§ 29. Як розмножуються організми

Із чого розпочинається поява нового організму. На це питання ти отримаєш відповідь, вивчивши процеси розмноження. До розмноження здатні всі без винятку організми – від бактерій до ссавців. Розмноження забезпечує відтворення організмів й сприяє збільшенню чисельності особин різних видів. Здатність організмів до розмноження забезпечує безперервне існування життя на нашій планеті.

Завдяки розмноженню батьки передають нащадкам властиві їм ознаки: особливості будови, процесів життєдіяльності тощо.

Здатність організмів зберігати й передавати нащадкам ознаки будови, хімічного складу та процесів життєдіяльності називають спадковістю.

Які бувають типи розмноження (мал. 113).

Мал. 113. Типи розмноження організмів

Статеве розмноження забезпечують спеціалізовані статеві клітини – чоловічі та жіночі (мал. 113). Вони зливаються між собою, і з такої заплідненої жіночої клітини розвивається дочірня особина. Така особина частину спадкового матеріалу отримає від матері, частину – від батька.

Нестатеве розмноження відбувається без участі спеціалізованих статевих клітин, а дочірні організми є нащадками лише однієї батьківської особини (мал. 113).

Чим відрізняється нестатеве і статеве розмноження. За статевого розмноження нащадки можуть відрізнятись від батьківських особин за деякими ознаками. Чому? За статевого розмноження, у якому зазвичай беруть участь два батьківські організми, нащадки отримують від кожного з них лише половину спадкової інформації. Так реалізується ще одна універсальна властивість живого — мінливість. Наприклад, цуценята, які народилися одночасно від одних і тих самих батьків, загалом схожі одне на одного та на своїх батьків (явище спадковості), але все ж таки відрізняються певними ознаками (наприклад, деталями забарвлення) (мал. 114).

Мал. 114. Явище мінливості. Цуценята породи коргі, які народилися одночасно від одних і тих самих батьків

Мінливість – це здатність організмів набувати нових ознак, відмінних від подібних ознак у батьків.

У разі нестатевого розмноження дочірні організми отримують такий само набір спадкової інформації, який мав батьківський організм.

Як розмножуються одноклітинні організми. Такі одноклітинні організми, як інфузорія-туфелька та амеба протей, розмножуються переважно поділом клітини навпіл (мал. 115).

Мал. 115. Розмноження амеби протея (1) й інфузорії-туфельки (2)

Як розмножуються рослини. Рослини розмножуються як статевим, так і нестатевим способом. Більшість рослин, що зростають на нашій планеті, належить до квіткових: саме квітки забезпечують їх статеве розмноження. За малюнком 116, А пригадай будову квітки.

Мал. 116. А. Будова квітки. Б. Будова пилкового зерна: 1 – спермії, 2 – оболонка

У пиляках тичинок формується пилок – сукупність пилкових зерен (мал. 116, Б). Кожне пилкове зерно містить дві чоловічі статеві клітини – спермії, які оточені щільною оболонкою. А жіночі статеві клітини розміщені у розширеній частині маточки (у зав’язі).

Процес злиття чоловічих і жіночих статевих клітин називають заплідненням.

У квіткових рослин заплідненню передує запилення – перенесення пилкових зерен від пиляків тичинок на приймочку маточки (мал. 117). Після цього пилкове зерно (1) проростає всередину маточки пилковою трубкою (2, 3), якою спермії дістаються до насінного зачатку (4), де містяться жіночі статеві клітини. Один зі сперміїв зливається з яйцеклітиною. Згодом із цієї заплідненої яйцеклітини розвивається майбутня рослина. Інший спермій зливається з іншою клітиною насінного зачатка (її називають центральною). З неї згодом розвиваються клітини, що містять запас поживних речовин, потрібних для розвитку зародка.

Мал. 117. А. Процес запилення. Б. Процес запліднення у квіткових рослин

Поміркуйте, чому цей процес запліднення у квіткових рослин називають «подвійним».

Зародок із запасом поживних речовин оточується захисною оболонкою. Так формується насінина (мал. 118, А). Згодом насінина (одна, кілька або багато) оточується оплоднем – оболонкою плоду, яка насамперед утворюється за рахунок стінок зав’язі.

Насінина (одна, декілька чи багато насінин), оточена оплоднем, має назву плід (мал. 118, Б).

