Какое важное свойство животных основано на фрагментации
Определение 1
Фрагментация – это способ бесполого размножения, при котором особь делится на несколько фрагментов (частей), каждая из которых может вырасти в новый организм.
Процесс фрагментации
Иногда фрагментацией называют способность некоторых существ восстанавливать утраченные части тела, иначе говоря, приравнивают фрагментацию к регенерации.
Фрагментацию относят к бесполому размножению наряду с бинарным делением прокариот, различными формами митоза (стандартный митоз, шизогония, почкование). Для многоклеточных животных также характерен процесс бесполого размножения. Они могут размножаться с помощью неспециализированных частей материнского организма — вегетативного размножения. Специализированные клетки материнского организма также смогут стать способом для бесполого размножения. Многоклеточные организмы размножаются спорами и зооспорами.
Фрагментация характерна для:
- нитчатых водорослей (спирогира);
- низшие животные (плоские черви).
Существуют и другие группы организмов, для которых характерна фрагментация, но представленные группы обладают наиболее типичными способами фрагментации, которые в полной мере дают возможность сформулировать представление о данном процессе.
Почкование – это разновидность бесполого размножения, при котором от тела родительской особи отделяется небольшой участок, который развивается в новую особь.
Готовые работы на аналогичную тему
Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту
Узнать стоимость
Дочерняя особь может переходить к самостоятельному существованию или становится обособленной частью колонии. Считается, что почкование является подвидом фрагментации.
В свою очередь фрагментация обладает всеми чертами бесполого размножения, а именно:
- происходит без участия половых клеток (гамет). Иногда при фрагментации становится возможен обмен некоторыми участками ДНК;
- образуется особь генетически тождественная родительскому организму.
Виды и механизмы фрагментации
Фактически эти организмы являются клонами материнских особей. Преимуществом бесполого размножения является относительно высокая скорость. К недостаткам фрагментации, как и любого другого типа размножения относят низкую степень пластичности по отношению к резким изменениям окружающей среды. В связи с этим организмы, размножающиеся бесполым путем, значительно уступают в естественном отборе другим организмам. При этом половое размножение является эволюционно прогрессивным признаком.
В самом простом случае при фрагментации организм делится на две части, каждая из которых в последствии восстанавливает недостающую часть. Предпосылками фрагментации является способность к регенерации. Например, малощетинковый червь при фрагментации может делиться на две половины, а у задней части регенерирует хвостовой конец, а у головной части регенерирует задний конец тела. При этом изначально формируется деление, а уже в последствии происходит регенерация. Такой тип деления получает названия архитомии.
Определение 2
Архитомия – это способ фрагментации, при котором сначала происходит деление, а потом восстановление утраченных частей тела живого организма.
Паратомия – это разновидность фрагментации, при которой происходит повторное поперечное деление.
Паратомия наблюдается у кольчатых червей. При этом до разделения особей формируется закладка и образование органов, поэтому разделившиеся особи сразу приступают к размножению и питанию.
Нельзя сказать, что какой способ фрагментации более эффективен, поскольку он является отражением приспособленности той или иной особи к конкретным условиям жизни внутри окружающей среды. Фрагментацию сравнивают с любым типом бесполого размножения в том или ином контексте, но при этом она обладает рядом уникальных особенностей.
Как уже отмечалось ранее фрагментация характерна для спирогиры. Она может разорваться в любом месте. Также фрагментация наблюдается у многих низших животных, которые сохранили высокую способность к регенерации при том условии, что их клетки достаточно слабо дифференцированы, и не имеют больших энергетических резервов.
Например, тело примитивного червя немертины очень легко разрывается на несколько частей, каждая из которых практически всегда дает новую особь. При этом регенерация является нормальным, регулируемым процессом.
Существуют такие животные (морские звезды), которые восстанавливают из отдельных частей новые организмы только при случайной фрагментации.
Все животные, которые способны к фрагментации и регенерации служат объектами для экспериментального изучения этого процесса. При этом очень часто используют свободно живущего плоского червя – планарию. Эти эксперименты открывают механизмы процессов клеточной дифференцировки, происходящей при фрагментации.
Фрагментацию следует различать с простым бинарным делением, хотя оба относятся к различным типам бесполого размножения. При этом бинарное деление является расщеплением одной клетки на две, но все – таки происходит обмен между двумя клетками некоторым количеством ДНК. Фрагментация сопровождается митотическим делением клеток.
