Размножение и развитие организмов

 

 

 

Раздел: «Размножение и развитие организмов»

(16 часов)

 

 

Микроскопическая фотография митоза клетки животных.

Профаза (внизу) – хромосомы свободно расположены в цитоплазме;

метафаза (слева) – хромосомы упорядоченно лежат в одной плоскости;

анафаза (вверху) – хромосомы расходятся к полюсам клетки.

 

 

 

 

 

 

I. Деление клетки. Митоз. Амитоз.

 

1. Способы деления клетки.
2. Митоз.
3. Биологическое значение митоза.
4. Амитоз.
5. Строение хромосом.
6. Строение клеточного центра.

 

1. Способы деления клетки.

Размножение составляет одну из важнейших характеристик  сущности жизни. К размножению способны все без исключения живые организмы, от бактерий до млекопитающих. Существование каждого вида животных и растений, преемственность между родительскими особями и их потомством поддерживаются только благодаря размножению.

На молекулярном уровне процесс, который можно условно  назвать размножением, выражается в  уникальной способности ДНК к  самоудвоению ее молекул. На уровне клетки к размножению путем деления способны такие органоиды, как митохондрии и хлоропласты. Клетки одноклеточных и многоклеточных организмов размножаются делением.

Клеточный цикл – период деления клетки от одного деления до другого или до естественной гибели. Клеточный цикл делят:

1. интерфаза  – период между делениями клетки;

2. собственно деление клетки.

Интерфаза подразделяется:

1. G_о – фаза клетки сразу после деления материнской клетки;
2. G₁ – пресинтетическая фаза – клетка готовится к делениюи синтезу ДНК;
3. S – синтетическая фаза – ДНК и центриоли удваиваются активно синтезирует белки и РНК;
4. G_о – постсинтетическая фаза – клетка накапливает энергию, активно синтезирует белки и РНК.

Собственно  деление клетки может осуществляться митозом (непрямое деление клетки), мейозом (редукционное деление клетки) и амитозом (прямое деление клетки).

2. Митоз.

Основной способ деления эукариотической клетки – митоз. Подготовка клеток к делению начинается в период интерфазы. Один из важнейших подготовительных процессов – синтез ДНК, т.е. удвоение ее молекулы, происходящее в середине периода интерфазы. Таким образом, к митозу приступают клетки, содержащие удвоенное после синтеза количество ДНК. В митозе различают четыре фазы профазу, метафазу, анафазу, телофазу.

Во время профазы в ядре появляются тонкие нити – хромосомы. Они спирализуются и начинают укорачиваться и утолщаться. К концу профазы у хромосомы можно определить размеры, форму, строение, число. Каждая хромосома – это удлиненное плотное тельце, состоящее из нескольких частей, отделенных друг от друга перетяжками. Различают первичную перетяжку, или центромеру. На хромосоме может быть и вторичная перетяжка. Каждая хромосома состоит из двух свернутых в спираль нитей (молекул) ДНК, которые называют хроматидами или дочерними хромосомами. Во время профазы центриоли, а их две в каждой клетке, расходятся к противоположным полюсам клетки и между ними образуется веретено деления. В конце профазы ядерная оболочка растворяется и хромосомы свободно располагаются в цитоплазме, ядрышки исчезают. Падает синтез белка.

Во время метафазы завершается образование веретена деления и хромосомы располагаются в экваториальной плоскости веретена. Хромосомы образуют метафазную пластинку, и каждая хромосома прикрепляется своим центральным участком (центромерой) к одной из нитей веретена. У каждой хромосомы происходит отделение, обособление хроматид друг от друга.

Когда все хромосомы  оказываются прикрепленными к нитям  веретена, хроматиды каждой хромосомы  начинают расходиться к полюсам  клетки: к одному полюсу отходит одна хроматида, к противоположному – другая. Начало расхождения хроматид к полюсам клетки означает, что наступила следующая фаза митоза – анафаза. Во время анафазы хроматиды (дочерние хромосомы) расходятся к полюсам клетки. Движение хромосом осуществляется благодаря нитям веретена, которые сокращаются и растягивают дочерние хромосомы от экватора к полюсам клетки. При движении хромосом используется энергия АТФ.

