Формы размножения организмов.

Размножение организмов является их важнейшим свойством и служит безграничному продолжению жизни в новых поколениях, при том, что отдельные особи смертны. Существует два способа размножения организмов — бесполое и половое.

Бесполое размножение.

Осуществляется при участии лишь одной родительской особи. Особи дочернего поколения возникают из одной или группы клеток материнского организма. Наиболее широко бесполое размножение встречается среди прокариот, грибов и растений, но встречается и у различных видов животных. Основными формами бесполого размножения являются деление, спорообразование, фрагментация и вегетативное размножение.

У одноклеточных организмов в благоприятных условиях размножение осуществляется путём простого или множественного деления.

У многих растений (водоросли, мхи, папоротники), грибов и некоторых одноклеточных организмов на определённой стадии жизненного цикла образуются споры – мелкие гаплоидные клетки, покрытые плотной оболочкой и устойчивые к действию неблагоприятных факторов внешней среды.

В случаях, когда формирование нового организма осуществляется из группы клеток материнского организма, говорят о вегетативном размножении. Встречается среди растений, за счёт частей вегетативных органов (луковиц, корневищ).

Различают так же почкование и фрагментацию. У некоторых грибов и животных от родительской особи отделяется небольшой участок тела – почка, из которой впоследствии развивается новый организм.

Фрагментацией называют разделение особи на две или несколько частей, каждая из которых растёт и достраивает новый организм.Поскольку основным клеточным механизмом бесполого размножения является митоз, особи дочернего поколения являются точными копиями родительского организма.

Половое размножение

Половое размножение характеризуется наличием полового процесса, при котором происходит слияние гаплоидных половых клеток (гамет), образовавшихся в результате мейоза. Следствием этого является неповторимость каждой особи в любой популяции, размножающейся половым путем. Разнообразны формы полового процесса у одноклеточных. Он может осуществляться по типу конъюгации, при которой не образуются специальные половые клетки, и по типу копуляции, когда особи приобретают половые различия, т.е. превращаются в гаметы и полностью сливаются, образуя зиготу. Конъюгация происходит у инфузорий при неблагоприятных условиях. Инфузории имеют два ядра: макронуклеус и микронуклеус. Макронуклеус отвечает за обменные процессы, микронуклеус принимает участие в половом процессе. При конъюгации две инфузории сближаются, между ними образуется цитоплазматический мостик. Макронуклеус растворяется, микронуклеус делится мейозом. В результате образуются четыре гаплоидных ядра, три из которых растворяются. Оставшееся ядро делится митозом. Образуются ядра. Происходит обмен ядрами. После обмена в каждой из инфузорий мигрирующее и стационарное ядра сливаются, образуя синкарион, содержащий диплоидный набор хромосом. После конъюгации инфузории расходятся. Из синкариона формируются макро- и микронуклеусы. В результате конъюгации произошел обмен наследственной информацией, вследствие чего возникли новые комбинации генов, повышающие жизнеспособность особей. Копуляция - половой процесс у одноклеточных организмов, при котором полностью сливаются копулирующие особи, выполняющие функции половых клеток (гамет). Копуляция может быть изогамной если особи, участвующие в копуляции, имеют одинаковые малые размеры, обе подвижны. В анизогамной копуляции участвуют две особи, одна из которых крупная и подвижная, а вторая мелкая и подвижная.

Постулаты Г. Менделя.

Многие годы изучая и подготавливая эксперимент с горохом: специальными мешочками ограждая цветки от внешнего опыления, австрийский ученый достиг невероятных на тот момент результатов. Тщательный и длительный анализ полученных данных позволил вывести исследователю законы наследственности, которые позже получили название "Законы Менделя".

Опыты Менделя были тщательно продуманы. Если его предшественники пытались изучить закономерности наследования сразу многих признаков, то Мендель шел от простого к сложному. Свои исследования он начал с изучения закономерностей наследования всего лишь одной пары альтернативных признаков.

Закон единообразия гибридов первого поколения, или первый закон Менделя, утверждает, что потомствопервого поколения от скрещивания устойчивых форм, различающихся по одному признаку, имеетодинаковый фенотип по этому признаку. При этом все гибриды могут иметь фенотип одного из родителей(полное доминирование), как это имело место в опытах Менделя, или, как было обнаружено позднее,промежуточный фенотип (неполное доминирование). В дальнейшем выяснилось, что гибриды первогопоколения могут проявить признаки обоих родителей (кодоминировапие). Этот закон основан на том, что прискрещивании двух гомозиготных по разным аллелям форм (АА и аа) все их потомки одинаковы по генотипу(гетерозиготны — Аа), а значит, и по фенотипу.

