РОЗМНОЖЕННЯ ТА ІНДИВІДУАЛЬНИЙ РОЗВИТОК ОРГАНІЗМІВ

Онтогенез (від грец. ontos — існуюче та genesis — походження) — це індивідуальний розвиток особини від її зародження до смерті. У різних груп організмів онтогенез має свої особливості, які, зокрема, залежать від способу розмноження. В одноклітинних організмів онтогенез збігається з клітинним циклом.

Тривалість онтогенезу може бути різною. Наприклад, секвоя може жити понад 3 000 років, деякі види черепах живуть до 150 років, білуга (представник осетероподібних) — до 100 років. Серед безхребетних тварин значна тривалість життя спостерігається у деяких молюсків, членистоногих (наприклад, у річкового рака — до 20 років).

Онтогенез поділяють на ембріональний, постембріональний періоди та дорослий стан. Ембріональний (зародковий) період — це час, коли новий організм (ембріон) розвивається всередині материнського організму або всередині яйця, насінини тощо. Він завершується народженням (вилупленням, проростанням). Постембріональний (післязародковий) період триває від моменту народження (виходу із зародкових оболонок, покривів насінини) до моменту набуття організмом здатності до розмноження. В організмів деяких видів після розмноження настає смерть (комахи-одноденки, лососеві риби — кета, горбуша тощо). В інших організмів (більшість хребетних тварин, річковий рак, деякі комахи, павукоподібні, молюски, багаторічні рослини тощо) здатність до розмноження зберігається певний час — період статевої зрілості. Після її втрати смерть у таких організмів настає не відразу, а через деякий час (від кількох днів у комах до кількох років і десятків років у великих ссавців, дерев тощо). Цей час називається дорослим станом, коли знижується рівень обміну речовин, відбуваються необоротні зміни в організмі, старіння, які, врешті-решт, призводять до смерті. Проблеми старіння у людей вивчає наука геронтологія (від грец. gerontos — стара людина).

Розмноження організмів

Розмноження — це відтворення організмом нових особин, одна з основних властивостей живих організмів, що забезпечує безперервність життя.

Виділяють наступні типи розмноження — статеве, нестатеве, вегетативне. Оскільки при статевому розмноженні розмноження відбувається спеціалізованими статевими гаплоїдними клітинами, при нестатевому — спеціалізованими диплоїдними клітинами (спорами), при вегетативному — частиною материнського організму: вегетативними диплоїдними клітинами.

Нестатеве розмноження

У нижчих рослин нестатеве розмноження здійснюється за допомогою спеціалізованих спор із джгутиками (зооспори) у багатоклітинних водоростей та нерухомих спор (апланоспори), що виникають у багатоклітинних водоростей під час несприятливих умов.

Спори нестатевого розмноження утворюються в одноклітинних спорангіях — органах, в яких утворюються спори. Звичайно нестатеве розмноження відбувається тоді, коли в навколишньому середовищі є достатня кількість поживних речовин і сприятливі температурні умови.

У вищих рослин нестатеве розмноження відбувається за допомогою спор без джгутиків, вони переносяться вітром або тваринами. Спори мають дві оболонки: зовнішню і внутрішню. Рослини, що виростають з них, мають статеві органи.

Вегетативне розмноження

Вегетативне розмноження — це розвиток нової особини або частини колонії з групи клітин материнської особини. Вегетативне розмноження являє собою один із способів одержання потомства там, де немає сприятливих умов для статевого розмноження. В основі вегетативного розмноження лежить здатність рослин до регенерації (відновлення організмом втрачених частин тіла). У рослин вегетативне розмноження відбувається за допомогою пагонів (верба, суниці), коренів (малина), листків (деякі фіалки), видозмінених підземних пагонів: кореневищ (пирій, первоцвіт), бульб (картопля, топінамбур), цибулин (лілія, тюльпан) та коренебульб (жоржина).

Деякі види організмів поєднали в собі декілька типів розмноження, а саме шапкові гриби, які розмножуються вегетативно та спорами. Вегетативне розмноження відбувається фрагментами міцелію (грибниці). Спори утворюються на нижньому боці шапки на поверхні пластинок або всередині трубочок унаслідок статевого процесу. Спори розносяться вітром і, якщо потрапляють у сприятливі умови, проростають у новий міцелій. З часом такий міцелій утворює нові плодові тіла.

Брунькуванням розмножуються поліпи (гідра, корали), при чому в одних випадках (гідра) особини, що виникають, відбруньковуються, і кожна особина стає самостійною, в інших (корали) — залишаються частиною колонії.

Штучне вегетативне розмноження рослин широко застосовується з метою селекційної роботи та швидкого відтворення багатьох особин певного сорту. При вегетативному розмноженні культурних рослин (щеплення, живцювання, розмноження відводками тощо) в порівнянні з насіннєвим зберігається бажаний набір генетичних ознак.

