Теория. Клетка. Размножение и развитие

На этом уроке мы рассмотрим темы, которые необходимо знать для успешного выполнения задания № 5 и 6 ЕГЭ по биологии. В прошлом уроке мы подробно разобрали органоиды клетки и биохимические процессы, которые в них происходят.

Сегодня мы продолжим разговор о клетках и изучим процессы развития и размножения, происходящие в прокариотической и эукариотической клетках.

Прокариотическая клетка

Бесполое размножение

Бинарное деление — это процесс бесполого размножения в прокариотической клетке. Это основной способ размножения у прокариот. Процесс проходит так:

1. кольцевая молекула ДНК реплицируется (удваивается);
2. каждая копия ДНК прикрепляется к разным участкам клеточной мембраны;
3. клетка удлиняется;
4. мембрана и клеточная стенка начинают врастать внутрь;
5. клетка разделяется пополам на две идентичные дочерние клетки.

Деление занимает в благоприятных условиях 20–30 минут, что позволяет бактериальным популяциям расти очень быстро. Это не митоз и не мейоз — потому что у прокариот нет ядра и хромосом в привычном смысле.

{"questions":[{"content":"Восстановите процесс бинарного деления:[[sorter-1]]","widgets":{"sorter-1":{"type":"sorter","items":["Удвоение ДНК","Расхождение каждой молекулы ДНК","Удлинение клетки","Разделение клетки на две дочерние"]}}}]}

Генетическая рекомбинация

Настоящего полового размножения, как у эукариот, у прокариот нет. Но у них есть механизмы генетической рекомбинации, то есть обмена участками ДНК, благодаря которым они развиваются и эволюционируют.

{"questions":[{"content":"Что не относится к генетической рекомбинации прокариот?[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Поглощение свободной ДНК из окружающей среды","Перенос ДНК вирусами в другие клетки","Передача одной клеткой участка своей ДНК другой","Разделение клетки на две дочерние"],"explanations":["","","","Это результат процесса бинарного деления, бесполого размножения."],"answer":[3]}}}]}

Жизненный цикл

У прокариот нет стадий эмбрионального развития, как у многоклеточных. Их жизненный цикл очень прост: клетка растет, реплицирует ДНК, делится на две новые клетки.

Однако бактерии также могут переходить в спящие формы, например, эндоспоры — при неблагоприятных условиях.

На рисунке — эндоспоры палочковидной бактерии Paenibacillus alvei.

Эндоспорообразование:

• некоторые бактерии (например, Bacillus, Clostridium) могут формировать эндоспоры — очень устойчивые, плотные оболочки, сохраняющие ДНК и цитоплазму;
• такие споры могут выживать десятилетиями, перенося жару, радиацию, обезвоживание, когда условия снова становятся благоприятными, спора прорастает в обычную клетку.

{"questions":[{"content":"Что характерно для жизненного цикла прокариот?[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Преимущественно половое размножение","Преимущественно бесполое размножение","Наличие стадий эмбрионального развития","Эндоспорообразование","Цель жизненного цикла — деление на две новые клетки"],"answer":[1,3,4]}}}]}

Эукариотическая клетка

Эукариоты могут размножаться бесполым или половым способом. У многих организмов — оба варианта возможны в разное время жизни.

Бесполое размножение

Происходит без участия гамет, потомки генетически идентичны родителю.

Бесполое размножение обеспечивает быстрое увеличение численности популяции. Однако, в отличие от полового размножения, оно не приводит к генетическому разнообразию, что может сделать популяцию менее устойчивой к меняющимся условиям среды. 

{"questions":[{"content":"[[matcher-1]]","widgets":{"matcher-1":{"type":"matcher","labels":["Развитие нового организма из споры","Из материнской клетки образуются две генетически идентичные дочерние","Образование выроста на теле материнской особи для формирования дочерней","Вырастание новой особи из фрагмента родительской"],"items":["спорообразование","митоз","почкование","фрагментация"]}}}]}

Половое размножение

В процессе полового размножения объединяется наследственная информация от двух родителей, образуя новый генотип потомка. У эукариот половое размножение происходит в две стадии: мейоз и оплодотворение.

