Реферат: Жизненный цикл клетки, вирусы и бактериофаги. Размножение и развитие организмов

Половое размножение - образование нового организма при участии двух родительских особей. При половом размножении происходит слияние половых клеток - гамет мужского и женского организма. Новый организм несет наследственную информацию обоих родителей. Половые клетки формируются в результате особого типа деления, при котором число хромосом во вновь образующихся клетках в два раза меньше, чем в исходной материнской клетке. Таким образом, гаметы имеют в два раза меньшее число хромосом. В результате слияния двух гамет число хромосом во вновь образовавшейся клетке. - зиготе - увеличивается в два раза, т.е. восстанавливается, причем одна половина всех хромосом является отцовской, другая - материнской.

Хромосомный набор клеток. В клетках большинства организмов хромосомы парные. Парные хромосомы, одинаковые по форме, величине и наследственной информации, называют гомологичными, а двойной, парный набор хромосом, - диплоидным (2п). В некоторых клетках и организмах содержится одинарный, гаплоидный набор хромосом (п). В этом случае одинаковых хромосом нет.

Число хромосом для каждого вида организмов постоянно. Так, в клетках человека - 46 хромосом (23 пары), голубя - 80 (40 пар), дождевого червя - 36 (18 пар), в клетках пшеницы - 28 (14 пар). Эти организмы содержат диплоидный набор хромосом. Некоторые организмы, такие как водоросли, мхи, грибы, имеют одиночный, гаплоидный набор хромосом. Гаплоидный набор обозначают буквой п, диплоидный - 2п.

МЕЙОЗ

Образование гаплоидного набора хромосом из диплоидной клетки происходит в процессе особого типа деления - мейоза. Это такое деление клетки, при котором хромосомный набор клетки уменьшается вдвое. Этот тип деления называется редукционным. Для мейоза характерны те же стадии, что и для митоза, но процесс состоит из двух последовательных делений (мейоз 1 и мейоз 2). В результате образуются не 2, а 4 клетки.

Стадии мейоза. Как и митозу, мейозу предшествует интерфаза, в которой происходит репликация ДНК и удвоение хромосом. Каждая хромосома перед началом деления состоит из 2 молекул ДНК - 2 сестринских хроматид. В это время клетка имеет диплоидный набор хромосом - 2п, но каждая хромосома состоит из двух ДНК - 2с. Всего в клетке 4с молекул ДНК. Таким образом, перед началом деления хромосомный набор составляет 2п4с.

Профаза 1. Фаза значительно длиннее, чем в митозе. Хромосомы спирализуются и утолщаются. Гомологичные хромосомы попарно соединяются и накладываются друг на друга - конъюгируют. В результате образуются биваленты - двойные хромосомы. Во время конъюгации может происходить обмен участками гомологичных хромосом - кроссинговер, т.е. парные хромосомы обмениваются некоторыми генами, что изменяет комбинацию генов в хромосоме. Ядерная мембрана постепенно исчезает, центриоли расходятся к полюсам клетки и образуется веретено деления.

Метафаза 1. Гомологичные хромосомы попарно в виде бивалентов располагаются в экваториальной зоне клетки над и под плоскостью экватора. Центромеры хромосом соединяются с нитями веретена деления.

Анафаза 1. Гомологичные хромосомы расходятся к полюсам клетки. Это основное отличие мейоза от митоза, где идет расхождение сестринских хроматид. Таким образом, у каждого полюса оказывается только одна хромосома из пары, т.е. число хромосом у полюсов равно п2с. Происходит редукция числа хромосом - уменьшение вдвое.

Телофаза 1. Делится все остальное содержимое клетки, образуется перетяжка и возникают две клетки с гаплоидным набором хромосом. Каждая хромосома состоит из 2 молекул ДНК - 2 сестринских хроматид. Образование 2 клеток может наступать не всегда. Иногда телофаза сопровождается только образованием 2 гаплоидных ядер. Кариокинез происходит всегда, а цитокинез может отсутствовать.

Перед 2-м делением мейоза интерфаза отсутствует. Обе клетки одновременно приступают ко 2-му делению мейоза. Мейоз 2 полностью идентичен митозу и происходит в 2 клетках (ядрах) синхронно.

Профаза 2. Ядерная мембрана исчезает, образуется веретено деления. Хромосомы спирализуются и утолщаются. Фаза значительно короче профазы 1.

Метафаза 2. Хромосомы выстраиваются в плоскости экватора. Нити веретена деления соединены с центромерами.

Анафаза 2. К полюсам клетки расходятся сестринские хроматиды - хромосомы. У каждого полюса образуется набор хромосом п, т.е. гаплоидный набор, где каждая хромосома состоит из 1 молекулы ДНК.

Телофаза 2. Образуются 4 гаплоидных ядра и 4 гаплоидные клетки с набором хромосом п в каждой.

Биологический смысл мейоза заключается в образовании гаплоидных клеток, которые при слиянии вновь восстанавливают диплоидный набор. Этот процесс обеспечивает постоянный набор хромосом у вновь образующихся организмов при половом размножении. В мейозе гомологичные хромосомы попадают в разные гаметы, а негомологичные хромосомы расходятся в гаметы произвольно, независимо друг от друга. Это увеличивает число типов гамет и является основой для генетического разнообразия организмов. Кроме того, конъюгация и кроссинговер также способствуют комбинации генов и увеличивают разнообразие гамет и сочетание признаков в организме.

