Занятие 4

Размножение – это способность организма производить себе подобных представителей того же вида. В процессе размножения особи родительского поколения передают потомкам генетическую информацию, обеспечивающую воспроизведение у них как признаков конкретных родителей, так и вида, к которому они принадлежат. Благодаря размножению осуществляется смена и материальная преемственность поколений. В ходе размножения создаются уникальные комбинации наследственного материала и закрепляются возникающие у отдельных особей наследственные изменения. Это обусловливает генетическое разнообразие особей в пределах вида и служит основой для изменчивости вида и дальнейшей его эволюции. Таким образом, размножение, а точнее осуществление в ходе размножения смены поколений, служит непременным условием поддержания во времени биологических видов и жизни как таковой.

Выделяют два основных типа размножения: бесполое и половое. При бесполом размножении дочерний организм образуется при участии одной родительской особи и является ее генетической копией. При половом размножении потомок сочетает в себе генетическую информацию двух родительских особей и отличается от них

Процесс индивидуального развития особи, т.е. всю совокупность преобразований с момента образования зиготы до прекращения существования организма, называют онтогенезом. У видов, размножающихся бесполым путем, онтогенез начинается с обособления одной или группы клеток материнского организма. У видов с половым размножением он начинается с оплодотворения яйцеклетки. У прокариотических и одноклеточных эукариотических организмов онтогенез представляет собой, по сути, клеточный цикл, обычно завершающийся делением или гибелью клеток. В ходе индивидуального развития многоклеточные организмы претерпевают ряд закономерных процессов: становление морфофункциональных черт, присущих определенному биологическому виду, рост организма, осуществление специфических функций, достижение половой зрелости, размножение, а также старение и смерть. Основу процесса индивидуального развития составляет наследственная информация, получаемая организмами от родителей и представляющая собой инструкцию о времени, месте и характере частных механизмов развития. Онтогенез есть процесс реализации наследственной информации особи в определенных условиях среды. 

Рост развивающегося многоклеточного организма связан с делением клеток. В закончившем рост организме клетки продолжают делиться для восполнения потерь из-за гибели поврежденных или изношенных клеток. Темп деления одноклеточных организмов лимитируется обычно лишь скоростью поступления в клетку питательных веществ и скоростью их внутриклеточного использования, а в многоклеточном организме разные клетки делятся с разной скоростью, регулируемой организмом в целом, и количество клеток каждого типа остается на уровне, оптимальном для организма. У животных некоторые клетки, такие как нейроны, эритроциты и скелетные мышечные волокна, в зрелом состоянии не делятся. Другие клетки, например, эпителиальные клетки кишечника, легких и кожи делятся быстро и постоянно на протяжении всей жизни организма. Остальные клетки занимают промежуточное положение ­ они могут делиться, но редко. В результате длительность клеточного цикла (частота деления) составляет для разных клеток от 8 ч до 100 дней и более. Такая же картина наблюдается и у многоклеточного растительного организма.

В клеточном цикле выделяют 4 фазы: 1) S ­ фаза репликации ДНК; 2) М (митоз) – фаза деления клетки; 3) G1  ­ период между фазой М и началом синтеза ДНК; 4) G2 ­ период между завершением синтеза ДНК и последующей фазой М. Фазы G1, S и G2 составляют интерфазу (обычно занимает не менее 90% всего клеточного цикла). Различие между быстро и медленно делящимися клетками состоит в продолжительности фазы G1. Некоторые медленно делящиеся клетки могут оставаться в фазе G1 многие месяцы и даже годы. Время от начала фазы S до окончания деления практически постоянно и не коррелирует с темпом деления. Специальными обработками (например, ограничивая поступление питательных веществ или добавляя небольшие количества ингибиторов белкового синтеза) можно искусственно затормозить деление клеток. Во всех этих случаях клетки задерживаются в фазе G1. Однако в конце этой фазы есть определенный момент, после которого клетки неизбежно завершают весь цикл, проходя его с обычной скоростью, не зависящей от внешних условий. Этот момент называется точкой рестрикции (точка R).

        Митоз – это способ деления соматических эукариотических клеток, при котором из одной диплоидной клетки образуется 2 дочерние диплоидные клетки, генетически идентичные родительской. В митозе выделяют 4 стадии: профаза; метафаза; анафаза; телофаза; а также цитокинез (рис. 5).

Профаза. В ядре исчезают ядрышки. Оболочка ядра разрушается, и хромосомы (в виде клубка из тонких нитей) оказываются лежащими в цитоплазме. Распад кариолеммы на мелкие фрагменты вызывается специфическим фосфорилированием белков ядерной ламины. В хромосомах с каждой стороны центромеры образуются кинетохоры, которые служат еще одним местом сборки микротрубочек. Пучки этих микротрубочек отходят от обеих сторон каждой хромосомы и удлиняются в направлении клеточных центров. Формула клетки – 2n4c, где n ­ количество хромосом, а с – молекул ДНК (хроматид)

Метафаза. Двухроматидные хромосомы выстраиваются в плоскости экватора точно посередине клетки. От каждой хромосомы отходят два пучка микротрубочек. Они связывают ее с противоположными полюсами деления (разделившийся бывший клеточный центр). Возникающая симметричная фигура из микротрубочек называется веретеном деления. Оно содержит около 108 молекул тубулина. В метафазе число хромосом легко подсчитать. Оно в каждой клетке данного вида организма строго постоянно. Хромосомы укорачиваются и утолщаются, приобретая вид сильно изогнутых палочковидных структур. Формула клетки – 2n4c

Анафаза. Хроматиды (сестринские хромосомы) отделяются друг от друга и перемещаются к полюсам, поэтому в клетке можно увидеть фигуры, напоминающие две звезды. Хромосомы имеют вид шпильки. Центромеры направлены к полюсам. а плечи расходятся под углом друг к другу. Формула клетки –  4n4c.