Мал. 118. А. Будова насінини пшениці: 1 – оболонка насінини (шкірка); 2 – запас поживних речовин; 3 – зародок. Б. Будова плоду абрикосу: 1 – зовнішній шар оплодня (шкірка); 2 – середній шар оплодня – м’якуш (містить розчини цукрів); 3 – кісточка: внутрішній здерев’янілий шар оплодня, який оточує насінину (4)

Рослини здатні й до нестатевого розмноження. На малюнку 119 зображено папороть щитник чоловічий (цей вид поширений на території України). Папороті (так само, як мохи, хвощі чи плауни) не утворюють квіток (поміркуй: чи варто шукати квітку папороті у ніч на Івана Купала), хоча в них формуються інші органи, які забезпечують статеве розмноження. А нестатеве розмноження відбувається за допомогою спор, які утворюються в особливих органах – спорангіях (мал. 119, 3, 4).

Мал. 119. Способи розмноження щитника чоловічого. 1 – особина, яка здійснює нестатеве розмноження спорами; пагін розміщений під землею (його називають кореневищем (8)); 2 – спорангії зібрані у групи на поверхні листків (3); 4 – після дозрівання спори висипаються (5); зі спори проростає особина, що розмножується статевим шляхом (6, 7)

Спора у папоротей – це спеціалізована нестатева клітина, оточена щільною оболонкою, що захищає її від висихання та пошкоджень.

Потрапивши у сприятливі умови, спори проростають і дають початок особинам, здатним до статевого розмноження.

Більшості рослин притаманне ще й вегетативне розмноження.

Вегетативне розмноження – тип нестатевого розмноження, за якого від материнського організму відокремлюються багатоклітинні частини. З них згодом розвиваються нащадки.

Подивися знову на малюнок 119. У щитника чоловічого пагін, розташований у ґрунті, перетворюється на кореневище (8). Якщо від кореневища відокремлюються частини, з них розвиваються дочірні особини. Так само здійснюється вегетативне розмноження й у таких квіткових рослин, як лілія лісова, конвалія, пирій тощо.

Існує багато інших способів вегетативного розмноження рослин: бульбами, вусами, живцями (частинами пагонів), тощо (мал. 120).

Мал. 120. Способи вегетативного розмноження рослин: 1 – суниці лісові (вусами); 2 – картопля (бульбами); 3 – вишня (кореневими паростками); 4 – троянди (стебловими живцями).

Дізнайтесь, як саме здійснюються згадані способи розмноження рослин.

Завдяки вегетативному розмноженню організми можуть залишати велику кількість нащадків, які зберігають якості материнського організму.

Практична робота «Розмноження рослин» (виконується під контролем учительки/вчителя).

Вам знадобиться: кімнатна рослина: традесканція, гібіскус, пеларгонія тощо, вода кімнатної температури, горщики з ґрунтом, скляна банка.

Порядок виконання роботи:

1. Відріжте частину пагону кімнатної рослини з бруньками і поставте у теплому та освітленому місці в посудину з водою. Нижній кінець пагону має бути занурений у воду на глибину 1,0-1,5 см.

2. Кожні три-чотири доби змінюйте воду в посудині. Постійно спостерігайте за відрізаним пагоном і, доливаючи час від часу воду, підтримуйте її початковий рівень. Пам’ятайте! Слід використовувати лише відстояну водопровідну воду.

3. Підготуйте горщик із супіщаним ґрунтом (дізнайтеся з різних джерел інформації, які є основні види ґрунтів). Коли через деякий час у живців з’являться корінці та досягнуть 3-5 мм завдовжки, обережно пересадіть отримані живці з посудини у приготовлені горщики.

4. Накрийте висаджені живці скляними банками й витримуйте на розсіяному світлі доти, доки вони не почнуть рости. Після цього зніміть скляні банки.

5. Поміркуйте, чому рослину можна висаджувати у ґрунт лише після того, як в неї з’являться корені.

• Чому культурні рослини розмножують здебільшого вегетативно?

Як розмножуються тварини. Тварини, як і рослини, здатні розмножуватись статевим способом, деякі – також і нестатевим. У більшості тварин статеві клітини – чоловічі (сперматозоїди) та жіночі (яйцеклітини) утворюються у спеціалізованих статевих залозах.

Чоловічі статеві залози називають сім’яниками, жіночі – яєчниками. Сукупність органів, які забезпечують статеве розмноження, утворює статеву систему.

У більшості тварин одні особини утворюють чоловічі статеві клітини, інші – жіночі. Таких тварин називають роздільностатевими. Досить часто у таких тварин особини чоловічої статі (самці) зовні відрізняються від особин жіночої (самок) (мал. 121, А). Проте є й тварини, в яких одна й та сама особина може утворювати як чоловічі, так і жіночі статеві клітини. Їх називають гермафродитами (мал. 121, Б).

