Нестатеве і статеве розмноження організмів

Нестатеве розмноження — це спосіб відтворення, за якого нова особина розвивається без злиття гамет. Зазвичай у ньому бере участь лише одна батьківська особина. В еукаріотів мітотичні форми нестатевого розмноження дають генетично близькі копії — клон, якщо не виникли мутації. Однак спори, утворені мейозом у рослин, не є ідентичними спорофіту, бо мейоз перекомбіновує гени.

Поділ навпіл

Найпростіша форма — поділ однієї клітини на дві дочірні. У бактерій після реплікації кільцевої ДНК клітина ділиться перетяжкою — це відбувається без мітозу. В амеби протей поділ відбувається мітозом. В інфузорії-туфельки мале (мікро-) ядро ділиться мітозом, а велике (макро-) ядро — безмітотично.

Множинний поділ (шизогонія)

За множинного поділу ядро клітини ділиться кілька разів поспіль, а потім клітина розпадається на багато дочірніх. Типовий приклад — малярійний плазмодій (Plasmodium), який розмножується шизогонією в клітинах печінки та еритроцитах людини.

Брунькування

На материнській особині утворюється виріст — брунька, яка росте й згодом відокремлюється або лишається з’єднаною, формуючи колонію. Серед одноклітинних брунькуються дріжджі, серед багатоклітинних — гідра.

Спороутворення

Спори — це спеціалізовані клітини для розмноження й поширення. Кожна спора за сприятливих умов дає початок новому організму. Спороутворення характерне для мохів, папоротей, хвощів, плаунів, а також для грибів (мукор, пеніцил).

Вегетативне розмноження

Розмноження частинами вегетативних органів. У рослин це живці, кореневища, бульби, цибулини, вуса (суниця). У тварин вегетативне розмноження називають фрагментацією — прикладом є планарія та деякі кільчасті черви, які відновлюють цілий організм із частини тіла.

Чому спори бактерій — не розмноження

З однієї бактеріальної клітини утворюється лише одна спора. Вона не слугує для збільшення чисельності, а допомагає пережити несприятливі умови (висихання, кип'ятіння). За сприятливих умов спора проростає знову в одну бактеріальну клітину. Тому спороутворення бактерій — це спосіб переживання, а не розмноження.

Типова форма статевого розмноження полягає в утворенні нової особини після злиття двох гаплоїдних гамет. Партеногенез у шкільній класифікації розглядають як виняток — розвиток без запліднення, але зі статевої клітини. У тварин гамети утворюються мейозом. Під час запліднення зливаються два гаплоїдні ядра, утворюючи диплоїдну зиготу: n + n = 2n.

Генетична різноманітність нащадків

Нащадки поєднують гени двох батьків і тому генетично різноманітні. Це підвищує шанси виду вижити в мінливих умовах і дає матеріал для природного добору. Саме в цьому головна перевага статевого розмноження над нестатевим.

Типи гамет

У більшості організмів гамети різні: велика нерухома яйцеклітина і дрібні рухливі сперматозоїди — це оогамія. У хламідомонади гамети однакові за розміром і формою — ізогамія. Утворення й будову гамет детально пояснює урок «Гаметогенез».

Роздільностатеві тварини й гермафродити

У роздільностатевих тварин чоловічі й жіночі гамети утворюють різні особини — це більшість хребетних і комахи. Гермафродити — одна особина утворює обидва типи гамет. Приклади: деякі види гідр, планарія, дощовий черв'як, виноградний слимак. Однак запліднення в гермафродитів здебільшого перехресне, а не самозапліднення.

Зовнішнє і внутрішнє запліднення

Зовнішнє запліднення відбувається у воді, поза тілом самки. Його мають більшість риб і безхвості земноводні (жаби, ропухи); у тритонів і безногих земноводних запліднення внутрішнє. Гамет утворюється дуже багато, бо більшість гине. Внутрішнє запліднення відбувається в статевих шляхах самки. Воно характерне для комах, плазунів, птахів і ссавців. Гамет утворюється менше, але шанс на запліднення й виживання зародка значно вищий.

Подвійне запліднення в квіткових рослин

У квіткових рослин відбувається подвійне запліднення: один спермій зливається з яйцеклітиною, утворюючи зиготу, а другий — із центральною клітиною, утворюючи триплоїдний ендосперм. Детальніше цей процес розглянуто в уроці «Подвійне запліднення у квіткових рослин».

Окрім типових форм статевого й нестатевого розмноження, в природі існують особливі явища, які варто розглянути окремо: партеногенез, поліембріонія та кон'югація.

