Какая форма размножения обеспечивает лучшую приспособляемость. Борьба с неблагоприятными условиями внешней среды (приспособление). Какие основные типы размножения вам известны

23.03.2024

Цели урока:

Образовательная : расширить знания учащихся по материалу половое и бесполое размножение.
Развивающая : создать условия для формирования компетентностей учащихся.
Воспитательная : показать значимость клонирования в жизни человека и его этические аспекты.

Оборудование: презентация урока, опорные конспекты для учащихся, живые цветы (разные сорта фиалок), приложения № 1 и № 2.

Ход урока

1. Организационный момент.

Обратить внимание учащихся, что помимо традиционных источников, сегодня на уроке будем работать с опорным конспектом.

2. Создание проблемной ситуации (лирическая музыка, слайды).

Учитель: Мы приходим в мир, чтобы постигнуть красоту. Красота - это радость нашей жизни. Перед человеком открылась радость жизни потому, что он услышал шепот листьев и песню кузнечика, журчание весеннего ручейка и переливы серебряных колокольчиков, жаворонка в горячем летнем небе и распустившийся куст сирени - услышал и, затаив дыхание, слушает сотни и тысячи лет чудесную, разнообразную музыку жизни.

Ребята, скажите, а какой биологический процесс является основой всей жизни на Земле? (размножение)

Какие формы размножения живых организмов существуют в природе? (половое и бесполое)

Термин размножение не является для вас новым. Дайте его полное определение (ответы детей). Запишите более полное определение термина "размножение" в конспект (работает слайд).

Опираясь на определение термина, а также на имеющиеся у вас знания, попробуйте выделить значение полового размножения в природе.

С точки зрения науки значение размножения заключается в том, что осуществляется преемственность между поколениями, увеличивается численность особей в популяции и их расселение на новой территории, размножение обеспечивает существование вида в целом.

В ходе эволюции живых организмов механизмы размножения усовершенствовались.

Какая форма размножения является более древней? (бесполое)

Соответственно, половое размножение является новой формой.

3. Формулирование учебной проблемы.

Учащиеся предлагают формулировку проблемы.

Почему в ходе эволюции одна форма размножения не вытеснила другую, а существуют оба механизма размножения? Выскажите свои предположения (ответы детей).

Мы услышали несколько гипотез. Для того, чтобы подтвердить гипотезу или опровергнуть, нам необходима научная доказательная база. Как вы думаете, что она будет в себя включать? (ответы детей)

Вы правы. Мы вспомним известные вам биологические термины и понятия, биологические процессы, установим причинно-следственные связи между ними и сравним их.

4. Совместное открытие знаний.

Итак, охарактеризуем половое и бесполое размножение, затем сравним данные формы по предложенным критериям. Обратите внимание на таблицу в ваших конспектах.

Каких критериев, на ваш взгляд, не хватает в предложенной таблице?

(ответы детей, вписали в таблицу, все критерии на слайде)

Итак, у нас полный набор критериев для сравнения, и мы можем заполнить таблицу(3 мин.)

У кого возникли вопросы? (обращение к классу)

На основе сопоставления характеристик бесполого и полового размножения, сделайте вывод о преимуществах бесполого размножения.

(дети отвечают: участие только одной особи в процессе размножения; появление потомства за короткий период времени)

Мы знаем, что одним из преимуществ бесполого размножения является наличие множества видов данной формы размножения. Составьте классификацию способов бесполого размножения в опорных конспектах, работая с учебником и дополнительной информацией. (2 мин.)

Комментарии к классификации по слайду. Я увидела результаты вашей работы. Вы успешно справились с ней (слайд). Однако обращаю ваше внимание на то, что такие способы бесполого размножения, как фрагментация и почкование, в других биологических источниках могут выделять как подвиды вегетативного.

Каким способом (бесполого размножения) размножаются представленные на слайде живые организмы?

(показ слайдов с примерами: коралловые полипы - почкование; грибы - спорообразование; растения - вегетативное)

Ребята, сформулируйте вывод о значении бесполого размножения в природе (позволяет быстро увеличивать численность особей определенного вида за короткий период времени в благоприятных условиях).

А теперь, используя те же критерии, сделайте вывод о преимуществе полового размножения (может происходить в изменяющихся условиях среды, возникают новые комбинации признаков).

Какое значение имеет половое размножение в жизни организмов? Ответьте на данный вопрос, комментируя слайд (на слайде - два вида организмов, которые являются родственными - белый и бурый медведь).

(Значение полового размножения состоит в том, что происходит изменение генетического материала, и это позволяет приспосабливаться организмам к разным условиям среды)

Итак, мы собрали достаточную доказательную базу, чтобы подтвердить или опровергнуть ваши гипотезы, высказанные в начале урока по разрешению проблемы: почему в процессе эволюции сохранились оба способа размножения (высвечивается на слайд). Итак, вам слово.

Так к какому выводу вы пришли: бесполое и половое размножение обеспечивает многообразие живых организмов (дети записывают вывод в конспект).

