Чередование бесполого и полового поколений. Чередование поколений у растений: диплоидная (спорофит) и гаплоидная (гаметофит) фазы Что такое половое и бесполое поколение

Чередование поколений — закономерная смена у организмов поколений, различающихся способом . Организмы многих видов могут размножаться как бесполым, так и половым путем. В связи с этим говорят о бесполом и половом поколениях данного вида. Чередование этих поколений у растений и животных имеет много общих черт. Граница, разделяющая половое и бесполое поколения в цикле развития, — процесс . При этом в результате слияния гаплоидных (т. е. содержащих одинарный набор ) появляется диплоидная (т. е. содержащая двойной набор ) зигота, и половое поколение переходит в бесполое.

Цикл развития мохообразных: 1 — гаметофит; 2 — спорофит; 3 — спорангий; 4 — спора; 5 — молодой гаметофит; 6 — антеридий; 7 — архегоний; 8 — яйцеклетка; 9 — сперматозоид.

Жизненный цикл гидроидного полипа: 1 — гидроидый полип; 2 — образование медуз с семенниками и яичниками путем бесполого — почкования; 3 — яйцеклетки и спермин; 4 — зигота; 5 — развитие новой колонии полипов.

Цикл развития покрытосеменных: 1 — мужской гаметофит; 2 — женский гаметофит; 3 — яйцеклетка; 4 — пыльцевое зерно; 5 — молодой спорофит; 6 — эндосперм; 7 — семядоля; 8 — ; 9 — микроспоры; 10 — макроспоры.

Смена ядерных фаз у растений: 1 — бурая водоросль диктиота (гаметофит и спорофит развиты одинаково); 2 — мох кукушкин лен (доминирует гаметофит); 4 — зеленая водоросль спирогира (диплоидны лишь зиготы). ГАМ — , ОПЛ — , ЗИГ — зигота, МЕЙ —

В современном мире стало привычным называть техническими терминами все, что нас окружает. Механизм размножения... Именно так «окрестили» ученые умы чудо зарождения новой жизни.

Чудо, в котором любая составляющая настолько гармонична, многообразна и в то же время незаменима, что порой остается только удивляться. Много тысячелетий человечество ломает себе голову над вопросом о первичности яйца и курицы, а у природы уже давно есть ответ на все вопросы. Рационализм и многообразие решений в сохранении стабильности отдельного вида и в то же время приобретении разнообразия признаков в живой природе не знают себе равных.

Генетическая основа жизни

Одним из таких приспособлений является чередование поколений. Многообразие видов животного и растительного мира достигается за счет создания различных комбинаций генного материала. Чередование поколений - это особая форма сохранения вида в изменяющихся условиях внешней среды обитания, встречающаяся в основном у многих растений и низших беспозвоночных животных. Она представляет собой смену полового и бесполого размножения.

Что вызывает запуск того или иного способа размножения и какие цели они преследуют? Для ответа на данный вопрос следует более глубоко разобраться, что собой представляют и чем отличаются половое и бесполое размножение, какие преимущества для и минусы они несут.

Половое размножение

Процесс полового размножения предполагает участие в сотворении новой жизни двух особей, которые, каждая сама по себе, являются носителями своего индивидуального набора хромосом в спиральной двойной цепочке ДНК. Этот уникальный набор генного материала выражается в наличии у данной особи, причем только у нее, определенных признаков, которые она частично передает своему потомству.

При участии в процессе полового размножения двух особей, каждая из которых дает потенциальному продолжателю вида свой половинный набор хромосом, следующему поколению будут присущи признаки обоих родительских организмов. Именно поэтому чередование поколений наблюдается как у простых, так и у сложных форм жизни, осуществляющих воспроизводство за счет полового размножения.

Какой вклад в генофонд вида вносит половое размножение

Даже внутри относительно небольшой популяции набор комбинаций генного материала может быть бесконечно широким. Этот вид размножения преследует политику внесения разнообразия в генетический фон видовой популяции. Разнообразие может быть достигнуто также за счет использования внутри устоявшейся популяции новых экземпляров данного вида, которые разными способами могут проникать извне. Или, как, например, у растений или некоторых кишечнополостных, за счет половых клеток «с доставкой на дом» при помощи ветра, воды или насекомых.

