Рост, развитие, размножение. Сущность процессов воспроизведения и размножения Вопросы и задания для обсуждения

Основу жизни составляет постоянный обмен веществ между живым организмом и окружающей средой. Прекращение такого обмена означает полное или временное выключение организма из жизни.

В процессе обмена живой организм постоянно обновляется, причем это обновление идет неравномерно: в одних частях организма обмен более интенсивный, в других-замедленный.

Одни органы растут и увеличиваются в объеме, другие сохраняют при этом прежние размеры. В отдельных случаях наблюдается так называемый отрицательный рост, который имеет место, например, при образовании спор у бактерий, когда клетка уменьшается в размерах. Кроме изменения размеров, обмен веществ влияет на химический состав организма. Например, в молодых растущих тканях процент воды выше, чем в старых.

Одно из следствий развития организма-размножение. Размножение большей частью связано с увеличением биомассы, т. е. с ростом. В процессе вегетативного деления каждая клеточка, разделившись, начинает расти и достигает размера материнской клетки, после чего в свою очередь приступает к делению. В результате размножения организмов обычно наблюдается значительное увеличение биомассы-суммарной массы всех клеток. Но размножение не всегда сопровождается увеличением биомассы. Так, гомогенные нити Sphaerotilus natans способны распадаться с образованием отдельных гонидий. Увеличения биомассы при этом не происходит. Возможен и противоположный процесс: рост без размножения. Например, при воздействии некоторых ядов бактериальные клетки интенсивно растут, но не делятся. В результате образуются гигантские патологические, так называемые L-формы бактерий.

У некоторых низших организмов рост без размножения закономерен. Примером может быть рост одноклеточного мицелия некоторых грибов.

При интенсивном росте развитие и размножение отсутствуют. Развитие без роста имеет место при образовании спор у бактерий. При этом в клетке сначала происходят биохимические изменения, а затем отрицательный рост.

Таким образом, рост, развитие и размножение клеток большей частью связаны прямой зависимостью, но в отдельных случаях соотношение их может быть различным. Эти закономерности сохраняются и для многоклеточных организмов, и для микробных культур (популяций)2. Рост популяции складывается из роста и размножения отдельных клеток. При этом часть клеток может отмирать, часть образовываться вновь, и, если количество отмерших и образовавшихся вновь клеток будет одинаковым, то рост культуры бактерий в целом будет отсутствовать.

Развитие многоклеточного организма, равно как и микробной популяции, связано, во-первых, с изменением отдельных клеток и, во-вторых, с изменением соотношения между отдельными типами клеток (например, при увеличении числа спороносных клеток в бактериальной культуре).

В практике микробиологических производств обычно приходится иметь дело с культурами, состоящими из огромного числа клеток, и в некоторых случаях, например при изучении биологической очистки сточных вод, с сообществами, состоящими из различных популяций микроорганизмов. При этом большое значение имеет изучение микробной популяции в целом: изменения соотношения отдельных групп микроорганизмов, а также соотношения живых и мертвых клеток в ней, изменения показателей их биохимической активности, в частности, содержания ферментов. Очень важные показатели-прирост биомассы и скорость роста клеток.

Основу жизни составляет постоянный обмен веществ между живым организмом и окружающей средой. Прекращение такого обмена означает полное или временное выключение организма из жизни.

В процессе обмена живой организм постоянно обновляется, причем это обновление идет неравномерно: в одних частях организма обмен более интенсивный, в других-замедленный.

Одни органы растут и увеличиваются в объеме, другие сохраняют при этом прежние размеры. В отдельных случаях наблюдается так называемый отрицательный рост, который имеет место, например, при образовании спор у бактерий, когда клетка уменьшается в размерах. Кроме изменения размеров, обмен веществ влияет на химический состав организма. Например, в молодых растущих тканях процент воды выше, чем в старых.