В биологической науке деление является подразделением клетки или многоклеточного тела и регенерацией после деления. По сути, фрагментация полностью отвечает всем свойствам деления. Каждая часть дифференцируется в новый организм полного размера. Фрагментацию испытывают многие гельминты. Расщепление может быть или не быть преднамеренным. Каждый из этих фрагментов превращается в зрелых, взрослых особей, которые являются точной копией исходного организма. Если организм раскололся дальше, процесс продолжается.
Подводя итог всему вышесказанному, можно сделать вывод о том, что фрагментация есть разновидность бесполого размножения, она позволяет организмам сохранять высокую степень жизнеспособности, при относительно простом способе размножения. Фрагментация характерна для относительно большого количества живых организмов, которые чаще всего имеют относительно простое строение.
Размножение — свойство живых организмов воспроизводить себе подобных. Существуют два основных способа размножения — бесполое и половое.
Бесполое размножение
Бесполое размножение осуществляется при участии лишь одной родительской особи и происходит без образования гамет. Дочернее поколение у одних видов возникает из одной или группы клеток материнского организма, у других видов — в специализированных органах. Различают следующие способы бесполого размножения: деление, почкование, фрагментация, полиэмбриония, спорообразование, вегетативное размножение.
Деление — способ бесполого размножения, характерный для одноклеточных организмов, при котором материнская особь делится на две или большее количество дочерних клеток. Можно выделить: а) простое бинарное деление (прокариоты), б) митотическое бинарное деление (простейшие, одноклеточные водоросли), в) множественное деление, или шизогонию (малярийный плазмодий, трипаносомы). Во время деления парамеции (1) микронуклеус делится митозом, макронуклеус — амитозом. Во время шизогонии (2) сперва многократно митозом делится ядро, затем каждое из дочерних ядер окружается цитоплазмой, и формируются несколько самостоятельных организмов.
Почкование — способ бесполого размножения, при котором новые особи образуются в виде выростов на теле родительской особи (3). Дочерние особи могут отделяться от материнской и переходить к самостоятельному образу жизни (гидра, дрожжи), могут остаться прикрепленными к ней, образуя в этом случае колонии (коралловые полипы).
Фрагментация (4) — способ бесполого размножения, при котором новые особи образуются из фрагментов (частей), на которые распадается материнская особь (кольчатые черви, морские звезды, спирогира, элодея). В основе фрагментации лежит способность организмов к регенерации.
Полиэмбриония — способ бесполого размножения, при котором новые особи образуются из фрагментов (частей), на которые распадается эмбрион (монозиготные близнецы).
Вегетативное размножение — способ бесполого размножения, при котором новые особи образуются или из частей вегетативного тела материнской особи, или из особых структур (корневище, клубень и др.), специально предназначенных для этой формы размножения. Вегетативное размножение характерно для многих групп растений, используется в садоводстве, огородничестве, селекции растений (искусственное вегетативное размножение).
| Вегетативный орган | Способ вегетативного размножения | Примеры |
|---|---|---|
| Корень | Корневые черенки | Шиповник, малина, осина, ива, одуванчик |
| Корневые отпрыски | Вишня, слива, осот, бодяк, сирень | |
| Надземные части побегов | Деление кустов | Флокс, маргаритка, примула, ревень |
| Стеблевые черенки | Виноград, смородина, крыжовник | |
| Отводки | Крыжовник, виноград, черемуха | |
| Подземные части побегов | Корневище | Спаржа, бамбук, ирис, ландыш |
| Клубень | Картофель, седмичник, топинамбур | |
| Луковица | Лук, чеснок, тюльпан, гиацинт | |
| Клубнелуковица | Гладиолус, крокус | |
| Лист | Листовые черенки | Бегония, глоксиния, колеус |
Спорообразование (6) — размножение посредством спор. Споры — специализированные клетки, у большинства видов образуются в особых органах — спорангиях. У высших растений образованию спор предшествует мейоз.
Клонирование — комплекс методов, используемых человеком для получения генетически идентичных копий клеток или особей. Клон — совокупность клеток или особей, произошедших от общего предка путем бесполого размножения. В основе получения клона лежит митоз (у бактерий — простое деление).
Половое размножение
Половое размножение осуществляется при участии двух родительских особей (мужской и женской), у которых в особых органах образуются специализированные клетки — гаметы. Процесс формирования гамет называется гаметогенезом, основным этапом гаметогенеза является мейоз. Дочернее поколение развивается из зиготы — клетки, образовавшейся в результате слияния мужской и женской гамет. Процесс слияния мужской и женской гамет называется оплодотворением. Обязательным следствием полового размножения является перекомбинация генетического материала у дочернего поколения.