Немаловажным моментом при половом размножении необходимо указать возможность участия в нем преимущественно здоровых и наиболее сильных особей. Таким образом, этот вид размножения дает возможность реализации естественного отбора, что способствует возможности закрепления признаков, работающих на благо данного вида.

Бесполое размножение как формула множителя числа особей

Чередование поколений - это система, задействованная для увеличения и сохранения вида, в которой немаловажную роль играет бесполое размножение. Из его преимуществ можно смело отметить возможность стремительно нарастить численность популяции при наступлении благоприятных для данного биологического вида условий природной среды. Сохранение и преумножение генетического фонда популяции при помощи множественного клонирования уже существующих комбинаций генов, что заметно увеличивает шанс вида на участие этих комбинаций в дальнейшем половом размножении.

Чередование фенотипов у различных царств

Чередование поколений у водорослей зависит от температурного фона, химического состава воды (особенно концентрации соли в ней), длительности суточного светового периода, интенсивности освещения, смены времени года. Все эти факторы регулируют производство тех или иных репродуктивных клеток. Некоторые растения продуцируют споры, основу бесполого размножения, и называются спорофитами. Растения, которые для репродукции производят гаметы для полового размножения (половой клетки с одинарным набором хромосом в ядре), называют гаметофитами. Есть водоросли, производящие оба типа половых клеток (гаметы и споры), их, соответственно, назвали гаметоспорофитами. Водоросли всех этих типов могут отличаться между собой как морфологически, так и биологически. Так красная водоросль Порфира Тенера в форме спорофита выглядит как нити, ветвящиеся в один ряд, внедряющиеся в субстрат, которым могут служить известковые скалы или раковины моллюсков.

Спорофиты этого вида живут на большой глубине, предпочитают слабое освещение. Особи, участвующие в производстве клеток для полового размножения (гаметофиты), живут в виде пластинок в зоне на небольшой глубине при интенсивном освещении. являясь более высокоорганизованными, демонстрируют многообразные и наиболее сложные циклы развития, в которых наблюдается смена разных форм существования организмов одного вида во время жизненного цикла - гетероморфное развитие.

Для кого характерно размножение посредством гаметоспорофитов

Гаметоспорофиты типичны для многих видов зеленых, бурых и красных водорослей. Чередование поколений наблюдается у них в выработке репродуктивных клеток обоих типов: спор и гамет, происходящей в разное время и обусловленной изменениями в условиях внешней среды. Согласованность между проявлениями признаков в фенотипе и соответствующими изменениями среды - основной эволюционный фактор, обеспечивающий движущую форму отбора.

Чередование поколений у растений и у животных: в чем похожи два разных царства

Классификация, разделяющая живой мир на 4 царства, значительно упрощает восприятие биологической науки на ранних этапах ее изучения. Однако при более углубленном курсе становится понятно, что в существующей классификации имеется множество промежуточных случаев. Так, чередование поколений у кишечнополостных носит особенный интересный характер. В жизненном цикле поколения полового и бесполого размножения имеют различный ведут радикально отличающийся друг от друга образ жизни, обитают в разных местах и по-разному питаются. В метагенезе происходит чередование жизненных форм: полипов и медуз. Прикрепленные к субстрату полипы ведут Для полипов характерно бесполое размножение путем отпочковывания от материнского организма новых идентичных по генетическому составу дочерних особей, которые проводят свою жизнь также в форме полипов. Питание осуществляется путем фильтрации масс воды, с током которой приносятся микроскопические частицы органики, служащие питанием для организма.

Полипы могут организовывать огромные сообщества. Подобным образом чередование поколений у кишечнополостных организмов создает в течение длительного времени колониальные формы полипов в виде коралловых рифов. Когда наступают определенные условия, которые для каждого вида индивидуальны (смена температурного режима, времени года, изменение подводных течений, фаза Луны, время миграций и прочее), полипы отпочковывают маленьких медуз. Медузы мобильны, легко перемещаются в толще воды, по образу питания являются хищниками. Дорастая до возраста половой готовности, медузы продолжают цикл развития вида при помощи полового размножения. Из оплодотворенных клеток развиваются подвижные личинки, которые оседают на дно, прикрепляются к субстрату, теряют подвижность и вырастают в полип. Чередование поколений - это претерпеваемый видом, который неизменно замыкается, возвращаясь к своей исходной стадии, но уже с другим набором хромосом, а следовательно, и с другими признаками.