Ребята, а теперь сформулируйте тему нашего урока. Записываем в опорные конспекты.

Учитель: Да, мир безграничен, красив, многообразен. Человек стал человеком потому, что увидел глубину лазурного неба, мерцание звезд, розовый разлив вечерней зари, прозрачную дымку степных просторов, журавлиную стаю в небе, отражение солнца в мириадах капель утренней росы, голубой колокольчик подснежника:

Как вы считаете, может ли человек создавать новые живые организмы?

Аргументируйте свой ответ (селекция).

Совершенно верно: одним из достижений селекции является выведение новых сортов растений, пород животных, штаммов микроорганизмов. Приведите примеры результатов селекции, с которыми вы сталкиваетесь ежедневно? (слайд селекция: кефир, булка, лекарства, корова, декоративная собачка, роза).

Пример на слайде: фиалки.

Результатом селекции является выведение новых сортов комнатных растений, они великолепны. Я сама очень люблю растения, поэтому дома и на работе меня окружают цветы. Какой способ размножения необходимо использовать, чтобы сохранить сортовые качества данного сорта фиалки?

(бесполое: листом или частью куста)

О роли цветущих растений в дизайне помещений (кстати, дизайнеры рекомендуют располагать цветы в местах отдыха, например в гостиной).

Творческая деятельность человека в селекции основана на научных знаниях и исследованиях. Наука не стоит на месте, она шагает вперед, чтобы найти решение многих проблем, в том числе и неизлечимых болезней. Человек создал новый способ получения живых организмов, в основе которого лежит бесполое размножение. А вы знаете, как называется данный способ размножения? (клонирование)

Используя информацию о клонировании, объясните, в чем сущность данного способа размножения? (время работы с доп. информацией 2 мин.)

Как лично вы относитесь к клонированию человека?

Хотели бы вы иметь своего клона?

Если вам интересна моя точка зрения на данную проблему, то она, так же как и в этой аудитории - неоднозначна. С одной стороны, человек, являясь творцом новых живых организмов, не должен вступать в противоречие с другим Творцом. Поэтому религиозные нормы отрицают клонирование. С другой стороны, научно-технический прогресс не остановить. Поэтому людям необходимо обсуждать и принимать новые нормы, которые бы учитывали новые реальности.

5. Итог урока.

Учитель: Позвольте вам напомнить то, с чего мы начали наш урок. Перед человеком открылась радость жизни потому, что он услышал шепот листьев и песню кузнечика, переливы серебряных колокольчиков, жаворонка в горячем летнем небе и распустившийся куст сирени - услышал и, затаив дыхание, слушает сотни и тысячи лет чудесную, разнообразную музыку жизни. Пусть эти слова, которые прозвучали в начале нашего урока, как и сам урок, помогут вам выполнить творческое задание - написать синквейн. Правила написания синквейна находятся в опорном конспекте. Ключевое слово синквейна - размножение.

Итак, я вижу, синквейны, готовы. Пожалуйста, прочитайте их.

Спасибо вам за такие замечательные произведения!

И в заключение позвольте подарить вам синквейн, посвященный нашему уроку:

Размножение.

В нем источник бессмертия и света.
Радуюсь, люблю, живу!
Будь же весел, живой!
Мирозданье бесконечно.

Еще раз - большое спасибо за работу.

Учебник соответствует базовому уровню Федерального компонента государственного стандарта общего образования по биологии и рекомендован Министерством образования и науки РФ.

Учебник адресован учащимся 10-11 классов и завершает линию Н. И. Сонина. Однако особенности изложения материала позволяют использовать его на завершающем этапе изучения биологии после учебников всех существующих линий.

Какое значение для промышленности и сельского хозяйства имеет селекция микроорганизмов?

Биотехнология – это использование организмов, биологических систем или биологических процессов в промышленном производстве. Термин «биотехнология» получил широкое распространение с середины 70-х гг. XX в., хотя еще с незапамятных времен человечество использовало микроорганизмы в хлебопечении и виноделии, при производстве пива и в сыроварении. Любое производство, в основе которого лежит биологический процесс, можно рассматривать как биотехнологию. Генная, хромосомная и клеточная инженерия, клонирование сельскохозяйственных растений и животных – это различные аспекты биотехнологии.

Биотехнология позволяет не только получать важные для человека продукты, например антибиотики и гормон роста, этиловый спирт и кефир, но и создавать организмы с заранее заданными свойствами гораздо быстрее, чем с помощью традиционных методов селекции. Существуют биотехнологические процессы по очистке сточных вод, переработке отходов, удалению нефтяных разливов в водоемах, получению топлива. Эти технологии основаны на особенностях жизнедеятельности некоторых микроорганизмов.

Появляющиеся современные биотехнологии изменяют наше общество, открывают новые возможности, но одновременно создают определенные социальные и этические проблемы.