Мал. 121. Роздільностатеві тварини (А) і тварини-гермафродити (Б). А. У жука-оленя самці (1) мають добре розвинені щелепи, що нагадують роги (звідки й походить назва цих тварин); вони їх використовують у двобоях за самку (2), яка таких рогів не має. Б. Наземний молюск виноградний слимак

В одних тварин, переважно в тих, у яких розмноження відбувається у воді, статеві клітини зливаються поза органами статевої системи. Таке запліднення називають зовнішнім (як-от в окуня річкового, судака, севрюги, різних видів жаб). У таких наземних тварин, як плазуни, птахи, ссавці, статеві клітини зливаються здебільшого в спеціалізованих статевих органах. Такий варіант запліднення називають внутрішнім.

У деяких тварин спостерігають різні варіанти вегетативного розмноження: поділ навпіл, брунькування (мал. 122, А), відокремлення невеликих частин тіла (наприклад, багатощетинковий черв’як додекацерія) (мал. 122, Б).

Мал. 122. Приклади вегетативного розмноження у тварин: А – гідри, Б – додекацерії

Коротко про головне

• Спадковість – здатність організмів зберігати й передавати нащадкам ознаки будови, хімічного складу та процесів життєдіяльності.
• Мінливість – це здатність організмів набувати нових ознак, відмінних від таких батьків.
• Статеве розмноження забезпечують спеціалізовані статеві клітини – чоловічі та жіночі.
• Сукупність органів, які забезпечують статеве розмноження, утворює статеву систему.
• Процес злиття чоловічих і жіночих статевих клітин називають заплідненням.
• Нестатеве розмноження відбувається без участі спеціалізованих статевих клітин, а дочірні організми є нащадками лише однієї батьківської особини.

Перевіряємо себе

• 1. Яке значення того, що організми, які здатні до нестатевого розмноження, можуть розмножуватися також і статевим способом?
• 2. У чому полягають переваги та недоліки статевого та нестатевого розмноження організмів?
• 3. Оціни свою роботу на уроці, продовж речення: Сьогодні я дізнався/-лась. ; Зрозумів/-ла. ; Найбільші труднощі я відчув/-ла. ; Я не вмів/-ла, а тепер вмію . .

Відпрацюйте навички вегетативного розмноження рослини сенполії.

Поширені типи нестатевого розмноження

Багато гідр розмножуються безстатевим шляхом, виробляючи бруньки в стінці тіла, які виростають до мініатюрних дорослих особин і відриваються, коли досягають зрілості. Ед Решке/Фотобібліотека/Getty Images

При нестатевому розмноженні одна особина виробляє потомство, генетично ідентичне їй. Розмноження є чудовою кульмінацією індивідуальної трансцендентності в тому, що організми «долають» час через відтворення потомства. У тваринних організмах розмноження може відбуватися за допомогою двох основних процесів: нестатевого розмноження та статевого розмноження .

Організми, утворені безстатевим розмноженням, є продуктом мітозу . У цьому процесі один із батьків відтворює клітини тіла та ділиться на двох особин. Багато безхребетних, у тому числі морські зірки та актинії, розмножуються таким чином. Поширені форми нестатевого розмноження включають: брунькування, геммули, фрагментацію, регенерацію, подвійне поділ і партеногенез.

Бутонування: Гідра

Багато гідр розмножуються безстатевим шляхом, виробляючи бруньки в стінці тіла, які виростають до мініатюрних дорослих особин і відриваються, коли досягають зрілості. Ед Решке/Фотобібліотека/Getty Images

Гідри демонструють форму нестатевого розмноження, яка називається брунькуванням . У цій формі нестатевого розмноження нащадок виростає з тіла батька, а потім розпадається на нову особину. У більшості випадків окулірування обмежується певними спеціалізованими ділянками. У деяких інших обмежених випадках бруньки можуть виходити з будь-якої кількості місць на тілі батька. Нащадки зазвичай залишаються прив’язаними до батьків, поки не досягнуть зрілості.

Gemmules (внутрішні бруньки): губки

Потомство брунькується на тілі губки в Червоному морі. Фотографія Джеффа Ротмана/Документальний фільм Corbis/Getty Images

Губки демонструють форму нестатевого розмноження, яка спирається на виробництво геммули або внутрішніх бруньок. У цій формі нестатевого розмноження батько вивільняє спеціалізовану масу клітин, які можуть розвинутися в потомство. Ці геммули є витривалими і можуть утворюватися, коли батько переживає суворі умови навколишнього середовища. Геммули мають меншу ймовірність зневоднення і в деяких випадках можуть виживати з обмеженим надходженням кисню.