Статеве розмноження

Статеве розмноження властиве представникам усіх типів тварин і рослинам. Характерною формою статевого розмноження в одноклітинних є постійне (копуляція) або тимчасове (кон’югація) злиття двох клітин. При кон’югації відбувається обмін ядерною речовиною і цитоплазмою.

В усіх випадках статевого розмноження при злитті гамет утворюється одноклітинний зародок — зигота, із якої в процесі розвитку формується зрілий організм.

Особливою формою статевого розмноження є партеногенез (від грец. parthenos — незаймана та genesis — походження), при якому нова особина розвивається з незаплідненої яйцеклітини або, рідше, сперматозоїдів (попелиці, дафнії).

Гаметогенез — це процес утворення статевих клітин. Тварини мають диплоїдний набір хромосом. У процесі гаметогенезу, в основі якого лежить мейоз, утворюються гамети, що мають гаплоїдний набір хромосом. Гамети утворюються у статевих залозах або спеціалізованих клітинах. У тварин це сім’яники та яєчники. Гаметогенез відбувається послідовно у трьох стадіях і закінчується дозріванням гамет.

Стадія розмноження. Первинні статеві клітини з диплоїдним набором хромосом 2n діляться шляхом мітозу, внаслідок чого їх кількість зростає.

Стадія росту. Поділ клітин не відбувається. Вони збільшуються в об’ємі, нагромаджують поживні речовини. Ця стадія нагадує інтерфазу.

Стадія дозрівання. Відбувається мейоз, остаточно формуються і дозрівають гамети.

Сперматогенез — процес утворення чоловічих статевих клітин — сперматозоїдів. На стадії розмноження у сперматогенній тканині в результаті мітозу утворюються численні клітини — сперматогонії (від грец. spermatos — насіння та gone — породження), що мають диплоїдний набір хромосом (2n). На стадії росту сперматогонії трохи збільшуються, і з кожної клітини розвивається сперматоцит (від грец. kytos — клітина) І порядку, здатний до редукційного поділу. На стадії дозрівання у процесі 1-го поділу мейозу утворюються два сперматоцити II порядку, а в процесі 2-го поділу чотири гамети — сперматиди, що мають гаплоїдний набір хромосом (n). Усі чотири клітини, однакові за розміром, дозрівають і утворюють чотири однакових за розміром сперматозоїди.

Сперматозоїди — невеликі рухливі клітини, що складаються з головки, шийки та хвостика. Головка містить ядро та незначну кількість цитоплазми. В передній частині головки розташована акросома (від грец. akron — верхівка та soma — тіло), яка утворюється в процесі сперматогенезу з елементів комплексу Гольджі. Акросома містить ферменти, які розчиняють оболонку яйцеклітини. В шийці містяться центріолі та численні мітохондрії, які забезпечують сперматозоїд енергією під час його руху. Хвостик слугує для руху сперматозоїда і за будовою схожий із джгутиком в одноклітинних.

Оогенез — процес утворення жіночих статевих клітин — яйцеклітин. На стадії розмноження в оогенній тканині формується велика кількість клітин — оогоній (2n). Вони розмножуються шляхом мітозу. Кожна оогонія на стадії росту починає інтенсивно збільшуватися в розмірах, накопичує поживні речовини у вигляді зерен жовтка. Вона перетворюється в ооцит І порядку. Процес росту ооцита значно триваліший, ніж сперматоцита. Під час мейозу ооцит І порядку ділиться асиметрично. Після 1-го поділу утворюється одна велика клітина — ооцит II порядку, в яку переходять усі поживні речовини, і одна дрібна клітина — первинне полярне, або напрямне, тільце, яке містить лише ядро. Після 2-го поділу мейозу з ооцита II порядку знову утворюються одна велика яйцеклітина і одне вторинне напрямне тільце. З первинного напрямного тільця утворюються два дрібних вторинних напрямних тільця. Таким чином, під час оогенезу з кожної первинної клітини утвориться одна велика яйцеклітина (n) і три напрямних тільця (n), що гинуть. Напрямні тільця слугують тільки для рівномірного розподілу хромосом під час мейозу.

Яйцеклітина — округла велика нерухома клітина, що містить ядро і поживні речовини у вигляді жовтка. Розміри яйцеклітин різних видів тварин суттєво відрізняються. Наприклад, у ссавців діаметр їх складає 0,2 мм-60 мкм, в амфібій і риб — 3-5 мм, а в рептилій та птахів досягає декількох сантиметрів. Зокрема, розмір яйцеклітини курки — 3 см. На верхньому полюсі яйцеклітини розташований зародковий диск, що містить ядро.

Яйцеклітина будь-якого виду тварин завжди значно більша, ніж його сперматозоїди. Поживні речовини яйцеклітини забезпечують розвиток зародка на початковій стадії (у ссавців) або впродовж усього ембріогенезу (у птахів, рептилій).

