РАЗНООБРАЗИЕ ОРГАНИЗМОВ.
Жизнь на Земле чрезвычайно многообразна.
Живые существа впервые появились на Земле примерно три с половиной миллиарда лет назад. Их потомки достигли такого большого разнообразия, что в настоящее время число видов, населяющих Землю, достигает нескольких миллионов.
Среди них есть организмы, состоящие из одной клетки — одноклеточные формы (бактерии и дрожжи), организмы, состоящие из множества клеток — многоклеточные.
Весь мир живых организмов подразделяется на две большие группы:
1. Доядерные прокариоты (от греч. «про» — раньше и «карион» — ядро) — организмы, имеющие ядерное вещество, но не имеющие ядерной оболочки.
2. Ядерные эукариоты (от греч. «эу» — настоящий и «кариос» — ядро) — имеют оформленное ядро с ядерной оболочкой.
Базируясь на основных признаках проявления жизни, особенностях строения и жизнедеятельности организмов, весь современный мир живого на планете систематики делят на 4 царства:
Дробянки (Бактерии), Растения, Грибы, Животные.
Вместе с тем, к этому перечню царств следует добавить представителей доклеточных форм жизни, выделенных в отдельную группу, занимающую промежуточное положение между живой и неживой природой — вирусы (от лат. «вирус» — яд). Это «неклеточные формы жизни», так как они проявляют признаки жизни, только проникая в клетки живых организмов.
Вирусология — наука, изучающая неклеточные формы жизни. В 1892 г. Д.И. Ивановским был открыт вирус табачной мозаики; в 1917 г. открыт бактериофаг — вирус, поражающий бактерии. Вирусы являются возбудителями ряда опасных заболеваний: оспы, гепатита, энцефалита, краснухи, кори, бешенства, гриппа и др.
В отличие от клеточных организмов у вирусов отсутствует собственная система метаболизма. Это внутриклеточные паразиты. Вирусы вносят в клетку только свою генетическую информацию. С матрицы вирусной ДНК или РНК — синтезируется иРНК для образования вирусных белков рибосомами инфицированной клетки. Молекула ДНК вирусов, или их геном (совокупность генов), может встраиваться в хромосомы клетки хозяина, не проявляя себя неопределенно долгое время.
Происхождение вирусов. Вирусы представляют собой автономные генетические структуры; предположительно это — обособившиеся генетические элементы клеток, которые эволюционировали вместе с клеточными формами.
Строение вирусов. Существуют ДНК- и РНК-содержащие вирусы. Просто организованные вирусы представляют собой нуклеопротеиды, т. е. состоят из нуклеиновой кислоты и нескольких белков, образующих оболочку – капсид (вирус табачной мозаики). Сложно организованные вирусы имеют дополнительную оболочку — белковую или липопротеиновую (вирусы гриппа, герпеса).
Действие вируса на клетку. Вместе с капельками жидкости межклеточной среды случайно внутрь клетки могут попадать вирусы, предварительно связавшись с особым белком-рецептором на ее поверхности. Рецепторный механизм проникновения вируса в клетку обеспечивает специфичность инфекционного процесса. Так, вирус СПИДа (синдром приобретенного иммунодефицита), содержащий в качестве носителя генетической информации РНК, специфически связывается с клетками крови лейкоцитами, отвечающими за иммунологическую защиту организма. Бактериофаг вводит полый стержень в клетку бактерии и выталкивает через него ДНК (или РНК), находящуюся в головке.
Геном бактериофага попадает в цитоплазму, а капсид остается снаружи. Инфекционный процесс начинается с проникновения в клетку вирусов и их размножения. Происходят редупликация вирусного генома и самосборка капсида. Накопление вирусных частиц приводит к выходу их из клетки вследствие «взрыва», в результате чего целостность клетки нарушается, и она погибает, либо путем почкования (экзоцитоза).
| Классификация форм размножения |
Красная обводка – нажать!
Различают следующие формы размножения:
1. 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, используется многоклеточными организмами, как правило, в особых ситуациях, требующих сохранения жизни.
Виды деления:
а) простое бинарное деление (прокариоты), например, амёба
б) митотическое бинарное деление (простейшие, одноклеточные водоросли), например, хламидомонада
в) множественное деление, или шизогонию (например, малярийный плазмодий, трипаносомы).