Фрагментація: Планарії

Планарії можуть розмножуватися безстатевим шляхом дробленням. Вони розпадаються на фрагменти, з яких розвиваються дорослі планарії. Ед Решке/Фотобібліотека/Getty Images

Планарії демонструють форму нестатевого розмноження, відому як фрагментація. У цьому типі розмноження тіло батька розпадається на окремі частини, кожна з яких може давати потомство. Відокремлення частин є навмисним, і якщо ваші досить великі, відокремлені частини розвинуться в нових особин.

Регенерація: голкошкірі

Морські зірки здатні відрощувати втрачені кінцівки та створювати нові організми шляхом регенерації. Пол Кей/Oxford Scientific/Getty Images

Голкошкірі демонструють форму нестатевого розмноження, відому як регенерація. При цій формі нестатевого розмноження нова особина розвивається з частини іншої. Зазвичай це відбувається, коли частина, наприклад рука, від’єднується від тіла батька. Відокремлений шматочок може рости і розвиватися в абсолютно нову особину. Регенерацію можна розглядати як модифіковану форму фрагментації.

Подвійне поділ: парамеція

Цей парамецій ділиться шляхом подвійного поділу. Ед Решке/Фотобібліотека/Getty Images

Парамеції та інші найпростіші протисти , у тому числі амеби та евглени , розмножуються шляхом подвійного поділу. У цьому процесі батьківська клітина дублює свої органели та збільшується в розмірі шляхом мітозу. Потім клітина ділиться на дві ідентичні дочірні клітини . Бінарне поділ зазвичай є найпоширенішою формою розмноження прокаріотичних організмів , таких як бактерії та археї .

Партеногенез

Цю водяну блоху (Daphnia longispina) можна побачити з розвитком партеногенетичних або незапліднених яєць.

Роланд Бірке/Фотобібліотека/Getty Images

Партеногенез включає розвиток яйцеклітини, яка не була запліднена в особину. Більшість організмів, які розмножуються за допомогою цього методу, також можуть розмножуватися статевим шляхом. Такі тварини, як водяні блохи, розмножуються шляхом партеногенезу. Більшість видів ос, бджіл і мурах (які не мають статевих хромосом ) також розмножуються шляхом партеногенезу. Крім того, деякі рептилії та риби здатні розмножуватися таким чином.

Переваги та недоліки нестатевого розмноження

Ця морська зірка втратила руку, яка може розвинутися в нову морську зірку шляхом нестатевого процесу фрагментації.

Карен Гоулетт-Холмс/Oxford Scientific/Getty Images

Нестатеве розмноження може бути дуже вигідним для деяких вищих тварин і протистів. Організми, які залишаються в одному конкретному місці і не можуть шукати собі пару, повинні розмножуватися безстатевим шляхом. Ще одна перевага безстатевого розмноження полягає в тому, що численне потомство може бути створено без «витрат» батькам великої кількості енергії чи часу. Середовище, яке є стабільним і зазнає дуже мало змін, є найкращим місцем для організмів, які розмножуються безстатевим шляхом.

Одним з головних недоліків цього типу відтворення є відсутність генетичної варіації . Усі організми є генетично ідентичними і тому мають однакові слабкості. Генна мутація може зберігатися в популяції, оскільки вона постійно повторюється в ідентичному нащадку. Оскільки організми, створені безстатевим шляхом, найкраще ростуть у стабільному середовищі, негативні зміни в навколишньому середовищі можуть мати смертельні наслідки для всіх особин. Через велику кількість нащадків, які можуть бути отримані за відносно короткий період часу, популяційні вибухи часто відбуваються у сприятливих умовах. Це екстремальне зростання може призвести до швидкого виснаження ресурсів і експоненціального рівня смертності населення.

Нестатеве розмноження в інших організмів

Це кольорова скануюча електронна мікрофотографія (SEM) спор грибка пуховик. Це репродуктивні клітини гриба. Авторство: Steve Gschmeissner/Science Photo Library/Getty Images

Тварини та протисти — не єдині організми, які розмножуються безстатевим шляхом. Дріжджі, гриби , рослини та бактерії також здатні до нестатевого розмноження. Дріжджі найчастіше розмножуються брунькуванням. Гриби і рослини розмножуються нестатевим шляхом спорами . Рослини також можуть розмножуватися нестатевим шляхом вегетативного розмноження . Нестатеве розмноження бактерій найчастіше відбувається шляхом подвійного поділу. Оскільки бактеріальні клітини, що утворюються в результаті цього типу розмноження, ідентичні, усі вони чутливі до тих самих типів антибіотиків .