Мхи тоже размножаются половым способом

Чередование поколений наблюдается у в том числе у мхов. Характерной особенностью жизненного цикла этого отдела растений является тот факт, что доминирующей жизненной формой является гаметофит в виде зеленого многолетнего растения, имеющего листоподобные выросты и ризоиды, которое мы наблюдаем. Чередование поколений у мхов обеспечивает спорофит, являющийся бесполой стадией цикла развития, представленный маленькой коробочкой на ножке со спорами, связанный с гаметофитом стопами, через которые происходит физиологическое обеспечение спор. Спорофит имеет короткий срок жизни, не может укореняться самостоятельно. Усыхает после созревания и высыпания спор.

Почему в биологии 1+1=3

Констатируя вышесказанное, можно сделать вывод, что оба способа размножения имеют свое эволюционное значение. Чередование поколений - это процесс, обеспечивающий закрепление нужных признаков и отторжение ненужных, проявившихся в фенотипе, за счет естественного отбора. Только в случае с бесполым размножением «на суд» естественного отбора будут «выставлены» спонтанные мутации, а в случае с половым, помимо мутаций, в фенотипе проявятся признаки обоих родительских особей.

Почему же в эволюционной биологии, когда говорят о половом размножении, сумма двух единиц не равна двум (1+1≠2)? Потому что в результате оплодотворения детская особь получает набор генов, неидентичный какой-либо родительской особи. Особь будет нести не материнский и не отцовский ген, но развиваться исходя из той информации, которая поступила от родителей. Она будет носителем третьего, уникального и неповторимого генотипа, поэтому биологи решают математический пример немного по-другому. Именно это обеспечивает чередование поколений у растений и млекопитающих, где с каждым новым перерождением генетического материала он становится все более сложным, изящным и совершенным!

Организмам, размножающимся только половым путем, характерно чередование гаплоидной и диплоидной фаз в их развитии. У многих организмов, включая млекопитающих, это чередование имеет регулярный характер, и на нем основано сохранение видовых признаков организмов. Диплоидия способствует накоплению разных аллелей. Напротив, для организмов, которые могут размножаться как половым, так и бесполым путем, характерно чере дование (смена) поколений, когда одно или несколько бесполых поколений организмов сменяется поколением организмов, размножающихся половым путем.

Различают первичное и вторичное чередование поколений. Первичное чередование поколений отмечается у организмов, развивших в ходе эволюции половой прогресс, но сохранивших способность к бесполому размножению, и заключается в регулярном чередовании полового и бесполого поколений (рис. 87). Оно встречается у животных (простейших), у водорослей и у всех высших растений. У простейших классическим примером первичного чередования поколений является бесполое размножение малярийного плазмодия в организме человека (шизогония) и половое - в организме малярийного комара. У растений половое поколение представлено гаметофитом, бесполое - спорофитом. Механизм первичного чередования заключается в том, что на растениях спорофитного поколения развиваются споры, которые на основе мейоза дают гаплоидные мужские и женские гаметофиты. На последних развиваются спермии и яйцеклетки. Оплодотворение яйцеклетки дает начало диплоидному спорофиту. Таким образом, клетки гаметофита содержат гаплоидный набор хромосом, а спорофита - диплоидный набор, т. е. у растений чередование поколений связано со сменой гаплоидного и диплоидного состояний.

Если проследить за соотношением между спорофитом и гаметофитом у растений разного уровня организации, то можно увидеть, что в ходе эволюции развитию подвергался спорофит, тогда как для гаметофиты была характерной редукция. Например, у мхов преобладающим является гаметофит (гаплоидное поколение), на котором живет спорофит. Но уже у папоротникообразных преобладающим является спорофит (диплоидное поколение) в виде хорошо развитого растения со стеблями и корнями, а гаметофит представлен слоем клеток, которые образуют пластину, прикрепляющуюся к почве с помощью ризоидов. Далее, у голосеменных гаметофит уменьшается до небольших количеств клеток, а у покрытосеменных мужской гематофит представлен лишь двумя клетками, женский - семью, тогда как спорофитом у голосеменных являются деревья (сосна, ель и другие), а покрытосеменных - деревья, кустарники, травы.