Генная инженерия. Удобными объектами биотехнологии являются микроорганизмы, имеющие сравнительно просто организованный геном, короткий жизненный цикл и обладающие большим разнообразием физиологических и биохимических свойств.

Одной из причин сахарного диабета является недостаток в организме инсулина – гормона поджелудочной железы. Инъекции инсулина, выделенного из поджелудочных желез свиней и крупного рогатого скота, спасают миллионы жизней, однако у некоторых пациентов приводят к развитию аллергических реакций. Оптимальным решением было бы использование человеческого инсулина. Методами генной инженерии ген инсулина человека был встроен в ДНК кишечной палочки. Бактерия начала активно синтезировать инсулин. В 1982 г. инсулин человека стал первым фармацевтическим препаратом, полученным с помощью методов генной инженерии.

Аналогичным способом в настоящее время получают гормон роста. Человеческий ген, встроенный в геном бактерий, обеспечивает синтез гормона, инъекции которого используются при лечении карликовости и восстанавливают рост больных детей почти до нормального уровня.

Так же, как у бактерий, с помощью методов генной инженерии можно изменять и наследственный материал эукариотических организмов. Такие генетически перестроенные организмы называют трансгенными или генетически модифицированными организмами (ГМО).

В природе существует бактерия, которая выделяет токсин, убивающий многих вредных насекомых. Ген, отвечающий за синтез этого токсина, был выделен из генома бактерии и встроен в геном культурных растений. К настоящему времени уже созданы устойчивые к вредителям сорта кукурузы, риса, картофеля и других сельскохозяйственных растений. Выращивание таких трансгенных растений, которые не требуют использования пестицидов, имеет огромные преимущества, потому что, во-первых, пестициды убивают не только вредных, но и полезных насекомых, а во-вторых, многие пестициды накапливаются в окружающей среде и оказывают мутагенное влияние на живые организмы (рис. 92).

Рис. 92. Страны, выращивающие трансгенные растения. Практически всю площадь посевов трансгенных культур занимают генетически модифицированные сорта четырех растений: сои (62 %), кукурузы (24 %), хлопчатника (9 %) и рапса (4 %). Уже созданы сорта трансгенного картофеля, помидоров, риса, табака, свеклы и других культур

Один из первых успешных экспериментов по созданию генетически модифицированных животных был произведен на мышах, в геном которых был встроен ген гормона роста крыс. В результате трансгенные мыши росли гораздо быстрее и в итоге были в два раза больше обычных мышей. Если этот опыт имел исключительно теоретическое значение, то эксперименты в Канаде имели уже явное практическое применение. Канадские ученые ввели в наследственный материал лосося ген другой рыбы, который активировал ген гормона роста. Это привело к тому, что лосось рос в 10 раз быстрее и набирал вес, в несколько раз превышающий норму.

Клонирование. Создание многочисленных генетических копий одного индивидуума с помощью бесполого размножения называют клонированием. У ряда организмов этот процесс может происходить естественным путем, вспомните вегетативное размножение у растений и фрагментацию у некоторых животных (§ ). Если у морской звезды случайно оторвется кусочек луча, из него образуется новый полноценный организм (рис. 93). У позвоночных животных этот процесс естественным путем не происходит.

Впервые успешный эксперимент по клонированию животных был осуществлен исследователем Гёрдоном в конце 60-х гг. XX в. в Оксфордском университете. Ученый пересадил ядро, взятое из клетки эпителия кишки лягушки-альбиноса, в неоплодотворенную яйцеклетку обычной лягушки, чье ядро перед этим было разрушено. Из такой яйцеклетки ученому удалось вырастить головастика, превратившегося затем в лягушку, которая была точной копией лягушки-альбиноса. Таким образом, впервые было показано, что информации, содержащейся в ядре любой клетки, достаточно для развития полноценного организма.

В дальнейшем исследования, проведенные в Шотландии в 1996 г., привели к успешному клонированию овцы Долли из клетки эпителия молочной железы матери (рис. 94).

Клонирование представляется перспективным методом в животноводстве. Например, при разведении крупного рогатого скота используется следующий прием. На ранней стадии развития, когда клетки эмбриона еще не специализированы, зародыш разделяют на несколько частей. Из каждого фрагмента, помещенного в приемную (суррогатную) мать, может развиться полноценный теленок. Таким способом можно создать множество идентичных копий одного животного, обладающего ценными качествами.

Рис. 93. Регенерация морской звезды из одного луча

Рис. 94. Клонирование овцы Долли

Для специальных целей можно также клонировать отдельные клетки, создавая культуры тканей, которые в подходящих средах способны расти бесконечно долго. Клонированные клетки служат заменой лабораторным животным, так как на них можно изучать воздействие на живые организмы различных химических веществ, например лекарственных препаратов.

При клонировании растений используется уникальная особенность растительных клеток. В начале 60-х гг. XX в. впервые было показано, что клетки растений, даже после достижения зрелости и специализации, в подходящих условиях способны давать начало целому растению (рис. 95). Поэтому современные методы клеточной инженерии позволяют осуществлять селекцию растений на клеточном уровне, т. е. отбирать не взрослые растения, обладающие теми или иными свойствами, а клетки, из которых потом выращивают полноценные растения.