Последняя фаза митоза – телофаза. Во время телофазы приблизившиеся к полюсам клетки хромосомы начинают раскручиваться и снова приобретают форму длинных нитей, переплетающихся друг с другом, что характерно для неделящегося ядра. В дочерних ядрах вновь образуется ядерная оболочка, формируется ядрышко и полностью восстанавливается характерное для интерфазы строение ядра. На протяжении телофазы происходит и деление цитоплазмы, в результате которого две дочерние клетки отделяются друг от друга. Эти клетки по строению полностью сходны с материнской.

3. Биологическое значение митоза.

В результате митоза каждая дочерняя клетка получает точно такие же хромосомы, какие имела материнская клетка. Число хромосом в обеих дочерних клетках равно числу хромосом материнской клетки. Биологическое значение митоза заключается в строго равномерном распределении хромосом между ядрами двух дочерних клеток. Это значит, что митоз обеспечивает точную передачу наследственной информации каждому из дочерних ядер.

Если нарушается нормальный ход митоза и в дочерней клетке хромосом окажется меньше или  больше, чем в материнской, то это приведет, либо к гибели, либо к существенным изменениям в жизнедеятельности клетки – к возникновению мутаций.

Основу генетического  критерия вида составляет число хромосом в клетке, которое постоянно для каждого вида живых организмов.

Хромосомы, содержащиеся в ядре одной клетки, всегда парные, т.е. в ядре имеются две одинаковые, или гомологичные, хромосомы, которые составляют одну пару. Так, 46 хромосом человека образуют 23 пары, в каждой паре две одинаковые хромосомы Хромосомы разных пар отличаются друг от друга размерами, формой, местами расположения первичных и вторичных перетяжек.

Совокупность  хромосом, содержащихся в одном ядре, носит название хромосомного набора. Хромосомный набор характерен для каждого вида организмов.

    

В любом многоклеточном организме различаются две категории клеток: соматические (неполовые), которые входят в состав всех тканей и органов тела, и половые клетки. Ядра соматических клеток содержат диплоидный (двойной) набор хромосом. Ядра половых клеток содержат гаплоидный, т. е. одинарный, набор хромосом. Так, если диплоидный набор ржи включает 14 хромосом, то гаплоидный набор имеет 7 хромосом. Если диплоидный набор человека содержит 46 хромосом, то гаплоидный набор равен 23 хромосомам. В гаплоидном наборе от каждой пары остается только одна хромосома. Число хромосом и диплоидного и гаплоидного набора постоянно для каждого вида организмов.

4. Амитоз.

Это деление  клетки, у которой ядро находится  в интерфазном состоянии. Во время деления не происходит конденсация хромосом и образования веретена деления. Ядро делится путём перетяжки. Часто деление ядра не сопровождается последующим делением цитоплазмы, что приводит к образованию многоядерных клеток. Амитоз не обеспечивает равномерного распределения генетического материала между дочерними ядрами. Он встречается в дифференцированных (клетки печени), временных (эндосперм у растений) или отмирающих тканях. Клетка, претерпевшая амитоз, в дальнейшем не способна вступать в нормальный митотический цикл.

5. Строение хромосом.

Хромосомы – важнейшая составная часть ядра. В неделящихся ядрах хроматин имеют форму тончайших нитей. Это тончайшие нити, каждая из которых представляет одну молекулу ДНК в соединении с белком. Во время деления клетки хроматин максимально конденсируется, образуя плотные палочковидные структуры – хромосомы. По окончании деления хромосомы вновь переходят в деконденсированное состояние. Иногда часть его остаётся плотно спирализованной – гетерохроматин. Деконденсированные участки хроматина – эухроматин. Нитевидные хромосомы неделящихся ядер располагаются в ядерном соке, переплетаются между собой. Отрезок молекулы ДНК, содержащий информацию о первичной структуре одного определённого белка – ген. Важнейший процесс, совершающийся только в период интерфазы, – это синтез ДНК, в результате которого каждая хромосома удваивается. В основе синтеза лежит уникальная способность молекулы ДНК к удвоению. Синтез ДНК протекает в середине интерфазы, и продолжительность его различна у разных видов животных и растений. Следовательно, если до начала синтеза в состав одной хромосомы входила одна молекула ДНК, то после завершения синтеза в состав каждой хромосомы входят две совершенно одинаковые молекулы ДНК.