У статевому процесі, як правило, беруть участь дві особини. У них в особливих статевих залозах формуються статеві клітини — чоловічі або жіночі. Тварин, які мають лише один тип статевих клітин, називають роздільностатевими (наприклад членистоногі, амфібії, птахи, ссавці), Якщо чоловічі й жіночі статеві залози закладаються в одному організмі, здатному утворювати як чоловічі, так і жіночі статеві клітини, то таких тварин називають гермафродитами (наприклад гідра, дощовий черв’як, планарія).

Запліднення — процес злиття чоловічих і жіночих статевих клітин, в результаті чого утворюється зигота, при цьому відновлюється диплоїдний набір хромосом. Із зиготи розвивається зародок.

Існує два способи запліднення: зовнішнє та внутрішнє. При зовнішньому заплідненні самка відкладає яйцеклітини (ікру), а самець поливає їх спермою. Такий спосіб запліднення характерний для водних мешканців (риб, земноводних). При внутрішньому заплідненні злиття гамет відбувається у статевих органах самки, що характерно для наземних та деяких водних мешканців (ссавців, рептилій, комах, червів). Запліднене яйце може розвиватися в утробі матері, як у ссавців, або у зовнішньому середовищі. При цьому яйця покриваються спеціальною оболонкою або шкаралупою, і самка відкладає їх у найбільш безпечне місце (характерно для комах, птахів, рептилій, молюсків).

Біологічне значення запліднення полягає в тому, що при злитті гамет відновлюється диплоїдний набір хромосом, а новий організм несе спадкову інформацію й ознаки обох батьків. Це збільшує різноманітність ознак організмів, підвищує їх життєздатність і пристосувальні можливості.

Розмноження та розвиток птахів

У птахів, як і в інших хребетних, органами розмноження служать:

Знаходяться вони в порожнині тіла. Бобовидної форми парні насінники розташовані в області крижів. До часу розмноження їх розміри збільшуються в тисячу разів. Від сім’яників відходять насіннєпровіди, що відкриваються в клоаку.

У самок розвивається тільки один – лівий яєчник. Розташований він у верхній частині лівої нирки. Редукція (зникнення органу у зв’язку з втратою функції) правого яєчника пов’язана з відкладанням великих яєць, покритих жорсткою шкаралупою. Через вузький таз можливе просування тільки одного яйця.

Розвиток яйця

Яйцеклітини у птахів великі, багаті жовтком. Дозріла яйцеклітина потрапляє в яйцепровід. У верхній його частині відбувається запліднення. Стінки яйцевода скорочуються, проштовхуючи яйце (запліднену яйцеклітину) у бік клоаки.

При русі воно покривається яйцевими оболонками, які формуються з виділень залоз стінок яйцевода. Спочатку яйце покривається білкової, потім двома волокнистими і потім скорлуповою оболоною.

Яйце потрапляє в клоаку і відкладається назовні.

Формування яйця в яйцеводі у птахів різних видів займає від 12 до 48 годин.

Яйця птахів великі, містять багато поживних речовин і води в білку і жовтку. До часу відкладання яйця зверху жовтка помітний зародковий диск – результат дроблення (поділу) заплідненої яйцеклітини. Жовток, підвішений на джгутики – халази, знаходиться в центрі яйця. Нижня частина жовтка важча, тому при перевертанні яйця зародковий диск завжди розташовується зверху, в найкращих умовах для обігріву висиджувані.

Зовні яйце захищено вапняною шкаралупою, в якій є численні мікроскопічні пори. Через них відбувається газообмін між зародком і зовнішнім середовищем. Вапно шкаралупи частково використовується на утворення скелета зародка.

Поверх вапняної шкаралупи яйце має тонку надскорлупову оболонку, яка захищає його від проникнення мікробів. Шкаралупа яєць у відкритогніздових птахів має захисне забарвлення. Шкаралупа яєць дуплогніздовиків і норників світла або чисто біла.

Розвиток зародка

Зародок в яйці розвивається дуже швидко при високій температурі (37-38°С) і певній вологості. Ці умови забезпечує птиця, яка насиджує кладку. Квочка регулярно перевертає яйця, змінює щільність насиджування: при надмірно високій температурі повітря птах підводиться в гнізді, охолоджує кладку, періодично змочуючи оперіння, і захищає її від сонячних променів власною тінню.

Розвиток зародка добре вивчений у домашньої курки.

На другу-третю добу у курячого зародка закладаються кровоносна і нервова системи, добре помітні очні міхури. На початку розвитку передні кінцівки зародка схожі на задні, є довгий хвіст, в шийному відділі помітні зяброві щілини. Це свідчить про те, що предки птахів мали зябра. На п’яту-шосту добу зародок набуває пташині риси. До кінця розвитку пташеня заповнює всю внутрішню порожнину яйця.

При вилуплення пташеня прориває пергаментну оболонку, просовує дзьоб у повітряну камеру і починає дихати. За допомогою яйцевого зуба (горбка на надклюві) пташеня розламує шкаралупу і вибирається з неї.