Рис. 95. Этапы клонирования растений (на примере моркови)

Этические аспекты развития биотехнологии. Использование современных биотехнологий ставит перед человечеством много серьезных вопросов. Не может ли ген, встроенный в трансгенные растения томата, при съедании плодов мигрировать и встраиваться в геном, например, бактерий, живущих в кишечнике человека? Не может ли трансгенное культурное растение, устойчивое к гербицидам, болезням, засухе и другим стрессовым факторам, при перекрестном опылении с родственными дикими растениями передать эти же свойства сорнякам? Не получатся ли при этом «суперсорняки», которые очень быстро заселят сельскохозяйственные земли? Не попадут ли случайно мальки гигантского лосося в открытое море, и не нарушит ли это баланс в природной популяции? Способен ли организм трансгенных животных выдержать ту нагрузку, которая возникает в связи с функционированием чужеродных генов? И имеет ли право человек переделывать живые организмы ради собственного блага?

Эти и многие другие вопросы, связанные с созданием генетически модифицированных организмов, широко обсуждаются специалистами и общественностью всего мира. Созданные во всех странах специальные контролирующие органы и комиссии утверждают, что, несмотря на существующие опасения, вредного воздействия ГМО на природу зафиксировано не было.

В 1996 г. Совет Европы принял Конвенцию о правах человека при использовании геномных технологий в медицине. Центральное внимание в документе уделено этике применения таких технологий. Утверждается, что ни одна личность не может быть подвергнута дискриминации на основе информации об особенностях ее генома.

Введение в клетки человека чужеродного генетического материала может иметь отрицательные последствия. Неконтролируемое встраивание чужой ДНК в те или иные участки генома может привести к нарушению работы генов. Риск использования генотерапии при работе с половыми клетками гораздо выше, чем при использовании соматических клеток. При внесении генетических конструкций в половые клетки может возникнуть нежелательное изменение генома будущих поколений. Поэтому в международных документах ЮНЕСКО, Совета Европы, Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) подчеркивается, что всякое изменение генома человека может производиться лишь на соматических клетках.

Но, пожалуй, наиболее серьезные вопросы возникают в связи с теоретически возможным клонированием человека. Исследования в области человеческого клонирования сегодня запрещены во всех странах в первую очередь по этическим соображениям. Становление человека как личности базируется не только на наследственности. Оно определяется семейной, социальной и культурной средой, поэтому при любом клонировании воссоздать личность невозможно, как невозможно воспроизвести все те условия воспитания и обучения, которые сформировали личность его прототипа (донора ядра). Все крупные религиозные конфессии мира осуждают любое вмешательство в процесс воспроизводства человека, настаивая на том, что зачатие и рождение должно происходить естественным путем.

Эксперименты по клонированию животных поставили перед научной общественностью ряд серьезных вопросов, от решения которых зависит дальнейшее развитие этой области науки. Овечка Долли не была единственным клоном, полученным шотландскими учеными. Клонов было несколько десятков, а в живых осталась только Долли. В последние годы совершенствование техники клонирования позволило увеличить процент выживших клонов, но их смертность все еще очень высока. Однако существует проблема еще более серьезная с научной точки зрения. Несмотря на победное рождение Долли, остался неясным ее реальный биологический возраст, связанные с ним проблемы со здоровьем и относительно ранняя смерть. По мнению ученых, использование ядра клетки немолодой шестилетней овцы-донора сказалось на судьбе и здоровье Долли.

Необходимо существенно повысить жизнеспособность клонированных организмов, выяснить, влияет ли использование конкретных методик на продолжительность жизни, здоровье и плодовитость животных. Очень важно свести к минимуму риск дефектного развития реконструированной яйцеклетки.

Активное внедрение биотехнологий в медицину и генетику человека привело к появлению специальной науки – биоэтики. Биоэтика – наука об этичном отношении ко всему живому, в том числе и к человеку. Нормы этики выдвигаются сейчас на первый план. Те нравственные заповеди, которыми человечество пользуется века, к сожалению, не предусматривают новых возможностей, привносимых в жизнь современной наукой. Поэтому людям необходимо обсуждать и принимать новые законы, учитывающие новые реальности жизни.

Вопросы для повторения и задания

1. Что такое биотехнология?

2. Какие проблемы решает генная инженерия? С какими трудностями связаны исследования в этой области?

3. Как вы думаете, почему селекция микроорганизмов приобретает в настоящее время первостепенное значение?

4. Приведите примеры промышленного получения и использования продуктов жизнедеятельности микроорганизмов.

5. Какие организмы называют трансгенными?

6. В чем преимущество клонирования по сравнению с традиционными методами селекции?

Вопросы для обсуждения

Глава «Организм»

«Организм – единое целое. Многообразие организмов»

1. Как вы считаете, почему до сих пор науке неизвестно точное количество видов организмов, живущих на нашей планете?