Зачем нужно редуцировать диплоидый набор до гаплоидного?

Показать ответ

Скрыть

Мейоз — это двухступенчатый процесс. Первая ступень — редукционное деление клетки, при котором надо уменьшить и число хромосом, и молекул ДНК. В профазу происходит конъюгация (сближение и скручивание гомологичных хромосом) и кроссинговер (обмен участками ДНК). Также формируется веретено деления, растворяются ядерная оболочка и ядрышки.

В метафазе четыре хроматиды выстраиваются по периметру клетки. Их хромосомы соединены с нитями веретена деления. При анафазе гомологичные хромосомы (по две хроматиды) расходятся к противоположным сторонам клетки. На стадии телофазы окончательно формируются две клетки: делится цитоплазма, формируются ядра.

Далее происходит вторая ступень — мейоз II, или эквационное деление, которое должно уменьшить число молекул ДНК в два раза, но сохранить число хромосом. Цель мейоза II — образование четырех гаплоидных клеток для подготовки их к оплодотворению.

Он также включает четыре фазы, в ходе которых нити веретена деления «растягивают» хроматиды к разным частям клетки. Каждая хроматида становится самостоятельной хромосомой. В итоге формируются цитоплазма и ядра четырех клеток с неидентичными хромосомными наборами.

Половое размножение — основа эволюции: оно повышает наследственную изменчивость и генетическое разнообразие у эукариот. За счет кроссинговера («перетасовки») генов родителей создается огромное число вариаций генома потомков. Это называется комбинативным типом генетической изменчивости. Генетическое разнообразие позволяет им приспосабливаться к любым изменениям окружающей среды.

Партеногенез

Это необычный, но естественный способ размножения, при котором новый организм развивается из неоплодотворенной яйцеклетки.

Партеногенез — форма полового размножения, при котором участвует одна родительская особь (самка), и потомство появляется без участия самца. При партеногенезе яйцеклетка формируется половым путем (мейозом), но не сливается со сперматозоидом, а сама активируется и начинает развиваться.

Это дает некоторые эволюционные преимущества видам, например, меньшие энергозатраты и быстрое увеличение численности особей без участия самцов.

Однако при этом нет генетического разнообразия, так как все потомки — копии материнского организма.

Партеногенез встречается у простейших, некоторых рыб, акул, ящериц, змей, лягушек и насекомых. Например, у пчел из неоплодотворенных яйцеклеток развиваются трутни (они гаплоидны).

{"questions":[{"content":"Что происходит в процессе полового размножения у эукариот? [[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Образование гамет с гаплоидным набором хромосом в результате мейоза","Образование клеток с удвоенным набором хромосом в результате митоза","Формирование гаплоидных гамет путем митотического деления","Деление зиготы на две клетки в результате мейоза"],"explanations":["","При половом размножении нужно снизить количество хромосом (до $n$), а не увеличить.","Митоз не приводит к уменьшению числа хромосом. Он сохраняет тот же набор, что и у исходной клетки.","Зигота — это уже диплоидная клетка ($2n$), образовавшаяся при слиянии гамет. Она делится митозом, чтобы дать начало организму."],"answer":[0]}}}]}

Жизненный цикл

Развитие эукариот происходит от стадии зиготы до формирования взрослого организма. Оно может иметь две формы: прямое (организм сразу похож на взрослую форму: рыба, птица, человек) и непрямое (есть личиночная стадия и превращение во взрослую форму: лягушка, бабочка).

Онтогенез (развитие многоклеточного организма) эукариот включает эмбриональную и постэмбриональную стадии.

На эмбриональной стадии происходит деление зиготы с образованием бластулы (шаровидной структуры) и формирование зародышевых листков. Далее из них произойдет образование тканей и органов. Постэмбриональное развитие — процесс роста и развития организма до взрослой формы.

Часто задаваемые вопросы