Одним из основных отличительных свойств живой материи является размножение — способность живых организмов воспроизводить себе подобных. Благодаря этому свойству обеспечивается непрерывность жизни на Земле.

Размножение организмов определенного вида предоставляет возможность воспроизведения признаков не только родительских особей, но и вида в целом. А увеличение численности особей в результате размножения способствует расселению вида и расширению его ареала. Следовательно, благодаря размножению обеспечивается непрерывность и преемственность в передаче наследственной информации от родителей к потомству в ряду поколений и поддерживается длительное существование вида.

В основе размножения лежит деление клеток. Как вы уже знаете, наследственная информация в клетках хранится в хромосомах. При размножении организмов передача наследственной информации в дочерние клетки происходит с помощью хромосом, которые перед делением клеток удваиваются. В соматических клетках (клетках тела) хромосомы парные. В каждой паре одна хромосома отцовская, другая — материнская, следовательно, в соматических клетках находится двойной набор хромосом. Соматические клетки содержат наследственную информацию обоих родителей. В половых клетках (гаметах) хромосомы непарные, так как при образовании гамет парные хромосомы расходятся и попадают в разные клетки. Следовательно, гаметы содержат одинарный набор хромосом и несут наследственную информацию только одного из родителей.

Типы размножения организмов

В зависимости от типа клеток, являющихся основой для размножения, различают два типа размножения: бесполое и половое. Их сходство заключается в том, что оба типа размножения приводят к увеличению численности особей и тем самым способствуют сохранению вида. Однако между бесполым и половым размножением существуют значительные различия по целому ряду признаков (см. табл.).

Если вид размножается только бесполым способом, то будет происходить быстрое увеличение численности особей с сохранением постоянства признаков вида (преимущество бесполого размножения). Однако сохранение постоянства признаков у потомков в изменяющихся условиях среды снижает приспособительные возможности особей. Они становятся менее конкурентоспособными по сравнению с особями других видов, и их численность постепенно будет сокращаться. Такой вид не сможет эволюционировать, и, в конечном итоге, он обречен на вымирание (недостаток бесполого размножения).

При размножении вида только половым путем увеличивается разнообразие особей в пределах вида. Новые признаки у потомков появляются в результате образованиях новых комбинаций хромосом в зиготе после оплодотворения. Они повышают приспособительные и конкурентные возможности особей. Увеличивается жизнеспособность потомства в изменяющихся условиях среды, что приводит к росту численности. В результате вид способен эволюционировать и длительно сохранять свое существование (преимущество полового размножения). В то же время рост численности особей ограничен физиологическими возможностями родительских особей. Кроме того, возникшие неудачные комбинации хромосом могут стать причиной стерильности или нежизнеспособности отдельных организмов (недостаток полового размножения).

Особенности размножения прокариот

Как вы знаете, главное отличие прокариот (бактерий) от эукариот — отсутствие ядра. Носителем наследственной информации у них является единственная хромосома. Они не могут образовывать гаметы, поэтому их размножение происходит только бесполым способом. Для подавляющего большинства прокариот характерно бинарное деление материнской клетки, приводящее к образованию двух идентичных дочерних клеток. Перед делением клетки единственная хромосома удваивается, и между дочерними хромосомами происходит образование поперечной перегородки, идущей от периферии к центру. При благоприятных условиях большинство бактерий способны делиться каждые 20 мин.

Деление прокариотической клетки начинается, как правило, спустя некоторое время после завершения удвоения хромосомы. Удвоение бактериальной хромосомы запускает процессы, ведущие к клеточному делению. Установлено, что воздействие различными химическими и физическими факторами, приводящими к подавлению удвоения хромосомы, останавливает и клеточное деление.

Вариантом бинарного деления у прокариот является почкование, которое можно рассматривать как неравновеликое бинарное деление. При почковании на одном из полюсов материнской клетки образуется маленький вырост (почка), в него переходит одна из хромосом. Почка разрастается, превращаясь в дочернюю клетку, после чего отделяется от материнской. Клеточная стенка почки полностью синтезируется заново. Почкование обнаружено в разных группах прокариот: среди фототрофов и хемотрофов. Вероятно, в процессе эволюции оно возникало неоднократно.

В чем различие этих двух способов деления? При бинарном делении материнская клетка, делясь, дает начало двум дочерним клеткам и сама, таким образом, исчезает. При почковании материнская клетка дает начало дочерней клетке и сама при этом сохраняется. Между ними можно в большинстве случаев обнаружить морфологические и физиологические различия. В этом случае можно наблюдать процесс старения.

У одноклеточных организмов, имеющих ядро, существует несколько разнообразных по механизму протекания способов бесполого размножения. Чаще всего встречаются четыре: 1) деление клетки надвое; 2) почкование; 3) спорообразование; 4) шизогония.

