Воспроизведение организмов - ОРГАНИЗМ КАК ЦЕЛОЕ

Постановка проблемы урока

Исторический факт 1.В XIX веке вещи обычно передавали по наследству. В случае поломок их чинили. Многие старые вещи (например, швейную машинку “Зингер”) до сих пор можно использовать.

Исторический факт 2.В XXI веке люди считают, что проще купить новую, чем отремонтировать старую вещь. (Вот почему возникла проблема мусора).

• По какому из этих путей пошла живая природа? (Учтите, что продолжительность существования каждого вида составляет миллионы лет, а некоторые виды деревьев живут порядка тысячелетия.)

• В чём противоречие? На какой вопрос мы будем искать ответ? Предложите свой и сравните с вариантом авторов на с. 396.

Необходимые базовые знания

• Какие типы размножения существуют? (9 класс)

• Чем бесполое размножение отличается от полового? В чём преимущества каждого из них? (9 класс)

• Что обозначают термины: митоз, мейоз (§ 16), гамета, оплодотворение, зигота, комбинативная изменчивость, гаплоидность, диплоидность? (9 класс)

• Какие признаки называются доминантными, а какие рецессивными?

• Чем опасно близкородственное скрещивание? (9 класс)

Решение проблемы

Самое важное свойство

• Что такое размножение и что было бы без него?

Размножение—всеобщее свойство живых организмов, заключающееся в способности родителей воспроизводить подобных себе потомков в ряду сменяющих друг друга поколений, обеспечивая тем самым длительное (даже в геологическом масштабе времени) сохранение своего вида, непрерывность и преемственность жизни на Земле. Поскольку существует смертность, воспроизведение всегда должно сопровождаться увеличением числа особей относительно числа родителей. Чем выше смертность, тем выше должна быть плодовитость. Только в этом случае воспроизведение будет надёжным. Существует два принципиально различных способа размножения: бесполое (включая вегетативное) и половое.

Воспроизведение свойств родительской особи

• Какой цели достигает бесполое размножение?

21.1. Вегетативное размножение: 1- усами у земляники; 2 - клубнями у картофеля; 3 — корневищем у ириса; 4 — воздушными луковицами у чеснока; 5 — путём почкования у актинии

• Чем различаются примеры бесполого размножения, показанные на рисунках?

21.2. Бесполое размножение путём митоза у амёбы

21.3. Выбрасывание спор у гриба - дождевика

В бесполом размноженииучаствует только одна особь, которая делится, почкуется или образует споры. В основе этого способа размножения у эукариот лежит митотическое деление соматических клеток. В результате новые организмы почти не отличаются (с точностью до возможных мутаций в соматических клетках) в наследственном плане от родительского.

Бесполое размножение осуществляется разными способами. У одноклеточных оно происходит путём простого митотического деления клетки. У многоклеточных появляются более сложные формы бесполого размножения.

Один из способов - образование спор, специальных клеток, которые служат для размножения и расселения. Такое размножение иногда называют собственнобесполым.Споры покрыты плотной оболочкой, защищающей их от неблагоприятных воздействий среды. В благоприятных условиях они прорастают и дают начало новому организму. Спорами размножаются некоторые растения, грибы и одноклеточные животные.

Другой способ бесполого размножения многоклеточных -вегетативное размножение- воспроизведение новой особи из части родительской (рис. 21.1). Оно характерно для растений, особенно для покрытосеменных. Размножение с помощью усов, корневищ и корневых отпрысков позволяет быстро захватить территорию и вытеснить конкурентов, но возможно только на территории, непосредственно располагающейся рядом с родительским организмом.

Искусственное вегетативное размножениеиграет большую роль в растениеводстве, так как позволяет получить большое количество потомков с сохранением хозяйственно ценных свойств родительского растения. Таким способом выращивают рассаду овощных культур, например, картофеля. Кроме этого, оно даёт возможность размножать сорта гибридного происхождения, которые при половом размножении теряют некоторые свойства. Новой современной формой искусственного вегетативного размножения является метод культуры тканей. В этом случае одна клетка или группа клеток выращиваются в стерильных условиях на питательной среде и дают начало новому растению. Таким способом выращивают рассаду лекарственных и редких, исчезающих видов растений.

У животных вегетативное размножение обычно называютпочкованием.При почковании новая особь образуется в виде выроста - почки на теле материнской особи, а затем отделяется от неё, превращаясь в самостоятельный организм. Таким способом размножаются губки, кишечнополостные и некоторые грибы, например, дрожжи.

Иногда в качестве самостоятельного способа бесполого размножения выделяютфрагментацию- процесс, основанный на регенерации, т.е. восстановлении утраченных частей организма. Например, из каждой части разрезанного листа бегонии можно вырастить целое растение.

Комбинирование свойств двух родителей

• Какой цели служит половое размножение?

21.4. Варианты окраски волнистых попугаев

•Какие особенности полового размножения показывает этот пример?

При половом размножениипотомки получают наследственную информацию от отца и матери. Она объединяется при оплодотворении -слиянии их гаплоидных гамет с образованием диплоидной зиготы, которая даёт начало новому организму. Поскольку от каждого родителя в зиготу попадает только половина наследственного материала в случайной комбинации, потомки отличаются и от родителей, и друг от друга. Каждый из них обладает уникальным набором генов.

