menších velikostech buněk nebude obsahovat celou sadu látek a struktur nezbytných pro její život a při větších velikostech rovnoměrný přísun. buňku kyslíkem, oxidem uhličitým, vodou a dalšími potřebnými látkami. Velikost jádra, ve kterém jsou chromozomy umístěny, tedy nemůže překročit 1/5–1/10 objemu buňky, a pokud budou tyto podmínky porušeny, buňka již nebude moci existovat. Pro pohlavní rozmnožování je tedy nutné předběžné snížení počtu chromozomů, které budou obnoveny během oplodnění, což je zajištěno procesem dělení meiotických buněk.

Snížení počtu chromozomů musí být také přísně nařízeno a ekvivalentní, protože pokud nový organismus nemá kompletní páry chromozomů s jejich celkovým normálním počtem, pak buď nebude životaschopný, nebo to bude doprovázeno rozvojem vážná onemocnění.

Meióza tedy zajišťuje snížení počtu chromozomů, které se při oplození obnovují, přičemž je zachována celková stálost karyotypu.

Zvláštní formy sexuální reprodukce jsou partenogeneze и časování. V partenogenezi neboli panenském vývoji se z neoplozeného vajíčka vyvine nový organismus, jako u dafnie, včely medonosné a některých skalních ještěrek. Někdy je tento proces stimulován zavedením spermií z organismů jiného druhu.

V procesu konjugace, který je charakteristický například pro nálevníky, si jedinci vyměňují fragmenty dědičné informace a následně se nepohlavně rozmnožují. Přísně vzato, konjugace je sexuální proces a ne příklad sexuální reprodukce.

Existence pohlavního rozmnožování vyžaduje produkci alespoň dvou typů zárodečných buněk: mužských a ženských. Živočišné organismy, ve kterých jsou samčí a samičí reprodukční buňky produkovány různými jedinci, se nazývají dvoudomýzatímco ti, kteří jsou schopni produkovat oba typy gamet – hermafroditi. Hermafroditismus je charakteristický pro mnoho plochých a annelid červů a plžů.

Rostliny, ve kterých jsou samčí a samičí květy nebo jiné opačné pohlavní orgány umístěny na různých jedincích, se nazývají dvoudomýa mít oba druhy květin současně – jednodomý.

Pohlavní rozmnožování zajišťuje vznik genetické diverzity u potomků, která je založena na meióze a rekombinaci rodičovských genů během oplodnění. Nejúspěšnější kombinace genů zajišťují lepší adaptaci potomků na prostředí, jejich přežití a větší pravděpodobnost předání jejich dědičné informace dalším generacím. Tento proces vede ke změnám charakteristik a vlastností organismů a v konečném důsledku ke vzniku nových druhů v procesu evolučního přirozeného výběru.

Hmota a energie jsou zároveň během pohlavního rozmnožování využívány neefektivně, protože organismy jsou často nuceny produkovat miliony gamet, ale jen několik z nich se využívá při oplodnění. Kromě toho je třeba vynaložit energii na zajištění dalších podmínek. Rostliny například tvoří květy a produkují nektar k přilákání zvířat, která přenášejí pyl na samičí části jiných květin, a zvířata tráví spoustu času a energie hledáním partnera a námluv. Pak musíte vynaložit spoustu energie na péči o potomstvo, protože když dojde k sexuálnímu rozmnožování, potomci jsou často zpočátku tak malí, že mnoho z nich zemře na predátory, hladem nebo prostě kvůli nepříznivým podmínkám. V důsledku toho je při nepohlavním rozmnožování energetický výdej mnohem menší. Nicméně pohlavní rozmnožování má alespoň jednu neocenitelnou výhodu – genetickou variabilitu potomků.

Nepohlavní a pohlavní rozmnožování je široce využíváno lidmi v zemědělství, chovu okrasných zvířat, rostlinné výrobě a dalších oblastech k vývoji nových odrůd rostlin a plemen zvířat, zachování ekonomicky cenných vlastností a rychlému zvýšení počtu jedinců.