2. В клетках каких организмов существуют органоиды специального назначения? Какие функции они выполняют?

3. Подумайте, могут ли у многоклеточных организмов отсутствовать ткани и органы.

«Обмен веществ и превращение энергии»

1. Как связаны между собой фотосинтез и проблема обеспечения продовольствием населения Земли?

2. Объясните, почему потребление избыточного количества пищи приводит к ожирению.

3. Почему энергетический обмен не может существовать без пластического обмена?

5. Приведите примеры использования особенностей метаболизма живых организмов в медицине, сельском хозяйстве и других отраслях.

«Размножение»

1. Как вы считаете, в чем преимущество двойного оплодотворения у покрытосеменных растений по сравнению с оплодотворением у голосеменных?

2. Почему при вегетативном размножении не наблюдается расщепление признаков в потомстве гибридов?

3. Подумайте, в чем отличие естественного вегетативного размножения от искусственного.

4. Организм развился из неоплодотворенной яйцеклетки. Являются ли его наследственные признаки точной копией признаков материнского организма?

5. Как вы считаете, какая форма размножения обеспечивает лучшую приспособляемость к изменениям окружающей среды?

«Индивидуальное развитие (онтогенез)»

1. Почему из равноценных в начале развития зародышевых клеток образуются разные ткани и органы с различными свойствами?

2. Какое значение в приспособлении к условиям жизни имеет развитие с превращением?

3. Какое значение в эволюции человека имело удлинение дорепродуктивного периода?

4. Для каких организмов понятия «клеточный цикл» и «онтогенез» совпадают?

«Наследственность и изменчивость»

1. В чем заключается преимущество диплоидности по сравнению с гаплоидным состоянием?

2. Составьте и решите задачи на моногибридное и дигибридное скрещивания.

3. Митохондрии содержат ДНК, гены которой кодируют синтез многих белков, необходимых для построения и функционирования этих органоидов. Подумайте, как будут наследоваться эти внеядерные гены.

4. Объясните с позиции генетики , почему среди мужчин гораздо больше дальтоников, чем среди женщин.

5. Как вы считаете, могут ли факторы внешней среды повлиять на развитие организма, несущего летальную мутацию?

6. Какой бы вы предложили поставить эксперимент, чтобы доказать генетическую обусловленность поведенческих реакций?

7. Как вы считаете, в чем заключается опасность близкородственных браков?

8. Подумайте, в чем особенность изучения наследования признаков у человека.

9. Почему хозяйственная деятельность человека увеличивает мутагенное влияние среды?

10. Может ли комбинативная изменчивость проявиться в отсутствие полового процесса?

«Основы селекции. Биотехнология»

1. Что схожего и чем отличаются методы селекции растений и животных?

2. Почему для каждого региона нужны свои сорта растений и животных?

3. Из большого разнообразия видов животных, обитающих на Земле, человек отобрал для одомашнивания сравнительно немного видов. Как вы считаете, чем это объясняется?

4. Гетерозис в последующих поколениях обычно не сохраняется, затухает. Почему это происходит?

5. Как вы считаете, может ли применяться массовый отбор при разведении животных? Докажите свое мнение.

6. Какое значение для селекции растений имеет знание центров происхождения культурных растений?

7. Какие перспективы в развитии народного хозяйства открывает использование трансгенных животных?

8. Может ли современное человечество обойтись без биотехнологии?

<<< Назад

Вперед >>>

Ключевые вопросы

Какие преимущества и недостатки несет половое размножение отдельным особям и целым видам животных?

Какая форма размножения обеспечивает лучшую приспосабливаемость к изменениям окружающей среды?

Что такое мутация?

Как гомологичные хромосомы вступают в мейоз?

Что такое конъюгация гомологичных хромосом в мейозе и как она происходит?

Что такое партеногенез? Как партеногенез осуществляется в популяциях пчел?

2.1. Значение полового размножения заключается в том, что оно является одним из основных факторов изменчивости признаков, некоторые из них могут влиять на выживаемость организмов

Подавляющее большинство живущих на Земле организмов - бактерий, растений и животных - размножаются половым путем, хотя некоторые из них могут размножаться и бесполым путем. Не сразу можно ответить, почему это происходит, ведь бесполое размножение чрезвычайно эффективно.