В зависимости от особенностей строения гамет, можно выделить следующие формы полового размножения: изогамию, гетерогамию и овогамию.
Изогамия (1) — форма полового размножения, при которой гаметы (условно женские и условно мужские) являются подвижными и имеют одинаковые морфологию и размеры.
Гетерогамия (2) — форма полового размножения, при которой женские и мужские гаметы являются подвижными, но женские — крупнее мужских и менее подвижны.
Овогамия (3) — форма полового размножения, при которой женские гаметы неподвижные и более крупные, чем мужские гаметы. В этом случае женские гаметы называются яйцеклетками, мужские гаметы, если имеют жгутики, — сперматозоидами, если не имеют, — спермиями.
Овогамия характерна для большинства видов животных и растений. Изогамия и гетерогамия встречаются у некоторых примитивных организмов (водоросли). Кроме вышеперечисленных, у некоторых водорослей и грибов имеются формы размножения, при которых половые клетки не образуются: хологамия и конъюгация. При хологамии происходит слияние друг с другом одноклеточных гаплоидных организмов, которые в данном случае выступают в роли гамет. Образовавшаяся диплоидная зигота затем делится мейозом с образованием четырех гаплоидных организмов. При конъюгации (4) происходит слияние содержимого отдельных гаплоидных клеток нитевидных талломов. По специально образующимся каналам содержимое одной клетки перетекает в другую, образуется диплоидная зигота, которая обычно после периода покоя также делится мейозом.
Перейти к лекции №13 «Способы деления эукариотических клеток: митоз, мейоз, амитоз»
Перейти к лекции №15 «Половое размножение у покрытосеменных растений»
Смотреть оглавление (лекции №1-25)
Определение
Бесполое размножение — размножение, которое происходит без участия половых клеток — гамет.
При бесполом размножении дочерние организмы имеют только одну родительскую особь и генетически тождественны ей. Такие группы организмов называются клонами.
В основе бесполого размножения лежит процесс митоза.
Преимущества бесполого размножения заключаются в том, что организму не нужно тратить время и энергию на поиск полового партнера, что позволяет ему размножаться быстрее. Таким образом, плюсы бесполого размножения:
быстрое размножение в благоприятных условиях;
быстрое распространение в благоприятных условиях.
Недостатки бесполого размножения: виды организмов, размножающиеся бесполым путём, менее пластичны при изменении условий окружающей среды и уступают в естественном отборе более приспособленным видам. В процессе эволюции у эукариот возникает половой процесс как более прогрессивный признак.
Существует несколько видов бесполого размножения.
Бесполое размножение одноклеточных:
а) бинарное деление прокариот;
б) различные формы митотического деления одноклеточных (обычный митоз, шизогония, почкование дрожжей);Бесполое размножение многоклеточных:
а) многоклеточными неспециализированными частями материнского организма — вегетативное размножение, например, черенкование растений;
б) специализированными клетками, которые у растений, водорослей и грибов обычно называются спорами. Подвижные споры со жгутиками называются зооспорами.
Деление прокариот (бинарное деление)
Чаще всего бактериальные клетки делятся с образованием двух одинаковых по размеру дочерних клеток. В процессе деления кольцевая ДНК удваивается. Деление сопровождается образованием септы — перегородки между дочерними клетками, которая затем расслаивается посередине (рис. 1).
Рис. 1
Митотическое деление простейших
Простейший вариант наблюдается у одноклеточных организмов. В этом случае он приводит к появлению двух новых организмов, что можно наблюдать у обыкновенной амебы (рис. 2), большинства инфузорий, эвглены, хлореллы. Процессу деления предшествует рост и созревание одноклеточного организма. Происходит усиленный синтез органических веществ, идущих на построение новых органоидов, синтез АТФ, репликация ДНК.
Процесс начинается с деления ядра и удвоения жгутиков (у жгутиконосцев). Затем происходит деление цитоплазмы (цитокинез).
Рис. 2
Множественное деление (шизогония)
У некоторых видов наблюдается множественное деление: клетка делится последовательно несколько раз под общей оболочкой, в результате чего из нее выходит несколько клеток (рис. 3). Так, у хламидомонады при бесполом размножении образуется 4 клетки, у малярийного плазмодия — несколько десятков клеток, а у инфузории ихтиофтириуса — более 1000 клеток. Количество клеток при этом обычно выражается степенью двойки. Чаще всего для такого размножения формируется специальная покоящаяся форма — циста.