V nepohlavním množení rostlin spolu s tradičními metodami – řízkováním, roubováním a množením vrstvením postupně zaujímají přední místo moderní metody spojené s využitím tkáňové kultury. V tomto případě se nové rostliny získávají z malých fragmentů mateřské rostliny (buňky nebo kousky pletiva) pěstovaných na živném médiu obsahujícím všechny živiny a hormony nezbytné pro rostlinu. Tyto metody umožňují nejen rychle množit odrůdy rostlin s cennými vlastnostmi, jako jsou brambory odolné vůči viru svinovačky, ale také získat organismy neinfikované viry a jinými rostlinnými patogeny. Tkáňová kultura je také základem produkce tzv. transgenních nebo geneticky modifikovaných organismů a také hybridizace somatických rostlinných buněk, které nelze jiným způsobem zkřížit.

Křížení rostlin různých odrůd umožňuje získat organismy s novými kombinacemi ekonomicky cenných vlastností. K tomu se využívá opylení pylem rostlin stejného nebo jiného druhu či dokonce rodu. Tento jev se nazývá vzdálená hybridizace.

Vzhledem k tomu, že vyšší zvířata nemají schopnost přirozené asexuální reprodukce, jejich hlavní způsob reprodukce je sexuální. K tomu se využívá křížení jedinců obou stejného druhu (plemena) a mezidruhová hybridizace, která produkuje tak známé křížence, jako je mezek a hinny, podle toho, který druh byl vzat jako matka – oslík a kůň. Mezidruhoví kříženci jsou však často sterilní, tedy neschopní produkovat potomstvo, takže je nutné je chovat pokaždé znovu.

Umělá partenogeneze se využívá i k rozmnožování hospodářských zvířat. Vynikající ruský genetik B.L. Astaurov zvýšením teploty způsobil větší výtěžnost samic bource morušového, kteří pletou kokony z tenčí a hodnotnější nitě než samci.

Klonování může být také považováno za nepohlavní rozmnožování, protože využívá jádro somatické buňky, které je zavedeno do oplodněného vajíčka s usmrceným jádrem. Vyvíjející se organismus musí být kopií nebo klonem již existujícího organismu.

Hnojení u kvetoucích rostlin a obratlovců

Оплодотворение je proces fúze mužských a ženských zárodečných buněk za vzniku zygoty.

Během procesu oplození dochází nejprve k rozpoznání a fyzickému kontaktu samčích a samičích gamet, poté se jejich cytoplazma spojí a teprve v poslední fázi se sjednotí dědičný materiál. Hnojení umožňuje obnovit diploidní sadu chromozomů, sníženou během tvorby zárodečných buněk.

Nejčastěji v přírodě dochází k oplodnění mužskými reprodukčními buňkami jiného organismu, ale v řadě případů je možný i průnik vlastních spermií – samooplodnění. Z evolučního hlediska je samooplodnění méně přínosné, neboť v tomto případě je pravděpodobnost vzniku nových genových kombinací minimální. Proto i u většiny hermafroditních organismů dochází ke zkříženému oplodnění. Tento proces je vlastní rostlinám i zvířatům, ale u výše zmíněných organismů je v jeho průběhu řada rozdílů.

U kvetoucích rostlin tedy hnojení předchází o opylování – přenos pylu obsahujícího samčí reprodukční buňky – spermie – na stigma pestíku. Tam vyklíčí a vytvoří pylové láčky se dvěma spermiemi, které se po ní pohybují. Po dosažení embryového vaku se jedna spermie spojí s vajíčkem a vytvoří zygotu a druhá se spojí s centrální buňkou (2n), čímž následně vznikne zásobní tkáň sekundárního endospermu. Tento způsob hnojení se nazývá dvojité hnojení.

U živočichů, zejména obratlovců, oplození předchází konvergence gamet, popř inseminace. Úspěch inseminace je usnadněn synchronizací uvolňování samčích a samičích reprodukčních buněk, stejně jako uvolňováním specifických chemikálií vajíčky pro usnadnění orientace spermií v prostoru.

Při šlechtění kulturních rostlin a domácích zvířat je lidské úsilí zaměřeno především na zachování a zvýšení ekonomicky cenných vlastností, přičemž se snižuje odolnost těchto organismů vůči podmínkám prostředí a životaschopnost obecně. Sója a mnohé další plodiny jsou navíc samosprašné, což vyžaduje lidský zásah pro vývoj nových odrůd. Potíže mohou také nastat v samotném procesu oplodnění, protože některé rostliny a zvířata mohou mít geny sterility.