Деление клетки надвое

У одноклеточных эукариот разделению материнской клетки предшествует деление ядра — образуются два дочерних ядра, идентичных как друг другу, так и исходному материнскому. У многих одноклеточных (эвглена зеленая, хламидомонада) деление ядра происходит в основном с разрушением ядерной оболочки, расхождением дочерних хромосом к полюсам клетки и формированием двух новых ядер. Иногда при делении клетки материнское ядро делится на дочерние ядра путем перетяжки без расхождения хромосом к полюсам клетки (амеба обыкновенная, инфузория туфелька). После этого следует разделение цитоплазмы и образование двух дочерних клеток. Органоиды клетки при этом либо разделяются между дочерними особями, либо образуются заново у одной из них, как это бывает со жгутиками и сократительными вакуолями.

Почкование

У некоторых одноклеточных эукариот перед делением ядра в материнской клетке формируется небольшой вырост оболочки с цитоплазмой, куда потом перемещается одно из образовавшихся дочерних ядер. Формируется почка, которая отделяется от материнской клетки и превращается в малую дочернюю особь. Некоторое время она растет и развивается, достигая размеров материнского организма. Почкование является основным способом размножения дрожжевых грибов при благоприятных условиях. Если при почковании дочерние клетки не отделяются от материнской, то образуются цепочки клеток, которые могут разветвляться.

В отличие от простого деления, при почковании материнская клетка делится на неравные части, постоянно отпочковывая меньшую дочернюю клетку и сохраняя при этом свое существование.

Спорообразование

Как вы уже знаете, у прокариот споры представляют собой особое состояние клетки, позволяющее переносить неблагоприятные условия. У одноклеточных эукариот (хлорелла, хламидомонада) спорообразование происходит путем многократного синхронного деления ядра и содержимого клетки с образованием вокруг дочерних клеток собственных клеточных оболочек при сохранении целостности оболочки материнской клетки. В результате под общей оболочкой образуется много мелких клеток — спор. Спора представляет собой небольшую клетку, состоящую из ядра и небольшого количества цитоплазмы. Например, у хлореллы в одной клетке может образоваться до 64 неподвижных спор. Споры, имеющие жгутики и способные к передвижению, называются зооспорами (хламидомонада). После разрыва оболочки материнской клетки споры выходят в окружающую среду и каждая спора, прорастая, дает начало новому организму. Так как споры микроскопически малы, то легко переносятся ветром, водой или другими организмами, что способствует не только размножению, но и расселению особей.

Способы бесполого размножения многоклеточных организмов

Фрагментация

У водорослей, грибов, лишайников размножение происходит фрагментами таллома (тела, не разделенного на органы), то есть способом фрагментации. Этот способ наблюдается также у кишечнополостных, плоских и кольчатых червей, морских звезд.

Вегетативное размножение

Такой способ размножения характерен для растений. При вегетативном размножении дочерний организм формируется за счет вегетативного органа или его видоизменения (см. рисунок в § 1). Вегетативное размножение у растений в природе может осуществляться с помощью стеблевых (кактусы, элодея), листовых (фиалка, бегония), корневых (малина, слива, вишня) черенков. У некоторых растений для размножения используются видоизмененные побеги: луковицы (лук, чеснок, тюльпан, нарцисс), корневище (пырей, ландыш), усы (земляника), клубни (картофель), корневые клубни (георгин). Для размножения культурных растений человек применяет такие способы вегетативного размножения, как отводки и черенки, деление куста (смородина, крыжовник, малина). В садоводстве часто применяется прививка, когда хотят соединить ценные потребительские качества сорта прививаемого растения (привой) с неприхотливостью растения, на которое проводится прививка (подвой).

Почкование

Этот способ размножения среди многоклеточных организмов наиболее характерен для двухслойных животных — кишечнополостных. У гидры, например, двухслойная стенка тела образует вырост (почку), на верхушке которого прорывается ротовое отверстие и образуются щупальца. Затем дочерняя особь отделяется, прикрепляется к субстрату, растет и становится самостоятельным организмом. Почкование встречается у некоторых видов грибов, мхов, водорослей, а также у ряда видов червей.

Спорообразование

В предыдущем параграфе вы познакомились со спорообразованием у одноклеточных организмов, со строением и видами их спор. Образование спор для размножения наблюдается и у многоклеточных организмов: водорослей, грибов, мхов, хвощей, плаунов, папоротников, но не встречается у животных. Их споры по строению не отличаются от спор одноклеточных, за исключением спор растений и некоторых водорослей (например, улотрикс), которые имеют одинарный набор хромосом. Споры могут быть как неподвижными, так и подвижными (зооспоры).