Большинство видов животныхраздельнополы,т.е. среди них есть мужские и женские особи. Однако у других видов, которых называютдвуполыми, илигермафродитными,в организме одной и той же особи могут формироваться и мужские, и женские гаметы. Это явление чрезвычайно характерно для видов покрытосеменных растений, кишечнополостных, плоских и кольчатых червей, некоторых ракообразных и моллюсков и встречается даже у отдельных рыб и пресмыкающихся.

Гермафродитизм предполагает возможность самооплодотворения, что бывает очень важно для организмов, ведущих одиночный образ жизни (например, паразит в теле хозяина). Такое оплодотворение, конечно, тоже создаёт новые комбинации, но не столь разнообразные. Поэтому при благоприятных условиях гермафродиты размножаются перекрёстным оплодотворением, обмениваясь половыми клетками с другим организмом.

21.5. Варианты разделения пола у растений

• В чём преимущества каждого из вариантов?

Возникшая в процессе эволюции раздельнополость имела явное преимущество, так как снижала вероятность самооплодотворения, приводящего зачастую к накоплению и фенотипическому проявлению опасных мутаций. Скрещивание особей двух полов, несущих различные рецессивные мутации, позволяло перевести их в гетерозиготную форму, в которой эти неблагоприятные мутации переставали влиять на жизнеспособность.

Многие животные обладают половым диморфизмом, что помогает самцу и самке выполнять различные функции по обеспечению потомства. Так, у некоторых птиц насиживает кладку и укрывает птенцов только самка, скромная покровительственная окраска которой повышает шансы избежать хищника. Роль самца может сводиться к охране территории от других самцов или только к привлечению самки. Тогда ярко окрашенный самец, возможно, проиграет в продолжительности жизни, но компенсирует это успехом у большего количества самок. В результате его вклад в следующее поколение может быть выше, чем у скромно окрашенного самца.

21.6. Пример полового диморфизма

• Кто из изображённых птиц участвует в заботе о потомстве?

• Приведите примеры видов с выраженным и невыраженным половым диморфизмом.

Наряду с обычным половым размножением, встречается и его разновидность —партеногенез,при котором развитие нового организма происходит из неоплодотворённой яйцеклетки. Этот способ лишён преимуществ полового размножения, но зато не нуждается в поиске партнёра и обеспечивает наивысшую скорость размножения. Например, у дафний и тлей летом в популяции присутствуют только самки, которые приносят партеногенетическое потомство, а настоящее половое размножение происходит лишь осенью, когда более важной становится изменчивость потомков, а не их количество.

Преимущества бесполого и полового размножения

• В чём преимущества и недостатки каждого типа размножения?

Бесполое размножение нацелено прежде всего на точное воспроизведение удачных вариантов фенотипов, которые оказались хорошо приспособлены к условиям среды. При минимуме средств, истраченных особью на размножение, потомство гарантированно имеет шансы выжить. Но эти шансы велики, только пока условия среды сохраняются постоянными. При изменении условий неизвестно, какие признаки потомков окажутся полезными, поэтому желательно, чтобы они были различными.

Большое разнообразие признаков у потомства создаётся в результате полового размножения. Его смысл состоит не только в увеличении числа особей, но и в комбинировании наследственного материала. При этом потомки отличаются от родителей, а опасность наследственных нарушений компенсируется здоровой наследственностью хотя бы одного из родителей. Да и рецессивные мутации при этом чаще переходят в безопасную гетерозиготную форму. Возросшая изменчивость повышает шансы на выживание кого-нибудь из потомков при изменении условий среды в любую сторону. Однако и затраты на половое размножение (кроме самооплодотворения) существенно возрастают, хотя бы потому, что потомство у раздельнополых организмов приносит только половина особей — самки.

Чередование поколений

• Какой результат даёт чередование двух типов размножения?

21.7. Жизненный цикл папоротника

Поскольку каждый тип размножения обладает своими особенностями, у многих видов в жизненном цикле чередуются оба типа (рис. 21.7).

1. Найдите на схеме 21.7 половое и бесполое поколение. Какой набор ДНК характерен для каждого из них?

2. Какое поколение более уязвимо? В каком из них важную роль играет капельножидкая вода?

3. Какое поколение обеспечивает генетическое разнообразие?

4. Какое поколение даёт наибольшее потомство?

5. Каково значение каждого из поколений в жизненном цикле?

Обобщение новых знаний

Размножение - всеобщее свойство организмов производить потомков, продолжая непрерывный ряд поколений. Бесполое размножение обеспечивает массовое и “дешёвое” воспроизводство особей, идентичных родительской. Половое размножение даёт возможность получать потомков с новыми сочетаниями родительских признаков.

Бесполое и половое размножение.

Раздельнополые и двуполые организмы

Применение знаний

1. Поработайте в паре: один из вас будет называть тот или иной термин, связанный с данной темой, другой объяснять, что он означает.

2. Составьте сравнительную таблицу типов размножения (родители, задачи, разнообразие потомков, затраты времени и энергии, условия, в которых имеет преимущество, и т.п.).

3. Какой тип размножения происходит без участия мейоза?

4. Что произошло бы в природе, если бы исчезло: а) половое размножение; б) процесс размножения?

5. У подавляющего большинства групп живых организмов наблюдается та или иная форма полового размножения. Как вы думаете, почему?