V rostlinách pro šlechtitelské účely se vyrábí umělé opylení, u kterého se z květů odstraní tyčinky a následně se na blizny pestíků nanese pyl z jiných květů a opylené květy se zakryjí izolačními kloboučky, aby se zabránilo opylení pylem jiných rostlin. V některých případech se pro zvýšení produktivity provádí umělé opylení, protože semena a plody se nevyvíjejí z vaječníků neopylených květin. Tato technika byla dříve praktikována u plodin slunečnice.

Při vzdálené hybridizaci, zejména pokud se rostliny liší počtem chromozomů, se přirozené oplození buď zcela znemožní, nebo již při prvním buněčném dělení dojde k narušení divergence chromozomů a k zániku organismu. V tomto případě se oplodnění provádí za umělých podmínek a na začátku dělení se buňka ošetří kolchicinem, látkou, která ničí vřeteno dělení, zatímco se chromozomy rozptýlí po celé buňce a poté se vytvoří nové jádro s dvojnásobný počet chromozomů a při následných děleních takové problémy nevznikají. Vznikl tak hybrid ředkvičky a zelí G.D. Karpechenko a triticale, vysoce výnosný hybrid pšenice a žita.

Hlavní druhy hospodářských zvířat mají ještě více překážek pro oplodnění než rostliny, což nutí člověka k drastickým opatřením. Umělá inseminace se využívá především při chovu cenných plemen hospodářských zvířat, kdy je potřeba získat co nejvíce potomků od jednoho otce. V těchto případech se semenná tekutina odebere, smíchá s vodou, umístí do ampulí a poté se podle potřeby vstříkne do ženského genitálního traktu. V rybích farmách se při umělé inseminaci ryb ve speciálních nádobách mísí samčí spermie získané z mléka s kaviárem. Mláďata odchovaná ve speciálních klecích jsou pak vypouštěna do přírodních nádrží a obnovují populaci např. jeseterů v Kaspickém moři a na Donu.

Umělá inseminace tedy lidem slouží k získání nových, vysoce produktivních odrůd rostlin a plemen zvířat, jakož i ke zvýšení jejich produktivity a obnově přirozených populací.

Vnější a vnitřní hnojení

U zvířat se rozlišuje vnější a vnitřní oplodnění. Na vnější hnojení jsou vyvedeny samičí a samčí reprodukční buňky, kde dochází k procesu jejich splynutí, jako např. u kroužkovců, mlžů, bezlebek, většiny ryb a mnoha obojživelníků. Navzdory tomu, že nevyžaduje sbližování chovných jedinců, je u pohyblivých zvířat možné nejen jejich sbíhání, ale i shromažďování jako při tření ryb.

Vnitřní oplodnění je spojena se zavedením samčích reprodukčních produktů do samičího reprodukčního traktu a dojde k uvolnění již oplodněného vajíčka. Často má husté membrány, které brání jeho poškození a průniku následných spermií. Vnitřní oplození je charakteristické pro velkou většinu suchozemských živočichů, například ploštěnky a škrkavky, mnoho členovců a plžů, plazů, ptáků a savců a také řadu obojživelníků. Nachází se také u některých vodních živočichů, včetně hlavonožců a chrupavčitých ryb.

Existuje také střední typ hnojení – vnější-vnitřní, ve kterém samice zachycuje sexuální produkty, které zanechal samec na nějakém substrátu, jak se to děje u některých členovců a ocasatých obojživelníků. Vnější-vnitřní hnojení lze považovat za přechodné od vnějšího k vnitřnímu.

Vnější i vnitřní hnojení má své výhody i nevýhody. Při vnějším oplodnění se tedy do vody nebo vzduchu uvolňují zárodečné buňky, v důsledku čehož naprostá většina z nich odumře. Tento typ oplodnění však zajišťuje existenci pohlavního rozmnožování u takových přisedlých a přisedlých zvířat, jako jsou mlži a měkkýši bez lebek. Při vnitřním oplodnění je ztráta gamet samozřejmě mnohem menší, ale v tomto případě se hmota a energie vynakládají na hledání partnera a potomci, kteří se narodí, jsou často příliš malí a slabí a vyžadují dlouhodobou péči rodičů .