Образование половых клеток у животных

Гаметогенез - это процесс образования половых клеток. Животные имеют диплоидный набор хромосом. В процессе гаметогенеза, в основе которого лежит мейоз, образующиеся гаметы имеют гаплоидный набор хромосом. Гаметы образуются в половых железах или специализированных клетках. У животных это семенники и яичники. Гаметогенез протекает последовательно в трех зонах и заканчивается созреванием гамет.

Зона размножения. В ней содержатся первичные половые клетки с диплоидным набором хромосом 2п. Клетки в этой зоне делятся митозом, что способствует увеличению их количества.

Зона роста. В этой зоне деление клеток не происходит. Они растут, запасают питательные вещества. Здесь протекает интерфаза перед мейотическим делением. Клетки имеют диплоидный набор хромосом.

Зона созревания. В этой зоне происходит мейоз, окончательно формируются и созревают гаметы.

Сперматогенез - процесс образования мужских половых клеток - сперматозоидов. В зоне размножения в сперматогенной ткани в результате митоза образуются многочисленные клетки - сперматогонии (2 л). В зоне роста сперматогонии незначительно увеличиваются, и из каждой клетки развивается сперматоцит I порядка, готовый к редукционному делению. В зоне созревания в процессе 1-го деления мейоза образуются 2 сперматоцита II порядка, а затем во 2-м делении 4 гаметы - сперматиды (л). Все 4 клетки, одинаковые по величине, созревают и образуют 4 сперматозоида.

Сперматозоиды - небольшие подвижные клетки, состоящие из головки, шейки и хвостика. В головке находится ядро с гаплоидным набором хромосом. На заостренном кольце располагается аппарат Гольджи со специальными ферментами, разрушающими оболочку яйцеклетки. В шейке находятся центриоли и многочисленные митохондрии, обеспечивающие энергией сперматозоид при его движении. Хвостик служит для движения сперматозоида и по строению сходен со жгутиком у одноклеточных. Все образующиеся сперматозоиды имеют одинаковую величину.

Оогенез - процесс образования женских половых клеток - яйцеклеток. В зоне размножения в оогенной ткани находятся многочисленные клетки - оогонии (2л). Они размножаются митозом. Каждая оогония переходит в зону роста, начинает усиленно расти, накапливать питательные вещества в виде зерен желтка. Она превращается в ооцит I порядка. Процесс роста ооцита значительно продолжительнее, чем сперматоцита. В зоне созревания ооцит I порядка делится мейозом неравномерно. После 1-го деления образуется 1 крупная клетка - ооцит II порядка, куда переходят все питательные вещества, и 1 мелкая клетка - первичное направительное тельце, где имеется только ядро. После 2-го деления мейоза из ооцита II порядка образуется опять 1 крупная клетка - яйцеклетка и 1 вторичное направительное тельце. Из первичного направительного тельца образуются 2 мелких вторичных направительных тельца. Таким образом, при оогенезе из каждой исходной клетки образуется 1 крупная яйцеклетка (л) и 3 направительных тельца (л), которые погибают. Направительные тельца служат только для равномерного распределения хромосом в мейозе.

Яйцеклетка - округлая неподвижная клетка, содержащая ядро и много питательного вещества в виде желтка. Размеры яйцеклеток различны у разных видов животных. Например, у млекопитающих диаметр их составляет 0,2 мм-60 мкм, у амфибий и рыб - 3-5 мм, а у рептилий и птиц достигает нескольких сантиметров. Например, размер яйцеклетки курицы - 3 см. На верхнем полюсе яйцеклетки находится зародышевый диск, где располагается ядро.

Яйцеклетка у любого вида животных всегда значительно крупнее его сперматозоидов. Питательные вещества яйцеклетки обеспечивают развитие зародыша на начальной стадии (у млекопитающих) или на всем протяжении эмбриогенеза (у птиц, рептилий).

Оплодотворение и развитие животных

Оплодотворение - процесс слияния мужских и женских половых клеток, в результате которого образуется зигота, при этом восстанавливается диплоидный набор хромосом. Из зиготы развивается зародыш.

Существуют два способа оплодотворения: наружное и внутреннее. При наружном оплодотворении самка выметывает яйцеклетки (икру), а самец поливает их спермой. Такой способ оплодотворения характерен для водных обитателей (рыб, земноводных). При внутреннем оплодотворении слияние гамет происходит в половых путях самки, что отмечается у наземных и некоторых водных обитателей (у млекопитающих, рептилий, насекомых, червей). Оплодотворенное яйцо может развиваться в теле матери, как у млекопитающих, либо во внешней среде. Тогда яйца покрываются специальной оболочкой или скорлупой, и самка откладывает их в наиболее безопасное место (у насекомых, птиц, рептилий, моллюсков).

Биологическое значение оплодотворения состоит в том, что при слиянии гамет, как уже было сказано, восстанавливается диплоидный набор хромосом, а новый организм несет наследственную информацию и признаки двух родителей. Это увеличивает разнообразие признаков организмов, повышает их жизнестойкость и адаптационные свойства.

Онтогенез - индивидуальное развитие организма. Он делится на два периода - эмбриональный и постэмбриональный.