Партеногенез

Партеногенез — це розвиток зародка з незаплідненої яйцеклітини. Хоча запліднення не відбувається, організм розвивається зі статевої клітини, тому партеногенез у шкільній класифікації вважають різновидом статевого розмноження. Класичний приклад — трутні медоносної бджоли: з незапліднених яйцеклітин розвиваються гаплоїдні самці. У попелиць і дафній улітку з'являються кілька поколінь самок без самців — це також партеногенез. Серед хребетних партеногенез трапляється в деяких скельних ящірок.

Поліембріонія

Поліембріонія — це розвиток кількох зародків з однієї зиготи. На ранніх стадіях дроблення зародок розділяється на кілька частин, і кожна дає самостійний організм. Найвідоміший приклад — однояйцеві (монозиготні) близнюки людини: вони генетично ідентичні, бо походять з однієї зиготи. У дев'ятипоясного броненосця з однієї зиготи розвиваються четверо однакових дитинчат.

Кон'югація інфузорій

Кон'югація інфузорій — це статевий процес, який не є розмноженням. Дві інфузорії тимчасово з'єднуються й обмінюються частинами малих (генеративних) ядер, а потім розходяться. Кількість особин не збільшується, але спадкова інформація поєднується по-новому, що підвищує генетичну різноманітність. Детальніше цей процес описано в уроці про інфузорію-туфельку.

Кон'югація бактерій

У бактерій кон'югація — це передавання частини ДНК від однієї клітини до іншої через спеціальний виріст (пілі). Це також не розмноження, а спосіб обміну генетичною інформацією. Детальніше — в уроці «Будова і розмноження бактерій».

Чергування поколінь — це закономірна зміна в життєвому циклі поколінь, що розмножуються статевим і нестатевим способами. У рослин чергуються гаметофіт (n, утворює гамети) і спорофіт (2n, утворює спори). У мохів переважає гаметофіт, у папоротей і насінних — спорофіт. Детальніше цикли розглянуто в курсі «Рослини».

Чергування поколінь у тварин

У жалких із медузною стадією (наприклад, у деяких гідроїдних) поліпи нестатево утворюють медуз, які розмножуються статево. Гідри й коралові поліпи медузної стадії не мають. У малярійного плазмодія нестатеве розмноження (шизогонія) в організмі людини чергується зі статевим розмноженням у комарі. У попелиць і дафній після кількох партеногенетичних поколінь восени з'являється статеве покоління.

Порівняння нестатевого і статевого розмноження

Поєднання обох способів

Багато організмів поєднують обидва способи розмноження. Гідра брунькується влітку (нестатеве), а восени переходить до статевого розмноження. Картоплю зазвичай садять бульбами (вегетативне), але вона цвіте й утворює насіння (статеве).

Розгляньмо завдання у форматі НМТ на тему нестатевого й статевого розмноження. Кожне завдання супроводжується покроковим розв'язанням і поясненням, чому інші варіанти неправильні.

Приклад 1. Логічні пари: організм — форма розмноження

Установіть відповідність між організмом (1–4) і формою його розмноження (А–Д).

• 1 — гідра в сприятливих умовах

• 2 — малярійний плазмодій в еритроцитах людини

• 3 — амеба протей

• 4 — картопля, посаджена бульбами

• А — брунькування

• Б — множинний поділ (шизогонія)

• В — поділ навпіл

• Г — вегетативне розмноження

• Д — партеногенез (зайве)

Розв'язання: Гідра в сприятливих умовах розмножується брунькуванням (1 → А). Малярійний плазмодій в еритроцитах людини розмножується шизогонією — множинним поділом (2 → Б). Амеба протей ділиться навпіл мітозом (3 → В). Картопля, посаджена бульбами, — це вегетативне розмноження (4 → Г). Партеногенез (Д) — різновид статевого розмноження, тому він зайвий у цьому переліку.

Приклад 2. Партеногенез

Трутні медоносної бджоли розвиваються з незапліднених яйцеклітин. Як називають таке розмноження?

Розв'язання: Розвиток зародка з незаплідненої яйцеклітини називають партеногенезом. Поліембріонія — це розвиток кількох зародків з однієї зиготи (не підходить). Брунькування — нестатеве розмноження, за якого утворюється виріст на материнській особині. Кон'югація — статевий процес без збільшення кількості особин. Правильна відповідь: партеногенез.

Приклад 3. Два твердження

Оцініть правильність двох тверджень. I: «Під час кон'югації кількість інфузорій збільшується». II: «Однояйцеві близнюки — приклад поліембріонії».