Рис. 3
Спорообразование
Оно характерно для многоклеточных организмов: грибов, водорослей, высших споровых растений.
Споры — покоящиеся одноклеточные образования.
Конидии (конидиоспоры) — внешние споры, образующиеся на концах гиф грибов в виде цепочек. Так размножаются, например, плесневые грибы пенициллы и аспергиллы (рис. 4).
Рис. 4 Рис. 5
У других грибов споры образуются в специальных образованиях — спорангиях (рис. 5). Они представляют собой расширения гифы, внутри которого под оболочкой формируются споры, после чего оболочка спорангия лопается, и споры высыпаются.
Споры могут образовываться внутри обычных клеток, как происходит у нитчатой водоросли улотрикс (рис. 6). У нее внутри зрелых клеток нити происходит два митоза, в результате чего образуются 4 споры, имеющие жгутики. Такие подвижные споры называются зооспоры. Они плавают в воде, пока не прикрепятся к какому-либо предмету, после чего начинают расти и в результате ряда последовательных митозов образуют нить.
Рис. 6:
1 — спорообразование улотрикса; 2 — зооспора улотрикса
Вегетативное размножение
При вегетативном размножении начало новому организму дает какой-либо вегетативный орган растения: часть побега или корень. В каждом из них существуют неспециализированные клетки, способные к делению. Потомки этих клеток могут превращаться в клетки различных тканей и давать начало всем органам нового растения (рис. 7). Помимо природного вегетативного размножения существуют искусственные, которые человек применяет в практике сельского хозяйства, например черенкование.
Рис. 7
Почкование
При почковании дочерний организм образуется как вырост материнского, растет, формирует необходимые структуры, отделяется и начинает жить самостоятельно. Почкуются, например, пекарские дрожжи (рис. 8). На поверхности клетки образуется небольшой вырост, к нему перемещается ядро клетки, происходит митоз, и одно из дочерних ядер перемещается в почку. Подросшая почка отделяется от материнской клетки и начинает жить самостоятельно.
Рис. 8
Среди многоклеточных почкованием размножается пресноводная гидра (тип кишечнополостные). Почка образуется как выпячивание стенки тела, в нее заходит кишечная полость. Затем у нее вырастают щупальца, прорывается рот, и она начинает самостоятельно питаться. После этого она образует собственную подошву и отделяется от материнского организма рис. 9).
Рис. 9
Почкованием могут размножаться некоторые виды кольчатых червей (рис. 10).
Рис. 10
Фрагментация
У некоторых видов червей возможно размножение фрагментацией: тело червя распадается на ряд фрагментов, каждый из которых достраивает недостающие части. Фрагментация может произойти вследствие механического повреждения организма. В основе фрагментации лежит процесс регенерации (восстановление тканей организма). Данный вид размножения встречается у водорослей, кишечнополостных, червей (рис. 11).
Рис. 11
Размножение — присущее всему живому свойство воспроизведения себе подобных. Размножение обеспечивает
преемственность и непрерывность жизни.
Выделяют две основные формы размножения: бесполое и половое.
Бесполое размножение
Бесполое размножение осуществляется только одной родительской особью без участия половых клеток. Появление
дочернего организма происходит из соматических клеток.
Важно заметить, что обычно потомству передаются только мутации, которые происходят в половых клетках (гаплоидных — n). Однако в
случае бесполого размножения потомству передаются мутации в соматических клетках (диплоидных — 2n).
Наиболее распространено бесполое размножение у бактерий, грибов и растений, встречается и у животных. Существует несколько способов бесполого
размножения:
- Деление
- Споруляция (греч. spora — посев)
- Вегетативное размножение — развито у растений
- Почкование
- Фрагментация
- Клонирование
Делением материнской клетки на дочерние размножаются все бактерии и простейшие (амеба, эвглена зеленая, инфузории, водоросли).
Обратите внимание, что у ядерных организмов (эукариот) деление клетки подразумевает митоз, а у доядерных (прокариот)
— простое бинарное деление (такая разница связана с отсутствием у прокариот ядра).
Часто бесполое размножение помогает быстро увеличить численность вида, оно активируется при благоприятных условиях среды. Осенью,
при наступлении неблагоприятных условий становится активно половое размножение.
Споруляция подразумевает размножение с помощью специализированных клеток — спор. Эта форма размножения распространена у растений
(водорослей, мхов, папоротников, хвощей и плаунов), грибов и некоторых простейших (споровики — малярийный плазмодий).