Почему же тысячи и тысячи видов организмов избрали более рискованный способ размножения, связанный с образованием мужских и женских половых клеток и слиянием их при соответствующих условиях? Человеку, как никому другому, должны быть понятны все преимущества этого способа, главное из которых заключается в том, что половое размножение повышает выживаемость видов. В некоторых случаях трудно понять биологическую целесообразность отдельных типов полового размножения. Например, когда самка богомола, стимулируя самца к спариванию, откусывает ему голову. Тем не менее, несмотря на сложный и даже рискованный характер полового размножения, оно является надежным способом, обеспечивающим успешное развитие видов в постоянно изменяющейся окружающей среде. Почему? Потому что при половом размножении образуются миллионы уникальных комбинаций генетического материала, получаемого от двух неидентичных родителей, и таким образом достигается разнообразие в будущих поколениях. Некоторые из комбинаций могут оказаться как раз необходимыми для поддержания жизнеспособности видов в изменившихся условиях окружающей среды. При бесполом размножении организмы не обладают такой способностью к адаптации. Например, когда влажная среда, в частности болото, начинает постепенно высыхать, то населяющие эту среду виды в конечном счете погибают, если выжившие засухоустойчивые особи данных видов не размножатся и не заселят вновь эту местность.

2.2. Мутации могут изменять организмы, размножающиеся как половым, так и бесполым путем

Наследственное изменение в структуре молекулы ДНК, например изменение, вызванное облучением, называется мутацией . Такие изменения по существу необратимы, и все клетки или организмы, которые возникают из мутантных клеток, будут нести эти изменения. У организмов, размножающихся бесполым путем, мутация проявляется во внезапном изменении (полезном или вредном для организма), которое будет передаваться последующим поколениям. Хорошо, если это изменение полезно; если же вредно, то потомство мутанта обычно гибнет. Однако организмы, размножающиеся половым путем, получают генетический материал от двух родителей. Поэтому мутации нейтрализуются "нормальным" генетическим материалом партнера. Таким образом, половое размножение в конечном счете обеспечивает разнообразие организмов и противодействует возникновению резких изменений (мутаций) за короткий промежуток времени.

2.3. Половое размножение предполагает рекомбинацию хромосомной ДНК

Генетическая информация содержится в скрученных волокнистых структурах ядра клетки, называемых хромосомами . Много лет назад было замечено, что количество хромосом в клетках обычно постоянно. Более того, почти все клетки в организме имеют одинаковое число хромосом, и это число характеризует все организмы данного вида. Было отмечено, что хромосомы в большинстве случаев представлены парами - две хромосомы одинакового размера и формы содержат сходные гены. Такие хромосомы называются гомологичными .

Исследуя 46 хромосом человека, можно различить каждую пару гомологичных хромосом и обозначить их соответствующим номером. Различными методами установлено, что при развитии нового организма в состав любой пары его гомологичных хромосом входят по одной хромосоме от каждого родителя. Для удобства полный хромосомный набор в клетке называют диплоидным . Гаплоидный набор хромосом представляет собой половину этого числа, т. е. включает по одной хромосоме из всех пар. Каждый родитель вносит при оплодотворении гаплоидный набор хромосом.

2.4. Хромосомы передаются от поколения к поколению в ядрах специализированных половых клеток, называемых гаметами

У простых организмов почти отсутствуют половые различия. Очень сходны и их половые клетки - гаметы , которые носят название изогаметы , а процесс их слияния - изогаметное оплодотворение . Таким способом, например, размножаются одноклеточные жгутиковые водоросли Chlamidomonas. Пол партнеров в таком случае обозначают не как женский и мужской, а говорят о скрещивающихся типах .

У более сложных организмов, и у человека в частности, различия между полами значительны и каждый организм образует специфические для своего пола характерные гаметы. У животных самка образует макрогамету, неспособную к активному передвижению, которую называют яйцеклеткой или яйцом. У самца развивается маленькая подвижная микрогамета, или сперматозоид. Макрогамету у высших растений также называют яйцеклеткой, а микрогаметы в пыльце - это ядра мужских подовых клеток.

В процессе полового размножения происходит слияние двух гамет, однако число хромосом у каждого вида сохраняется постоянным во всех поколениях. Поэтому, очевидно, должен существовать механизм, в результате действия которого нормальный диплоидный набор хромосом каждого родителя уменьшается до гаплоидного набора в гаметах. Такой механизм называют мейозом, и он является частью гаметогенеза - процесса формирования гамет.

У многоклеточных животных гаметы образуются в половых органах - гонадах . Женскую гонаду называют яичником мужскую - семенником . Обычно в гонадах осуществляется мейотическое деление, уменьшающее вдвое набор хромосом. Здесь же происходит дифференцировка, в процессе которой формируются специфические свойства яйцеклетки и сперматозоида. В яйцеклетках некоторых видов мейотическое деление происходит после овуляции , высвобождения половой клетки из яичника. Если яйцеклетке для быстрого развития после оплодотворения необходим большой запас макромолекул, то сперматозоид должен иметь структуры, обеспечивающие его подвижность (рис. 2-1).

2.5. Мейоз состоит из двух последовательных клеточных делений, завершающихся образованием гамет, каждая из которых имеет гаплоидный набор хромосом

На первый взгляд оба специализированных клеточных деления, происходящих в мейозе, сходны с митотическими делениями. Мейоз, так же как и митоз, включает в себя одинаковые стадии деления ядра (профаза, прометафаза, метафаза и т. д.) и цитоплазмы (цитокинез).

Однако существует несколько основных различий между этими типами клеточного деления.