Одно из следствий развития организма-размножение. Размножение большей частью связано с увеличением биомассы, т. е. с ростом. В процессе вегетативного деления каждая клеточка, разделившись, начинает расти и достигает размера материнской клетки, после чего в свою очередь приступает к делению. В результате размножения организмов обычно наблюдается значительное увеличение биомассы-суммарной массы всех клеток. Но размножение не всегда сопровождается увеличением биомассы. Так, гомогенные нити Sphaerotilus natans способны распадаться с образованием отдельных гонидий. Увеличения биомассы при этом не происходит. Возможен и противоположный процесс: рост без размножения. Например, при воздействии некоторых ядов бактериальные клетки интенсивно растут, но не делятся. В результате образуются гигантские патологические, так называемые L-формы бактерий.

У некоторых низших организмов рост без размножения закономерен. Примером может быть рост одноклеточного мицелия некоторых грибов.

При интенсивном росте развитие и размножение отсутствуют. Развитие без роста имеет место при образовании спор у бактерий. При этом в клетке сначала происходят биохимические изменения, а затем отрицательный рост.

Таким образом, рост, развитие и размножение клеток большей частью связаны прямой зависимостью, но в отдельных случаях соотношение их может быть различным. Эти закономерности сохраняются и для многоклеточных организмов, и для микробных культур (популяций)2. Рост популяции складывается из роста и размножения отдельных клеток. При этом часть клеток может отмирать, часть образовываться вновь, и, если количество отмерших и образовавшихся вновь клеток будет одинаковым, то рост культуры бактерий в целом будет отсутствовать.

Развитие многоклеточного организма, равно как и микробной популяции, связано, во-первых, с изменением отдельных клеток и, во-вторых, с изменением соотношения между отдельными типами клеток (например, при увеличении числа спороносных клеток в бактериальной культуре).

В практике микробиологических производств обычно приходится иметь дело с культурами, состоящими из огромного числа клеток, и в некоторых случаях, например при изучении биологической очистки сточных вод, с сообществами, состоящими из различных популяций микроорганизмов. При этом большое значение имеет изучение микробной популяции в целом: изменения соотношения отдельных групп микроорганизмов, а также соотношения живых и мертвых клеток в ней, изменения показателей их биохимической активности, в частности, содержания ферментов. Очень важные показатели-прирост биомассы и скорость роста клеток.

Размножение – свойство организмов. Деление клетки как основа роста, развития и размножения организмов

Размножени е – свойство живых организмов воспроизводить себе подобных.
Клеточный цикл – жизнь клетки от момента ее появления в процессе деления материнской клетки до ее собственного деления, включая это деление, или ее гибели.
Митоз – процесс непрямого деления соматических клеток эукариот, при котором наследственный материал сначала удваивается, а затем равномерно распределяется между дочерними клетками.
Амитоз – прямое деление клетки, при котором не происходит равномерного распределения ДНК между дочерними клетками.

2. Почему размножение считают одним из важнейших этапов индивидуального развития организмов?
Клетки живого существа не могут делиться бесконечно, иначе организм был бы бессмертен. В определенный период в клетках запускаются программы гибели. Чтобы оставить потомство, передать ему свою генетическую информацию, чтобы вид не исчез, организм должен размножаться.

3. Рассмотрите представленный на рисунке митотический цикл соматической клетки человека и заполните таблицу.

Митотический цикл соматической клетки

4. Назовите периоды митотического цикла клетки, обозначенные на рисунке выше буквами А и Б, и охарактеризуйте биологическое значение каждого из них.
А – интерфаза. Период подготовки к делению. В ее результате происходит накопление энергии для митоза, синтез белков микротрубочек для веретена деления. К концу интерфазы каждая хромосома состоит из двух хроматид. Это необходимо для дальнейшего деления клетки и равномерной передачи генетического материала между дочерними клетками.
Б – митоз. В его результате из одной клетки материнской образуется две дочерние с одинаковым, идентичным материнской клетке, набором хромосом. Так, воспроизводятся новые клетки с количественно и качественно новой генетической информацией. Митоз необходим для нормального развития и роста многоклеточного организма.

5. Заполните таблицу.

Фазы митоза

6. Что такое апоптоз? Каково его биологическое значение?
Апоптоз – это «запрограммированная» клеточная смерть. Нужен для того, чтобы организм постепенно старел и в конце погибал. Организм не должен быть бессмертен, должны появляться новые организмы-потомки, а вид – эволюционировать.

