Індивідуальний розвиток організмів

Розмноження – загальна властивість всіх живих організмів створювати нові покоління особин того ж виду.

Значення розмноження: забезпечує безперервність існування виду, дає можливість збільшити загальну чисельність виду.

Статеве розмноження – спосіб розмноження живих організмів, при якому нові особини утворюються із зиготи, що утворюється в результаті запліднення – злиття статевих клітин – гамет.

Нестатеве розмноження відбувається без участі гамет, без запліднення і в ньому приймає участь один організм.

Партеногенез – розвиток яйцеклітини без запліднення; спостерігається у деяких рослин (кульбаба) та деяких тварин (бджолині трутні, індики).

Поліембріонія:

· у тварин і людини – розвиток з однієї яйцеклітини кількох зародків (однояйцеві близнюки у людини);

· у рослин – утворення кількох зародків в одній насінині.

Партеногенез та поліембріонія з одного боку ведуть до біологічного прогресу, оскільки збільшують чисельність особин виду, а з іншого боку – до біологічного регресу, оскільки при партеногенезі та поліембріонії не відбувається обмін генетичною інформацією і зменшується пристосувальність виду до умов навколишнього середовища

Форми розмноження:

Статеве розмноження включає в себе процеси:

· гаметогенез – дозрівання і розвиток чоловічих та жіночих статевих клітин (сперматогенез – розвиток чоловічих статевих клітин; оогенез – розвиток жіночих статевих клітин);

· запліднення – процес злиття статевих клітин з утворенням зиготи;

· онтогенез – індивідуальний розвиток організму.

Сперматогенез – процес утворення в чоловічих статевих залозах чоловічих статевих клітин – сперматозоїдів. Сперматогенез проходить в три стадії:

· розмноження в сім’янниках диплоїдних клітин сперматогенної тканини, в результаті якого утворюються сперматоцити, які мають диплоїдний набір хромосом;

· ріст сперматоцитів, який супроводжується синтезом ДНК та добудовуванням другої хроматиди;

· дозрівання сперматоцитів, які діляться мейозом та утворюють гаплоїдні сперматозоїди.

У сперматозоїдах людини та ссавців хромосомні набори будуть відрізнятися за однією статевою хромосомою: поло-вина сперматозоїдів будуть нести статеву Х-хромосому, інша половина – статеву Y-хромосому.

Будова сперматозоїда (на прикладі сперматозоїда ссавців). Сперматозоїди дуже малі і рухливі. У ссавців сперматозоїд складається з головки довжиною 5-10 мкм, шийки та хвоста. Загальна довжина сперматозоїда приблизно становить 60 мкм. В головці розміщене ядро з гаплоїдним набором хромосом. Цитоплазми в головці дуже мало. В шийці розміщені мітохондрії, які виробляють енергію для руху сперматозоїда та центріоля, яка забезпечує коливання джгутика, що розміщений вздовж хвоста.

Оогенез – процес утворення жіночих статевих клітин – яйцеклітин. Оогенез відбувається в жіночих статевих залозах – яєчниках і проходить в три стадії:

· розмноження в яєчниках диплоїдних клітин оогенної тканини, в результаті якого утворюються диплоїдні ооцити;

· ріст ооцитів, який супроводжується синтезом ДНК та добудовуванням другої хроматиди;

· дозрівання ооцитів, які діляться мейозом.

В результаті дозрівання ооцита утворюється одна яйцеклітина і три редукційних (полярних) тільця. Пізніше яйцеклітина бере участь в статевому процесі, а редукційні тільця – відмирають.

Будова яйцеклітини. Яйцеклітини – малорухливі, переважно великих розмірів, містять запас поживних речовин для розвитку зародка після запліднення. Діаметр яйцеклітини ссавців приблизно 0,1 мм, яйцеклітини риб (ікринки) значно більші, оскільки містять більший запас поживних речовин. Найбільшими є яйцеклітини птахів. Наприклад, яйцеклітина курки разом із запасом поживних речовин (жовтком) має діаметр приблизно 3 см.

Форми запліднення:

· у рослин є особливості запліднення: споровим рослинам для запліднення необхідна вода (для руху сперміїв); запліднення квіткових рослин дістало назву подвійного, оскільки один спермій зливається з яйцеклітиною і утворює диплоїдну зиготу, а інший спермій зливається з диплоїдною центральною клітиною і утворює триплоїдну клітину, з якої потім розвивається ендосперм зародка насінини;

· у тварин зовнішнє (відбувається в навколишньому середовищі), внутрішнє (відбувається в організмі самки), штучне (проводить людина); у процесі запліднення відбувається активація амінокислот, проникнення сперматозоїда в яйцеклітину, злиття їхніх ядер.

Онтогенез – індивідуальний розвиток організму, поділяється на дві стадії: ембріональний (зародковий) розвиток та постембріональний (післязародковий розвиток).

Ембріональний розвиток в свою чергу поділяється на стадії:

Диференціація клітин – це набуття клітинами здатності до виконання різних функцій, пов’язаних з їх спеціалізацією; процес розвитку клітин у певному напрямку (наприклад, в епітеліальні клітини, нервові клітини та ін.). Диференціація клітин розпочинається у ранньому ембріогенезі і поступово звужує кількість можливих перетворень до однієї або декількох диференційованих форм. Диференційований стан клітин досить стабільний і успадковується їх нащадками. Кінцева диференціація часто супроводжується втратою здатності клітин до розмноження. Наприклад, клітини нервової тканини у ссавців останній раз поділяються в ембріональному та ранньому постембріональному періодах розвитку, а клітини нервових гангліїв дрозофіли – на стадії личинки.