Между гаметофитом и спорофитом могут быть как сходства по морфологии и продолжительности жизни, так и различия по этим признакам. В первом случае это называют изоморфным чередованием поколений, во втором - гетероморфным.

Вторичное чередование поколений широко встречается у животных. Оно отмечается в формах гетерогонии и метагенеза. Гетерогония заключается в первичном чередовании полового процесса и партеногенеза. Например, у трематод половое размножение регулярно сменяется партеногенезом. У многих других организмов гетерогония зависит от сезона. Так, коловратки, дафнии и тли осенью размножаются путем зигогенеза (путем оплодотворения яйцеклеток и образования зигот), а летом - путем партеногенеза. Метагенез заключается в чередовании полового размножения и вегетативного (бесполового). Например, гидры размножаются обычно почкованием, но при понижении температуры образуют половые клетки. У кишечнополостных на некоторых стадиях развития происходит переход от полового размножения к вегетативному. У некоторых морских кишечнополостных полипоидное поколение правильно чередуется с медузоидным. Для полипоидного поколения характерно размножение так называемой стробиляцией (поперечными перетяжками), для медузоидного - половым путем (оплодотворение яиц, образование личинок и развитие полипов).

Закономерная смена в жизненном цикле организмов генераций, различающихся способом размножения. В этом случае одно или несколько бесполых поколений организмов сменяется поколением организмов, размножающихся половым путем.

Характерно для организмов, размножающихся как половым, так и бесполым путем.

Различают чередование поколений:

первичное

вторичное

Первичное чередование поколений заключается в регулярном чередовании полового и бесполого поколений

Встречается:

Простейших

Водорослей

Высших растений.

У растений половое поколение представлено гаметофитом, бесполое - спорофитом.

Жизненный цикл папоротника

Гаметофиты (заростки) с прорастающими на них ювенильными спорофитами

Чередование поколений :

изоморфное - сходство по морфологии и продолжительности жизни между спорофитом и гаметофитом

гетероморфное - различия по этим признакам

Вторичное чередование поколений

широко встречается у животных.

Отмечается в формах гетерогонии и метагенеза.

Гетерогония заключается в первичном чередовании полового процесса и партеногенеза.

Партеногенез - форма полового (но однополое размножение) размножения организмов, при которой женские половые клетки (яйцеклетки, яйца) развиваются без оплодотворения.

Партеногенез:

зачаточный, или рудиментарный (не идёт далее начальных стадий зародышевого развития)

полный естественный партеногенез (завершается развитием половозрелых особей). Встречается во всех типах беспозвоночных и у всех позвоночных, кроме млекопитающих (партеногенетические зародыши погибают на ранних стадиях эмбриогенеза)

Пример: у трематод половое размножение регулярно сменяется партеногенезом. У ряда организмов гетерогония зависит от сезона (коловратки, дафнии и тли осенью размножаются путем зигогенеза (путем оплодотворения яйцеклеток и образования зигот), а летом - партеногенеза.

Метагенез заключается в чередовании полового размножения и вегетативного (бесполового).

Например, гидры размножаются обычно почкованием, но при понижении температуры образуют половые клетки. У кишечнополостных на некоторых стадиях развития происходит переход от полового размножения к вегетативному. У некоторых морских кишечнополостных полипоидное поколение правильно чередуется с медузоидным. Для полипоидного поколения характерно размножение так называемой стробиляцией (поперечными перетяжками), для медузоидного - половым путем (оплодотворение яиц, образование личинок и развитие полипов).

Вопросы для самоконтроля?

Назовите основные способы размножения

Перечислите формы полового процесса, объясните, в чем их суть?

В чем особенности полового процесса у одноклеточных и многоклеточных организмов?

Что такое чередование поколений?

В каких группах организмов встречается чередование поколений и в чем особенности?