7. Что происходит в организме в результате нарушения процессов апоптоза?
В результате ослабления апоптоза возникают аутоиммунные заболевания и злокачественные опухоли. При усилении апоптоза возникают дегенеративные процессы, уродства с дефектами тканей.

8. Для каких клеток характерен амитоз? Приведите примеры.
При амитозе не происходит равномерного распределения ДНК между дочерними клетками. Иногда не происходит цитокинез и образуется двуядерная клетка. Амитоз характерен для клеток отмирающих тканей и злокачественных опухолей.

Бесполое размножение

Бесполое размножение – форма размножения, при котором делится одноклеточный организм или клетки многоклеточного организма и происходит образование дочерних особей.
Вегетативное размножение – вид бесполого размножения многоклеточного организма, при котором потомство развивается из группы родительских клеток.

2. Какова биологическая роль бесполого размножения?
Бесполое размножение позволяет быстро увеличивать численность данного вида в благоприятных условиях. Однако при таком размножении не происходит увеличения генетического разнообразия вида.

3. Составьте схему.

Половое размножение. Мейоз

1. Дайте определения понятий.
Половое размножение – форма размножения, при которой особи каждого следующего поколения возникают в результате слияния двух специализированных гаплоидных леток – гамет.
Половой процесс – процесс слияние половых клеток (гамет), в результате которого возникает зигота.
Мейоз – деление ядра эукариотической клетки с уменьшением числа хромосом в два раза.
Гаметы – репродуктивные клетки, имеющие гаплоидный набор хромосом и участвующие в половом размножении.

2. Какова биологическая роль полового размножения?
При половом размножении происходит увеличение генетического разнообразия вида. Потомки получают возможность адаптироваться к постоянно меняющимся условиям окружающей среды, и другие новые признаки.

3. Заполните таблицу.

Фазы мейоза

4. Закончите схему.

Изменение хромосомного набора клеток (n) и числа молекул ДНК (с) в процессе мейоза

5. Какие способы полового размножения вам известны?
Конъюгация – форма полового процесса, при котором происходит слияние двух физиологически равноценных клеток. Наблюдается у некоторых одноклеточных организмов.
Копуляция – половой процесс, слияние двух половых клеток (гамет); соединение двух особей при половом акте.
Изогамия – тип полового размножения, при котором женские и мужские гаметы неотличимы друг от друга.
Гетерогамия – тип полового размножения, при котором женские гаметы крупные и неподвижные (яйцеклетки), а мужские маленькие и подвижные (сперматозоиды).

6. Рассмотрите в учебнике рис. 51 на с. 123. Заполните таблицу.

Образование половых клеток (гаметогенез)

7. Охарактеризуйте биологическую сущность гаметогенеза.
Гаметогенез – это процесс образования половых клеток: из одной диплоидной клетки образуется 4 гаплоидных. Половые клетки должны иметь гаплоидный набор, чтобы при последующем половом размножении организма у его потомков сохранялся постоянный набор хромосом (генотип).

8. Рассмотрите рисунок. Определите, какие рисунки соответствуют митозу, а какие – мейозу. Объясните, по каким признакам вы провели различение этих процессов. Распределите цифровые обозначение (1-12) в соответствии с принадлежностью изображенных фаз к типам деления клетки, в последовательности их протекания.
На рисунках 2, 5, 7, 8 – показан митоз. Здесь мы видим 4 стадии, от начала образование хромосом с двумя хроматидами, до образования двух клеток с деспирализованными хромосомами. Все хромосом одной клетки – одного цвета.
На рисунках 1, 3, 4, 6, 9,10, 11, 12 изображен мейоз. Здесь мы можем увидеть два деления, в самом конце образуется 4 гаплоидных клетки. Хромосомы показаны с участками разных цветов, так как в диплоидной клетке находятся хромосомы мужские и женские, затем между ними происходит конъюгация и кроссинговер.
Митоз: 8, 2, 5, 7.
Мейоз: 4, 6, 1, 3, 9, 11, 10, 12.

Оплодотворение и его значение

1. Дайте определение понятий.
Оплодотворение – процесс слияния гамет.
Зигота – первая клетка нового организма, образовавшаяся в результате оплодотворения.
Двойное оплодотворение – половой процесс у покрытосеменных растений, при котором оплодотворяются как яйцеклетка, так и центральная клетка зародышевого мешка двумя спермиями.