Розв'язання: Твердження I хибне — під час кон'югації інфузорії обмінюються частинами ядер, але кількість особин не збільшується. Твердження II правильне — однояйцеві близнюки розвиваються з однієї зиготи, що є класичним прикладом поліембріонії. Отже, правильне лише II.

Приклад 4. Перевага статевого розмноження

Яка головна перевага статевого розмноження над нестатевим?

Розв'язання: Головна перевага статевого розмноження — генетично різноманітні нащадки, які мають більше шансів вижити в мінливих умовах. Варіант «нащадки — точні копії батьків» описує нестатеве, а не статеве розмноження. «Достатньо однієї особини» і «чисельність зростає швидше» — це переваги нестатевого розмноження.

Приклад 5. Два судження учнів

Катя: «Спори бактерій — спосіб розмноження, бо з однієї бактерії утворюється багато спор». Дмитро: «Спори папороті слугують для розмноження й поширення». Хто має рацію?

Розв'язання: Катя помиляється — з однієї бактеріальної клітини утворюється лише одна спора, яка допомагає пережити несприятливі умови, а не розмножуватися. Дмитро правий — спори папороті справді є спеціалізованими клітинами для розмноження й поширення. Отже, рацію має лише Дмитро.

• Вважають спори бактерій способом розмноження, хоча з однієї клітини утворюється лише одна спора, яка допомагає пережити несприятливі умови, а не розмножуватися.

• Вважають кон'югацію інфузорій розмноженням, хоча кількість особин не збільшується — це статевий процес обміну генетичною інформацією.

• Плутають партеногенез (розвиток з незаплідненої яйцеклітини) з поліембріонією (кілька зародків з однієї зиготи).

• Вважають, що нащадки від нестатевого розмноження генетично різні, а від статевого — однакові. Насправді навпаки: нестатеве дає клон (однакові нащадки), статеве — різноманітних нащадків.

• Вважають, що гермафродити завжди запліднюють самі себе. Насправді в більшості гермафродитів запліднення перехресне (дві особини обмінюються гаметами).

• Відносять брунькування дріжджів чи гідри до статевого розмноження. Брунькування — це нестатеве розмноження, бо нова особина утворюється без злиття гамет.

Тема 1.5 програми НМТ з біології охоплює утворення гамет і запліднення, статеве розмноження, форми нестатевого розмноження (поділ мітозом, брунькування, спори, вегетативне). Від тебе вимагають знати суть партеногенезу, поліембріонії, чергування поколінь, а також уміти порівнювати статеве й нестатеве розмноження.

Формати завдань

Логічні пари (завдання 25–28): потрібно встановити відповідність 1–4 → А–Д. Одна буква зайва. По 1 балу за кожну правильно встановлену пару, максимум 4 бали. Тему можуть перевіряти й у логічних парах, наприклад: «організм → форма розмноження».

Вибір однієї відповіді з чотирьох (А–Г), завдання 1–24, 0 або 1 бал. Серед них трапляються завдання з основою «два твердження» (демо 2026, № 8, 14, 20) і «два судження учнів» (№ 4, 16).

Стратегія виконання

Для кожного прикладу з'ясуй: чи є гамети й запліднення? Скільки нових особин утворюється з однієї батьківської? Якщо гамет немає — це нестатеве розмноження. Якщо є гамети, але запліднення не відбулося — можливий партеногенез. Якщо кількість особин не збільшується — це не розмноження, а статевий процес (кон'югація).

• Нестатеве розмноження відбувається без злиття гамет; форми: поділ, брунькування, спороутворення, вегетативне. Мітотичні форми дають клон за відсутності мутацій, але мейотичні спори рослин генетично відрізняються від спорофіту.

• Статеве розмноження передбачає утворення гамет, запліднення й формування диплоїдної зиготи. Нащадки генетично різноманітні, що дає перевагу в мінливих умовах.

• Тварини бувають роздільностатевими (чоловічі й жіночі гамети утворюють різні особини) і гермафродитами (одна особина утворює обидва типи гамет, але запліднення здебільшого перехресне).

• Зовнішнє запліднення відбувається у воді (більшість риб, безхвості земноводні); внутрішнє — у статевих шляхах самки (комахи, плазуни, птахи, ссавці).

• Партеногенез — розвиток з незаплідненої яйцеклітини (трутні, попелиці, дафнії); це різновид статевого розмноження.

• Поліембріонія — кілька зародків з однієї зиготи (однояйцеві близнюки).

• Кон'югація інфузорій — статевий процес без розмноження (обмін генетичною інформацією). Спори бактерій слугують для переживання несприятливих умов, а не для розмноження.