Кариотип – совокупность числа, величины и морфологии хромосом.

Форма хромосом зависит от расположения первичной  перетяжки (центромеры) – области хромосомы, в которой сестринские хроматиды тесно соединены друг с другом. Центромера делит хромосому на два плеча, концевые участки которых называются теломерами. В зависимости от расположения центромеры различают:

1. метацентрические – плечи одинаковой длины;
2. субметацентрические – одно плечо длиннее другого;
3. акроцентрические – одно плечо намного превышает другое;
4. телоцентрические – второе плечо практически не различимо.

Некоторые хромосомы  имеют вторичную перетяжку, в  области которой располагается  ядрышковый организатор – участок  хромосомы, на котором в интерфазном  ядре происходит образование ядрышка.

Функция хромосом – хранение и передача наследственной информации.

6. Строение клеточного центра.

Находится в клетках животных вблизи ядра. Основную его часть составляют два маленьких тельца – центриоли со специфическими структурами, расположенные в небольшом участке уплотненной цитоплазмы. В клетках обычно присутствует пара центриолей – диплосома. Различают материнскую и дочернюю центриоли, лежащие под углом 90^оС друг к другу. Каждая центриоль имеет форму полого цилиндра, состоящего из девяти триплетов микротрубочек. Каждый триплет расположен под углом 45^оС к радиусу цилиндра. Внутри цилиндра располагается «тележное колесо», которое состоит из центральной втулки и девяти спиц. Перед делением клетки диплосома удваивается. Центриоли отходят друг от друга на небольшое расстояние, и рядом с каждой образуется новая центриоль. Образовавшиеся диплосомы расходятся к противоположным полюсам клетки. Центриоли играют важную роль при делении клетки; они участвуют в образовании веретена деления.

 

Фронтальный опрос:

1. Перечислите способы деления клетки.
2. Назовите фазы митоза.
3. Какие изменения претерпевают хромосомы во время митоза?
4. Какова биологическая сущность митоза?
5. В каких клетках содержится диплоидный набор хромосом?
6. Какие клетки имеют, гаплоидный набор хромосом?
7. Что из себя представляет амитоз?
8. Вспомните строение и функции хромосом.
9. Вспомните строение и функции клеточного центра.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II. Формы размножения организмов.

 

1. Бесполое размножение.
2. Половое размножение.
3. Образование половых клеток.
4. Строение половых клеток.

 

1. Бесполое размножение.

В бесполом размножении  принимает участие только одна родительская особь, которая делится, почкуется или образует споры. В результате формируются две или больше дочерних особей, сходных по своим наследственным признакам с родительской особью. Виды бесполого размножения:

1. Бинарное деление  клетки. У бактерий и сине–зеленых водорослей отсутствует мейоз. Их тело делится пополам и образуются две дочерние особи, каждая из которых представляет собой целый самостоятельный организм. Делением на две и больше частей размножаются простейшие (амебы, эвглены, инфузории, споровики), одноклеточные зеленые водоросли; их клетки делятся путем митоза.

2. Почкованием размножаются дрожжевые организмы, гидры, гидроидные и коралловые полипы и ряд других беспозвоночных. При почковании небольшой участок тела родительской особи отделяется, т.е. отпочковывается, растет и превращается в новую особь. Ряд видов плоских червей, морские звезды могут размножаться разделением их тела на несколько частей, каждая из которых восстанавливает недостающие органы и превращается в целый организм, идентичный родительской особи.

3. Большинство растений размножается бесполым путем с помощью спор – гаплоидных клеток, покрытых плотной оболочкой и устойчивых к действию неблагоприятных условий внешней среды. Споры образуются преимущественно у наземных растений. Водоросли и некоторые грибы, обитающие в воде, размножаются зооспорами, которые имеют жгутики и активно передвигаются в водной среде. Споры же наземных растений неподвижны и пассивно переносятся ветром, водой, животными.