2. Какова биологическая роль оплодотворения?
При оплодотворении сперматозоид сливается с яйцеклеткой. Только в результате этого процесса возникает зигота, содержащая генетический материал обоих родителей.

3. Чем внешнее оплодотворение отличатся от внутреннего?
Внешнее оплодотворение происходит вне организма самки, обычно в водной среде (рыбы, моллюски, земноводные).
При внутреннем оплодотворении «встреча» сперматозоида и яйцеклетки происходит в половых путях самки (наземные животные).

4. В чем суть двойного оплодотворения у цветковых растений?
Суть двойного оплодотворения – в образования диплоидной зиготы (1 спермий и яйцеклетка), из которой далее развивается зародыш семени, и слияния второго спермия с центральной диплоидной клеткой, в результате чего образуется триплоидная клетка. Из триплоидной клетки в будущем развивается эндосперм, в котором запасаются питательные вещества.

Сущность процессов воспроизведения и размножения

Воспроизведение — это способность организмов образовывать себе подобных. Воспроизведение является одним из важнейших свойств жизни и возможно благодаря общей способности организмов производить потомство. Однако не всегда непосредственные потомки подобны родительским особям. Например, из спор папоротника вырастает многочисленное потомство, представленное заростками, не похожими на материнское спороносное растение. На заростке, в свою очередь, возникает непохожее на него растение — спорофит. Такое явление получило название чередование поколений.

Если образование потомства сопровождается увеличением числа особей данного вида, то такой процесс представляет собой размножение. Размножение — это воспроизведение генетически сходных особей данного вида, которое характеризуется увеличением числа особей в дочернем поколении по сравнению с поколением родителей.

При размножении обеспечивается преемственность и непрерывность жизни. Преемственность заключается в том, что в процессе воспроизведения передается вся генетическая информация, заложенная в родительском поколении, дочернему поколению. Благодаря смене поколений определенные виды и их популяции могут существовать неограниченно долго, так как снижение их численности вследствие естественной гибели особей компенсируется за счет постоянного воспроизведения организмов и замещения умерших родившимися (непрерывность жизни).

Виды организмов, будучи представлены смертными особями, благодаря смене поколений не только сохраняют и передают потомкам основные черты своего строения и функционирования, но и изменяются. Наследственные изменения организмов в размножения наблюдается у некоторых водорослей и простейших (фораминифер, споровиков).

Спорообразование встречается у водорослей, простейших (споровики) и некоторых групп бактерий. Этот тип размножения связан с образованием спор. Спора представляет собой клетку, покрытую плотной оболочкой. Последняя надежно защищает внутреннее содержимое клетки от воздействия неблагоприятных условий. Бактериальные споры, например, оказываются очень устойчивыми к воздействию высоких температур. У споровиков споры являются особой стадией жизненного цикла, позволяющей «переживать» действия неблагоприятных факторов среды. Попав в благоприятные условия, спора прорастает и развивается в новый организм.

Бесполое размножение многоклеточных организмов. Вегетативное размножение — форма бесполого размножения у растений, при котором начало новому организму дают вегетативные органы — корень, стебель, лист, либо специализированные видоизмененные побеги — клубни, луковицы, корневища, выводковые почки и т. п.

В основе фрагментации, как и в случае вегетативного размножения, лежит способность организма восстанавливать недостающие органы и части тела (регенерация). При этом способе размножения новые особи возникают из фрагментов материнского организма. Фрагментацией могут размножаться, например, нитчатые водоросли, грибы, некоторые плоские (ресничные) и кольчатые черви.

Почкование характерно для губок, некоторых кишечнополостных (гидры) и оболочников (асцидии), у которых за счет размножения группы клеток на теле образуются выпячивания (почки). Почка увеличивается в размерах, затем у нее появляются зачатки всех структур и органов, характерных для материнского организма. Потом происходит отделение (отпочковывание) дочерней особи, которая растет и достигает размеров материнского организма. Если дочерние особи не отделяются от материнской, то формируются колонии (коралловые полипы).