г) шизогония с конъюгацией (обменом генетическим материалом). Во время деления параме́ции, или инфузории туфельки (лат. Paramecium), микронуклеус делится митозом, макронуклеус — амитозом. Во время шизогонии сперва многократно митозом делится ядро, затем каждое из дочерних ядер окружается цитоплазмой, и формируются несколько самостоятельных организмов.
д) 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).
е) фрагментация — 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.
ж) полиэмбриония — способ бесполого размножения, при котором новые особи образуются из фрагментов (частей), на которые распадается эмбрион (монозиготные близнецы). Однояйцевые близнецы человека образуются, когда зародыш проходит стадию полиэмбрионии, поэтому правильный ответ на вопрос, какими способами может размножаться человек, звучит так: основной способ – половой, дополнительно человек может проходить стадию бесполого размножения в случае развития однояйцевых близнецов.
з) спорообразование — размножение посредством спор. Споры — специализированные клетки, у большинства видов образуются в особых органах — спорангиях. У высших растений образованию спор предшествует мейоз.
и) 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).
к) вегетативное размножение — см. способы бесполого размножения, при котором новые особи образуются или из частей вегетативного тела материнской особи, или из его 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).
ПОЛОВОЕ РАЗМНОЖЕНИЕ
2. Половое размножение осуществляется при участии двух родительских особей (мужской и женской), у которых в особых органах образуются специализированные клетки — гаметы с гаплоидным (одинарным) набором хромосом. Процесс формирования гамет называется гаметогенезом; основным этапом гаметогенеза является мейоз ( см. ). Дочернее поколение развивается из зиготы — клетки, образовавшейся в результате слияния мужской и женской гамет. Процесс слияния мужской и женской гамет — оплодотворение. Обязательным следствием полового размножения является перекомбинация генетического материала у дочернего поколения, в отличие от простого наследования генетического материала, которое происходит при простом делении. Значение перекомбинации генетического материала трудно переоценить – оно обеспечивает наследование генетической информации от обоих родителей, то есть делает доступным наследование прогрессивных наследственных признаков для всей популяции. Именно поэтому все высшие растения и животные размножаются половым путем. Примером передачи наследственной информации у человека может быть наследование групп крови.
У простейших представителей животного и растительного мира наблюдаются смешанные и переходные варианты обмена генетической информацией:
а) конъюгация (временное соединение особей для обмена информацией, как это происходит у инфузорий) – см.0128
б) копуляция (слияние особей для оплодотворения) у одноклеточных животных, а также при оплодотворении у представителей разных царств.
в) партеногенез – является особым случаем полового размножения у некоторых животных (тли, трутни пчелы). Биологический смысл партеногенеза – быстрое восстановление или регулирование численности популяции, то есть это временный механизм в большинстве популяций. В этом случае новый организм развивается из неоплодотворенного яйца, но до этого всегда происходит образование гамет.
г) гермафродитизм. Часто встречается у кишечнополостных, моллюсков, круглоротых и т.д., то есть у животных с простой организацией тела. У высших животных – исключение из правила, чаще всего, это пороки развития. Преимущество обоеполости - возможность самооплодотворения в случае отсутствия полового партнера. При наличии полового партнера, как правило, наблюдается перекрестное оплодотворение.
д) двойное оплодотворение – особенность полового размножения у покрытосеменных растений:в пыльнике цветка образуются гаплоидные пыльцевые зерна, ядра которых делятся на два – генеративное и вегетативное. Попав на рыльце пестика, пыльцевое зерно прорастает, образуя пыльцевую трубку. Генеративное ядро делится еще раз, образуя два спермия. Один из них, проникая в завязь, оплодотворяет яйцеклетку, а другой сливается с двумя полярными ядрами двух центральных клеток зародыша, образуя триплоидный эндосперм.
При половом размножении особи разного пола образуют гаметы, то есть клетки с одинарным набором хромосом. Женские особи производят яйцеклетки, мужские – сперматозоиды, обоеполые особи (гермафродиты) производят и яйцеклетки, и сперматозоиды. В зависимости от особенностей строения гамет, выделяют 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.
Конъюгация (4) – форма полового размножения, при которой клетки обмениваются генетическим материалом, а потом расходятся по своим делам. Не все выделяют конъюгацию, как отдельный вид полового размножения.
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.