Закон расщепления, или второй закон Менделя, гласит, что при скрещивании гибридов первого поколениямежду собой среди гибридов второго поколения в определ. соотношениях появляются особи с фенотипамиисходных родительских форм и гибридов первого поколения. Так, в случае полного доминированиявыявляются 75% особей с доминантным и 25% с рецессивным признаком, т. е. два фенотипа в отношении3:1 (рис. 1). При неполном доминировании и кодомииировании 50% гибридов второго поколения имеютфенотип гибридов первого поколения и по 25% — фенотипы исходных родительских форм, т. е. наблюдаютрасщепление 1:2:1. В основе второго закона лежит закономерное поведение пары гомологичных хромосом(с аллелями А и а), к-рое обеспечивает образование у гибридов первого поколения гамет двух типов, врезультате чего среди гибридов второго поколения выявляются особи трёх возможных генотипов всоотношении 1АА:2Аа:1аа. Конкретные типы взаимодействия аллелей и дают расшепления по фенотипу всоответствии со вторым законом Менделя.

Изучая расщепление при дигибридном скрещивании Мендель сформулировал III закон -закон независимого комбинирования

При скрещивании гомозиготных особей, отличающихся двумя парами признаков, во втором поколении отмечается независимое комбинирование признаков, в результате чего проявляются гибридные формы, несущие признаки в сочетаниях, не свойствен­ных родительским и прародительским особям. Расщепление по фенотипу 9:3:3:1.

Этот закон справедлив:

– для диплоидных организмов;

– для генов, расположенных в разных гомологичных хромосомах;

– при независимом расхождении гомологичных хромосом в мейозе и их случайном сочетании при оплодотворении.

Указанные условия и являются цитологическими основами дигибридного скрещивания.

Те же закономерности распространяются на полигибридные скрещивания.

Постулаты Т.Моргана

Если Мендель проводил свои опыты на горохе, то для Моргана основным объектом стала плодовая мушка дрозофила.

Генетический анализ, проведенный на плодовой мушке дрозофиле Т. Г. Морганом и его учениками, показал, что основой притяжения генов являются хромосомы. Все гены, нахо­дящиеся в одной хромосоме, связаны между собой материальным субстратом хромосомы и в силу этого попадают в одну гамету. Гены, расположенные в одной хромосоме и наследующиеся целой груп­пой, получили название группы сцепления. Явление совместного наследования генов, ограничивающее их свободное комбинирова­ние в мейозе, назвали сцеплением генов.

Пример: Скрещивали гомозиготные линии мух с серым цветом тела и длинными крыльями и мух, имеющих чёрное тело и короткие крылья. Гены цвета тела и длинны крыльев – сцеплены, т.е. лежат в одной хромосоме.

В небольшом проценте случаев в F₂в опытах Моргана появлялись мухи с новыми сочетаниями признаков: крылья длинные, тело черное; крылья короткие, а тело серое. Т.е. признаки «расцепились». Морган объяснил это тем, что хромосомы во время конъюгации в мейозе обмениваются генами. В результате получаются особи с новыми сочетаниями признаков, т.е. как и положено по третьему закону Менделя. Морган назвал этот обмен генами рекомбинацией.

Позже цитологи действительно подтвердили гипотезу Моргана, обнаружив обмен участками хромосом у кукурузы и у саламандры. Они назвали этот процесс кроссинговер.

Кроссинговер увеличивает разнообразие потомства в популяции.

Результатом исследований Т.Моргана стало создание им хромосомной теории наследственности:

1. Гены располагаются в хромосомах; различные хромосомы содержат неодинаковое число генов, причем набор генов каждой из негомологичных хромосом уникален;

2. Каждый ген имеет определенное место (локус) в хромосоме; в идентичных локусах гомологичных хромосом находятся аллельные гены;

3. Гены расположены в хромосомах в определенной линейной последовательности;

4. Гены, локализованные в одной хромосоме, наследуются совместно, образуя группу сцепления; число групп сцепления равно гаплоидному набору хромосом и постоянно для каждого вида организмов;

5. Сцепление генов может нарушаться в процессе кроссинговера; это приводит к образованию рекомбинатных хромосом; частота кроссинговера:

6. Является функцией расстояния между генами: чем больше расстояние, тем больше величина кроссинговера (прямая зависимость);

7. Зависит от силы сцепления между генами: чем сильнее сцеплены гены, тем меньше величина кроссинговера (обратная зависимость);

8. Каждый вид имеет характерный только для него набор хромосом — кариотип.