Для пояснення причин диференціації клітин запропоновано дві теорії:

· теорія нерівномірного розподілу спадкового матеріалу серед бластомерів зародка (теорія мозаїчного розвитку);

· теорія однакових генетичних потенцій всіх бластомерів (теорія еквіпотенціальності клітин, або регуляційного типу розвитку).

Прихильником першої теорії був А. Вейсман, який вважав, що мітотичні поділи зиготи є нерівнозначними відносно розподілу генетичного матеріалу. На користь теорії мозаїчного розподілу свідчать наступні факти:

· у кінської аскариди та у деяких інших безхребетних спостерігається втрата хроматину, тобто втрата клітиною частини геному, що не потрібна для даного напрямку диференціації;

· у деяких видів розподіл генетичного матеріалу між статевими та соматичними клітинами здійснюється нерівномірно;

· у багатьох видів (наприклад, у асцидії) спостерігається нерівномірний розподіл ферментів, і-РНК по яйцеклітині, а, отже, по зиготі та бластомерах;

· в процесі розвитку та диференціації клітин можливі незворотні локальні зміни та перебудови генетичного матеріалу (мутації).

На користь теорії регуляційного типу розвитку вказують дані цитогенетики, за якими у переважної більшості організмів каріотипи різних за функцією клітин – однакові (цитофотометричний аналіз вказує на однакову кількість ДНК, а спектральний аналіз показує ідентичність спектрів нуклеотидних послідовностей у різних клітинах). Отже, якщо і є організми, в яких гени і їх продукти нерівномірно розподіляються між клітинами в період дробіння зиготи, то цей феномен не є універсальним. Ембріональні клітини вищих еукаріотів, наприклад, земноводних, людини до стадії восьми бластомерів є генетично ідентичними, тому ембріони цих організмів називають регуляторними. Є і такі організми (наприклад, морський їжак), ембріони яких важко віднести до чисто регуляторних чи мозаїчних.

Відомо, що контроль перших етапів диференціації клітин визначається позаядерними компонентами яйцеклітини, які накопичуються у ній в процесі оогенезу. Деякі з таких компонентів у зародкових клітин дрозофіли ідентифіковані та визначена їх локалізація у яйцеклітині.

Одним із прямих доказів теорії еквіпотенціальності клітин є відомий дослід Дж. Гордона, який трансплантував ядра з диференційованих соматичних клітин (клітин кишкового епітелію пуголовків) в яйцеклітини південноамериканської жаби. Причому, власні ядра незапліднених яйцеклітин вчений руйнував ультрафіолетовим випромінюванням. В окремих випадках із таких штучно сконструйованих яйцеклітин розвивалися дорослі жаби. Отже, можна вважати, що інформація, необхідна для нормального розвитку після багатьох мітотичних поділів не втрачається і може бути використана для повторного процесу розвитку. Такий процес отримав назву клонування, а організми, утворені в такий спосіб називають клонами.

Спроби клонування ссавців довгий час були марними. Однак, у 1997 році група вчених під керівництвом Яна Уілмута у Шотландії шляхом клонування отримали копію вівці за кличкою Доллі.

Подібне клонування сільськогосподарських тварин сьогодні стає буденною справою і має велике практичне значення. Окрім традиційного з використанням незаплідненої яйцеклітини у сільському господарстві здійснюють клонування тварин штучним поділом раннього зародка на частини з наступним вирощуванням з них клонів.

Оскільки ембріональні клітини теплокровних тварин є генетично ідентичними, це можна використати для вирощування тканин та органів необхідних для трансплантації у медицині та ветиренарії. Великого значення набуває технологія вирощування тканин та органів з ізольованих стовбурових клітин, генетично запрограмованих на певний тип диференціювання. Так можна отримати гістосумісний матеріал для трансплантацій без клонування самих організмів.

Клонування людини в технологічному відношенні стало цілком можливим, проте воно стикається з рядом етичних, моральних та психологічних проблем. Гарантувати відтворення особистості клону важко, бо інтелект і все, що з ним пов’язане на 50% залежить від умов життя та виховання.

Постембріональний розвиток: буває прямий (без метаморфозу) та непрямий (з метаморфозом).

За прямого розвитку щойно народжена тварина загалом нагадує дорослу особину. Прямий розвиток відбувається внаслідок ембріонізації – періоду, коли зародок живиться за рахунок материнського організму (плацентарні ссавці), або запасними поживними речовинами яйця (плазуни, птахи).

За непрямого розвитку з яйця виходить личинка, що зовсім не схожа на дорослих особин ні будовою ні способом живлення, а часом для неї характерне ще й інше середовище життя. Личинка живиться, росте та розвивається (деякі види можуть на личинковій стадії розмножуватись), а пізніше у її організмі відбуваються глибокі структурні зміни, завдяки яким личинка перетворюється у дорослу комаху. Непрямий розвиток може відбуватися з повним та неповним перетворенням:

Неповне перетворення: яйце → личинка, схожа на дорослу особину → доросла особина.