1. В первом мейотическом делении пары гомологичных хромосом объединяются и располагаются в латеральных зонах ядра. Этот процесс называют конъюгацией хромосом или синапсисом (рис. 2-3).

2. Генетический материал реплицируется только один раз в течение двух мейотических делений. Во время конъюгации происходит обмен генетическим материалом между гомологичными хромосомами, или кроссинговер . На рисунке 2-2 схематически показано, как происходит кроссинговер в мейотических хромосомах.

Кроссинговер - широко распространенный и очень важный фактор, ешь собствующий возникновению генетической изменчивости при половом размножении. Мейотические хромосомы имеют специфическую структуру, называемую конъюгационным комплексом, который, вероятно, и осуществляет этот процесс.

Правда, остается неизвестным, как происходит сближение гомологичных хромосом.

3. У большинства организмов по существу отсутствуют стадии интерфазы или профазы перед вторым мейотичеcким делением.

При половом размножении конъюгация гомологичных хромосом выполняет две основные функции. Первая функция позволяет всем половым клеткам, образующимся в процессе мейоза, получить по одной хромосоме из каждой гомологичной пары. Вторая функция заключается в том, что конъюгация обеспечивает уменьшение числа хромосом точно в два раза (во время второго мейотического деления) путем соединения гомологичных хромосом в пары, которые ведут себя как одно целое. Поскольку каждая из парных гомологичных хромосом была ранее реплицирована и поэтому состоит из двух хроматид, эти пары называют хроматиднъши тетрадами, или хромосомными бивалентами. В процессе конъюгации диплоидный набор реплицированных хромосом становится гаплоидным набором хромосомных бивалентов, или хроматидных тетрад . Во время второго мейотического деления эти биваленты расчленяются на две части, образуя гаметы с гаплоидным числом хромосом.

Конъюгация гомологичных хромосом происходит в профазе первого мейотического деления. Образующиеся тетрады перемещаются в экваториальную плоскость, прикрепляются к волокнам веретена и затем распадаются каждая на две диады (хромосомы, состоящие из двух хроматид). Затем происходит цитокинез и образуются две клетки с гаплоидным числом диад. Во втором мейотическом делении каждые из этих клеток делятся без репликации генетического материала. Во втором мейотическом делении они расщепляются и образуют монады, таким образом из одной исходной клетки образуются четыре. Каждая несет различные комбинации генетического материала родителей, образовавшиеся в результате кроссинговера, а также независимого расхождения хромосом в мейозе.

Однако неверно говорить, что во всех случаях мейоза у животных из одной половой клетки образуются четыре. Это справедливо только для. процесса формирования сперматозоидов, когда одна клетка, которая дважды мейотически делится, образует четыре сперматозоида.

При формировании яйцеклеток (оогенез) каждая клетка производит только

одну яйцеклетку и два или три маленьких полярных тельца, "тупиковые клетки", которые не играют заметной роли в дальнейшем развитии. В оогенезе формируются не четыре мелкие яйцеклетки, а одна крупная с большим запасом веществ, необходимых для ее развития после оплодотворения. Питательные вещества, которые могли бы быть поделены между четырьмя клетками, накапливаются в одной яйцеклетке.

2.6. Оплодотворение - это процесс объединения мужской и женской гамет или двух изогамет

В процессе оплодотворения ядра двух гамет, каждая из которых содержит гаплоидный набор хромосом, объединяются, и тем самым вновь восстанавливается нормальный диплоидный хромосомный набор. При оплодотворении может использоваться также и другой способ обмена генет (ческим материалом.

Например, у морских беспозвоночных, таких, как моллюски, морские ежи и звезды, оплодотворение представляет собой весьма неэкономичный процесс.

Каждый взрослый организм расходует колоссальную энергию при формировании большого количества яйцеклеток или сперматозоидов. Однако только некоторые из них участвуют в оплодотворении.

Это происходит потому, что яйцеклетки, личинки и молодые особи данных животных являются пищей для других видов. Поэтому до взрослого состояния развивается всего один процент исходных яйцеклеток. Хотя такой способ и требует больших затрат энергии, он широко распространен среди различных видов, что доказывает его высокую эффективность.

У многих других животных, особенно обитающих на земле, эволюционно закрепились методы внутреннего оплодотворения, которые позволяют избежать потерь половых клеток.

2.7. Партеногенез - это развитие неоплодотворенных яйцеклеток

Многие организмы, кроме размножения половым путем, могут образовывать яйцеклетки, которые развиваются без оплодотворения сперматозоидами. Этот процесс называют партеногенезом .

Колонии пчел состоят из особей, развившихся путем полового размножения, а также из партеногенетических организмов. И те и другие происходят из яиц, отложенных пчелой-маткой. Пчелиная матка скрещивается с трутнем только однажды, и затем запас сперматозоидов сохраняется у нее в течение всего репродуктивного периода. Из этих оплодотворенных яйцеклеток развиваются диплоидные самки - рабочие пчелы (и, возможно, будущие матки). Яйцеклетки, отложенные неошцэдотворенны-ми, развиваются в гаплоидных трутней.