У некоторых кишечнополостных встречается размножение стробиляцией. При этом полип интенсивно растет, а затем в верхней части делится поперечными перетяжками на дочерние особи (стробилы). В это время полип напоминает стопку тарелок. Образовавшиеся дочерние особи — медузы — отрываются от материнской и начинают самостоятельное существование.

Бесполое размножение одноклеточных организмов. Бактерии и простейшие (амебы, эвглены, инфузории и др.) размножаются делением клетки надвое. Бактерии делятся простым бинарным делением; простейшие — митозом. После деления дочерние клетки растут и, достигнув величины материнского организма, снова делятся.

В природе наблюдаются случаи, когда клетки делятся не на равные части. В этом случае меньшая клетка как бы отпочковывается от большой. Подобный тип деления (гетеротомия) встречается у дрожжей и некоторых бактерий, и его называют почкованием.

Множественное деление (шизогония) характеризуется тем, что при таком размножении наблюдается многократное деление ядра без деления цитоплазмы. Далее вокруг каждого из ядер обособляется небольшой участок цитоплазмы, и деление клетки завершается образованием множества дочерних особей. Такой тип ряду поколений приводят к изменению вида или к возникновению новых видов.

Обычно различают два основных типа размножения: бесполое и половое. Половое размножение связано с образованием половых клеток — гамет, их слиянием (оплодотворением), образованием зиготы и дальнейшим ее развитием. Бесполое размножение не связано с образованием гамет.

Источник : Н.А. Лемеза Л.В.Камлюк Н.Д. Лисов "Пособие по биологии для поступающих в ВУЗы"

Сравните сущность процессов роста, размножения и обмена веществ в неживой природе и у живых организмов. Приведите примеры свойств, характерных для живого организма, которые можно наблюдать и у неживых объектов.

Ответы:

И живые тела, и неживые объекты состоят из различных веществ и реально существуют в природе. Кроме того, на обе эти категории распространяются одни и те же законы химии, физики и механики. В качестве сходства можно также назвать свойство отвечать на раздражения внешней среды («свойство отражения»). Признаки живых организмов, отличающие их от неживой материи Способность к репродукции и самовоспроизведению с помощью механизма наследственности. Микроскопические структуры, известные под именем «генов», отвечают за передачу признаков особей, участвующих в размножении. Благодаря этому живые организмы способны поддерживать свою численность и сохранять свои свойства из одного поколения в другое. Способность изменяться, приспосабливаясь к изменяющимся условиям окружающей среды. Здесь имеются в виду сразу два свойства живых тел – это возможность менять свои свойства в соответствии с новыми условиями жизни и передача этих новых свойств следующим поколениям. Таким образом, организмы облегчают не только своё существование, но и обеспечивают жизнеспособность следующих генераций. Обмен веществ и зависимость от энергии. Все живые организмы существуют в постоянной взаимосвязи с окружающим миром. Они постоянно потребляют энергию (растения – солнечный свет, животные – пищу и т.д.), с прекращением поступления энергии прекращается и жизнь существа. Кроме этого, продукты переработки энергии организмом поступают обратно в окружающую среду, обеспечивая непрерывный обмен веществами между различными системами. Единство состава и саморегуляция. Основными веществами, из которых состоят организмы, являются азот, углерод, кислород и водород. Поддержание постоянства этого состава и процессов, происходящих внутри организма – это одна из его главных функций. Движение и рост. Эти свойства присущи и предметам неживым, поэтому это не является кардинальным различием. Однако, движение и развитие живых тел серьёзно отличается от аналогичных механизмов у неживых. Если объекты неживой природы способны передвигаться и расти только под воздействием на них внешних сил (ветер, движение тектонических плит и т.д.), то живые организмы способны двигаться сами по себе при помощи собственных органов. Свойство отражения, характерное и для неживой материи. Но если реакции неживых тел зависят от физических законов, то ответ на раздражение у живых организмов неодинаков и избирателен. К примеру, медоносные растения по-разному отзываются на появление пчёл и насекомых-вредителей. В то время как камешек, лежащий на краю горы, одинаково отреагирует на движение горных пород или толчок от клюва птицы – покатится вниз под действием силы тяжести.