Телофаза. У противоположных полюсов клетки видны рыхлые клубки из частично деспирализованных хромосом. В центре клетки начинает формироваться перетяжка или перегородка, которая делит материнскую клетку на две дочерние. Формируется ядрышко. Формула клетки – 2n2c.

Цитокинез. Это стадия разделения цитоплазмы клетки, которое происходит в результате образования перетяжки в животной клетке или формирования срединной пластинки (фрагмопласта) у растений.

(https://yandex.ru/)

Рис. 5. Митотическое деление клетки

Работа 1. Изучение поведения хромосом во время митоза  

Задание 1. Рассмотрите рис. 5 и 6. Заполните таблицу 5, используя теоретический материал пособия и собственные знания.

Таблица 5. Особенности стадий митоза

Стадия	Особенности (кратко)	Длитель ность	Формула клетки	Схематическое изображение
Интерфаза:     G1
S
G2
Митоз:    П
М
А
Т
Цитокинез

 Рис. 6. Поведение пары хромосом во время митоза

Задание. 2 Зарисуйте клетки на различных стадиях митоза и в интерфазе с помощью рис. 5,6. На рисунке должны быть обозначены: 1) интерфаза (ядро, цитоплазма, хроматин); 2) профаза (хромосомы); 3) метафаза; 4) анафаза; 5) телофаза (ядра дочерних клеток).

Работа 2. Изучение поведения хромосом во время мейоза

Схема поведения хромосом «условной» клетки при мейозе изображена на рис. 7.

Задание 1. Зарисовать схему мейоза (рис. 7). Сделать подписи к рисунку.

Рис.7. Схема поведения хромосом при мейозе

Задание 2. Установите соответствие между характеристиками стадий митоза и мейоза в двух столбцах, приведенных в таблице 6.

Таблица 6. Установите соответствие между характеристиками стадий митоза и мейоза в двух столбцах

А	Мейоз включает	1	2 n
Б	В митозе клетки имеют	2	n
В	Вследствие кроссинговера в одну гаплоидную клетку могут попасть	3	обмен идентичными участками гомологичных хромосом
Г	В мейозе клетки имеют	4	оплодотворенная яйцеклетка
Д	Половая клетка называется	5	46
Е	Конъюгация это	6	гамета
Ж	Кроссинговер это	7	тесное сближение гомологичных хромосом
З	Число хромосом у человека	8	2 последовательных деления
И	Биологическая сущность мейоза	9	46
К	Зигота это		редукция числа хромосом, способствующая поддержанию постоянства набора хромосом в поколениях

Работа 3. Характер дробления и типы бластул у различных животных

Задание 1. Используя учебник и рисунок 8, изучить характер дробления и типы бластул у ланцетника, лягушки и птицы. Зарисовать.

(https://yandex.ru/images/)

 Рис. 8. Характер дробления и типы бластул у различных животных

 Работа 4. Типы гаструляции

Задание 1.Ознакомиться с типами гаструляции (рис. 9), зарисовать их

Рис. 9. Типы гаструляции

Задание 3. Изучить схему образования комплекса осевых органов у ланцетника  (рис.10) и зарисовать.

Рис.10. Образование комплекса осевых органов у ланцетника (поперечный срез)

Работа 5. Решение задач

 1.             В соматических клетках пчелиной матки содержится 32 хромосомы. Определите число хромосом в соматических клетках трутня, развивающихся из яйца этой матки. Ответ объясните.

2.             Определите количество хромосом и хроматид в клетке дрозофилы на разных стадиях интерфазы, митоза и мейоза.

3.             Определите массу ДНК в клетке человека в интерфазе и на разных стадиях митоза, если известно, что в диплоидной соматической клетке  после митоза она составляет 6х10-6 мкг

4.             В соматических клетках лука содержится 16 хромосом. Определите число хромосом в яйцеклетке, микроспоре, клетках зародыша, яйцеклетке, ситовидной трубке.

5.             Определите число сперматоцитов 1 и 2 порядка и число сперзматозоидов, образовавшихся из одного оогония.

При разработке содержания занятия использованы источники:

1.               Дымшиц, Д.М. Общая биология: практикум / Д.М. Дымшиц и др. - М.: Просвещение, 2008. - 143с.

2.              Цибулевский, А.Ю. Биология для поступающих в вузы: структурированный курс / А.Ю. Цибулевский, С.Г. Мамонтов. - М.: Академия, 2004. - 704с.

3.               Тейлор, Д. Биология (в 3 т.) / Д. Тейлор, Н. Грин, У. Стаут. - М.: Мир, 2005. – 454с.