Спонтанный партеногенез также характерен и для некоторых высших животных. Известны разновидности ящериц и рыб, у которых нет самцов. Самки могут производить потомство, несмотря на длительную изоляцию от других животных. Часто у некоторых линий индеек яйца могут развиваться партеногенетическим путем. Число организмов, достигающих взрослого состояния, невелико, и все они представлены самками, которые могут давать потомство. В ряде случаев партеногенетическое развитие некоторых яйцеклеток можно вызвать, применив химическую или физиологическую стимуляцию, что впервые сделано Лёбом (I. Loeb) в 1898г.

Цель: расширить и углубить знания о размножении организмов; осуществить промежуточный контроль знаний по теме: «Размножение организмов».

Изучите рисунок и ответьте устно на вопросы

1. Какие особенности сперматозоида позволяют передавать наследственную информацию мужского организма, обеспечивать высокую подвижность и проникновение в яйцеклетку?
2. Какие особенности строения яйцеклетки могут обеспечить
развивающийся зародыш питательными веществами?
3. В результате каких процессов образуется гаплоидный
набор хромосом в гаметах?
4. О чем свидетельствует сходство процессов мейоза,
присущих всем животным и человеку?
5. Каким образом возникают изменения в генетическом
материале новых поколений?
6. Какие из следующих утверждений правильные:

а – в результате мейоза всегда образуются гаплоидные, а в результате митоза – диплоидные клетки;
б – гаметы всегда гаплоидны;
в – гаметы могут быть диплоидными.

7. Какая форма размножения обеспечивает лучшую приспособляемость к изменениям окружающей среды?
8. Что такое конъюгация гомологичных хромосом? Когда она происходит?
9. Как происходят процессы митоза и мейоза при чередовании половой и бесполой фаз размножения растений?
10. Английский ученый Дж.Гердон пересадил ядро, взятое из клетки кишечника лягушки, в яйцеклетку, собственное ядро которой предварительно было разрушено облучением ультрафиолетом. Вырос головастик, а потом и лягушка, идентичная той особи, от которой было взято ядро. Что доказывает опыт? Какое практическое применение может найти этот эксперимент?
11. Каким образом можно создать любое число генетически тождественных копий какой-либо ценной особи животного?
12. С каким биологическим процессом связано произрастание растений земляники на лесных полянах группами – куртинами?
13. В чем сущность полового процесса?
14. Как называется тип генетической регенерации у прокариот, когда две бактериальные клетки вступают друг с другом в контакт с помощью цитоплазматического мостика, по которому из клетки донора в клетку реципиента перемещается бактериальная хромосома?
15. Рассмотрите рисунок. Почему во втором случае возникли новые виды, а в первом – нет?

16. Какие преимущества дает организму образование большого количества спор?
17. Сравните процессы почкования и размножения путем деления клеток.
18. Подсчитайте, сколько предков могли внести вклад в наследственность каждой современной особи во втором, третьем, четвертом, пятом и т.д. предшествующих поколениях. (Расчет проводится по формуле 2n–1, где n – общее число поколений.)

Выполните проверочную работу по индивидуальным карточкам (Приложение 1).
Сдайте свои работы на проверку учителю.

Проработав эти темы, Вы должны уметь:

Сформулировать своими словами определения: эволюция, естественный отбор, борьба за существование, адаптация, рудимент, атавизм, идиоадаптация, биологический прогресс и регресс.
Кратко описать, каким образом та или иная адаптация сохраняется отбором. Какую роль играют в этом гены, генетическая изменчивость, частота генов, естественный отбор.
Объяснить, почему в результате отбора не образуется популяция идентичных, безупречно адаптированных организмов.
Сформулировать, что такое генетический дрейф; привести пример ситуации, в которой он играет важную роль, и объяснить, почему его роль особенно велика в небольших популяциях.
Описать два способа возникновения видов.
Сравнивать естественный и искусственный отбор.
Кратко перечислить ароморфозы в эволюции растений и позвоночных, идиоадаптация в эволюции птиц и млекопитающих, покрытосеменных растений.
Назвать биологические и социальные факторы антропогенеза.
Сравнивать эффективность потребления растительной и животной пищи.
Кратко описать черты древнейшего, древнего, ископаемого человека, человека современного типа.
Указать черты развития и сходства человеческих рас.

Иванова Т.В., Калинова Г.С., Мягкова А.Н. "Общая биология". Москва, "Просвещение", 2000

Тема 14. "Эволюционное учение." §38, §41-43 стр. 105-108, стр.115-122
Тема 15. "Приспособленность организмов. Видообразование." §44-48 стр. 123-131
Тема 16. "Доказательства эволюции. Развитие органического мира." §39-40 стр. 109-115, §49-55 стр. 135-160
Тема 17. "Происхождение человека." §49-59 стр. 160-172