У одноклеточной зеленой водоросли — хламидомонады, споры имеют жгутики, вследствие чего называются зооспорами. У растений
процесс образования спор происходит в обособленных мешковидных образованиях — спорангиях. Споры покрыты защитной
оболочкой, служат для размножения и расселения растений и грибов.
Помимо этого, споры грибов и простейших помогают им пережить влияние неблагоприятных факторов внешней среды, например пересыхание
водоема. При наступлении благоприятных условий грибы и простейшие освобождаются от спор и продолжают рост и развитие.
Вариантов вегетативного размножения у растений — масса, им посвящена отдельная статья. Растения размножают
с помощью клубнелуковиц, клубней, корнеплодов, корневищ, усов, отводок, черенков, луковиц, делением кустов. Прививка — также
является вариантом вегетативного размножения.
В случае вегетативного размножения дочерний организм представляет собой генетическую копию материнского организма, а также имеет шанс унаследовать мутации в соматических клетках.
У некоторых животных дочерние организмы могут появляться из группы клеток — прямо на теле родительской особи. В этом случае небольшой
участок тела отделяется от родительского организма и развивается самостоятельно.
Почкованием размножаются многие кишечнополостные, например — пресноводный полип — гидра.
Некоторые живые существа в ходе эволюции развили поразительную способность к регенерации (лат. re — вновь и genus — поколение) — замещению
утраченной части организма.
У молочной планарии способность к регенерации развита настолько, что, если разделить ее на несколько частей, то из каждой части
восстановится полноценный организм.
Является искусственным методом размножения, которым занимается отдельное направление биологии — биотехнология. Клоном называют дочернюю особь,
идентичную в генетическом отношении родительской особи.
На настоящий момент бурно развивается направление выращивания искусственных органов, которые могут заменить «естественные» органы, утратившие
вследствие болезней свои физиологические и анатомические свойства.
Половое размножение
Осуществляется с помощью особых половых клеток (гамет). Имеет огромное эволюционное значение, так как в результате него образуются особи
с новыми комбинациями генов, новыми признаками. Такие особи являются материалом для естественного отбора.
В результате бесполого размножения появляются генетические копии материнских организмов, которые содержат точно такой же набор генов в ДНК.
В этом случае при изменении условий среды, если погибает одна особь, рискуют погибнуть все «генетические копии», так как они не обладают
разнообразием, имеют одинаковый генотип, а значит одинаково не приспособлены.
Половое размножение в схожих условиях выигрывает значительно, так как создает генетическое разнообразие.
В ходе гаметогенеза у мужских и женских особей образуются половые клетки (гаметы): сперматозоиды (n) и яйцеклетки (n). При оплодотворении
происходит их слияние, образуется зигота (2n). Далее следует эмбриональный период развития, который переходит в постэмбриональный.
У ряда организмов существуют свои особые варианты полового процесса. Таким является процесс конъюгации у инфузорий. Конъюгация
(лат. conjugatio — соединение) сопровождается обменом ядер между клетками партнеров при их непосредственном контакте.
Важно заметить, что это пример полового процесса без размножения, так как увеличения числа особей не происходит. Однако две разошедшиеся
клетки после конъюгации содержат новые комбинации генов, что в дальнейшем приведет к развитию новых признаков и появлению новых свойств
у их потомства.
Партеногенез (греч. παρθένος — дева, девица, девушка + γένεσις — возникновение) — одна из форм полового размножения, так называемое
«девственное размножение».
При партеногенезе дочерний организм развивается из неоплодотворенной яйцеклетки. Несмотря на то, что в этом процессе не участвует мужская
половая клетка, партеногенез относят к половому размножению, так как дочерний организм развивается из половой клетки — яйцеклетки.
Партеногенез выполняет важную функцию регуляции соотношения полов у пчел: из неоплодотворенной яйцеклетки развиваются самцы, из
оплодотворенной — самки. Партеногенез встречается также у муравьев, термитов, тлей.
Говоря о половом размножении нельзя не упомянуть интересное явление в природе — гермафродитизм. Это явление заключается в наличии у
особи как мужских, так и женских половых органов (назван по имени мифического обоеполого существа — Гермафродита).
Аналогичное явление у растений называется однодомностью: и мужские, и женские цветки в таком случае расположены на одном растении.
Очевидно, что особи гермафродиты вырабатывают два типа половых клеток: и сперматозоиды (мужские гаметы), и яйцеклетки (женские гаметы).
Гермафродитизм чаще встречается у низших, более примитивных животных. Гермафродитами являются многие черви, моллюски, кишечнополостные.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2020
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение
(в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов
без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования,
обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.