Розмноження та його мета. Самовідтворення є однією з ключових ознак живої матерії й властиве всім живим істотам без винятку. Це здатність організмів до утворення собі подібних. Адже навіть найдосконаліший організм не може жити вічно, а тому безперервність і наступність життя забезпечується винятково розмноженням — відтворенням живих організмів.

Розмноження відбувається обов’язково зі збільшенням числа особин. У цьому закладений особливий сенс. Смерть від хвороб і з випадкових причин, низька життєздатність або фізична нездатність окремих особин дати потомство автоматично обумовлюють необхідність того, щоб потомства завжди було більше, ніж батьків. Якщо ж до цього додати, що тварини живуть лише за рахунок того, що живляться іншими істотами та самі слугують їжею для інших, то необхідно, щоб потомство перевищувало число батьківських особин, інакше можлива ситуація, коли до статевозрілого стану з потомства ніхто просто не доживе. Для популяції людини підраховано: щоб народонаселення залишалося стабільним, на кожну жінку дітородного віку має припадати від 2,1 до 2,3 дитини. Якщо немовлят буде менше, то чисельність населення почне зменшуватися, якщо більше — зростати.

Нестатеве розмноження. Незважаючи на величезне різноманіття живого на Землі, існує лише два способи розмноження: нестатеве й статеве (іл. 25.1).

Іл. 25.1. Загальна схема класифікації способів розмноження живих організмів

Нестатеве розмноження відбувається або шляхом поділу власного тіла на дві й більше частин, окремими частинами тіла, або за допомогою спор. Процес нестатевого розмноження не передбачає будь-якого контакту з особинами свого виду, тому за такого способу утворення потомства не відбувається обмін генетичною інформацією.

Розмноження поділом тіла навпіл характерне для одноклітинних істот. Якщо це еукаріотний організм, то в основі поділу лежить мітоз, якщо бактерія — відбувається прямий поділ.

У деяких найпростіших — форамініфер і споровиків — може бути інший тип клітинних поділів — множинний поділ. Спочатку в клітині відбувається низка послідовних ядерних поділів, у результаті яких утворюється кілька десятків ядер, після чого клітина розпадається на відповідне число одноядерних клітин.

Просто шматками або, висловлюючись науковою мовою, фрагментами тіла можуть розмножуватися лише примітивні багатоклітинні істоти — у тварин це губки, а у рослин — багатоклітинні водорості. Цей процес називають фрагментацією. Якщо від тіла губки-бодяги чи водорості-спірогіри випадково відпаде якась навіть дуже незначна його частина — з неї легко виросте нова повноцінна особина.

Брунькування — утворення випинів тіла, з яких розвивається новий організм. Такий механізм розмноження трапляється як в одноклітинних, так і в багатоклітинних істот. Серед вищих рослин брунькування трапляється в печінкових мохів, а у тварин воно доволі звичайне в тих організмів, що ведуть прикріплений спосіб життя, наприклад, губок чи коралів (іл. 25.2).

Вегетативне розмноження — ще один спосіб нестатевого розмноження, властивий для багатьох примітивних тварин і вищих рослин. У рослин воно відбувається за рахунок різноманітних видозмін пагонів (кореневищ, вусів, цибулин і бульб) або кореневої порослі, або вегетативних бруньках на листках. У тварин типовим прикладом вегетативного розмноження слід вважати розмноження деяких червів, наприклад, морських багатощетинкових (іл. 25.3).

Іл. 25.2. Брунькування у гідри

За вегетативного розмноження часто утворюються колонії, про які важко сказати, що це — єдиний організм чи сукупність тісно пов'язаних між собою окремих особин.

Під час розмноження поділом, брунькуванням або вегетативними органами завжди утворюється генетично тотожне потомство, яке є точною копією материнського організму і має назву клон. Ця однорідність цілком природна, адже в основі вегетативного розмноження лежать мітози, за яких дочірні клітини одержують однаковий генетичний матеріал. Вегетативне розмноження, що проводиться в штучних умовах з метою отримання однорідного потомства, називають клонуванням.

Розмноження спорами — особливий вид нестатевого відтворення живих організмів за допомогою мікроскопічних зачатків, що найчастіше складаються з однієї, а рідше — групи клітин, в яких розвиваються багатоклітинні організми. Спорами розмножуються гриби (іл. 22.5), водорості й вищі спорові рослини. Для того щоб зі спори почав розвиватися новий організм, достатньо лише сприятливих умов. Спори грибів і водоростей можуть утворюватися в результаті як мітотичних, так і мейотичних поділів, а вищих спорових рослин — лише внаслідок мейозів. У першому випадку організми, що розвиваються зі спор одного материнського організму, являють собою клон мають диплоїдну природу, у другому — гаплоїдну й генетично відрізняються один від одного.

Статеве розмноження. Це фундаментальна властивість багатоклітинних організмів — процес відтворення організмів за допомогою статевих клітин — гамет.

Іл. 25.3. Вегетативне розмноження багатощетинкових червів

Ключовою подією нормального статевого розмноження є статевий процес — злиття чоловічої та жіночої гамет з утворенням спільного диплоїдного ядра. При цьому дрібна гамета — сперматозоїд — проникає всередину величезної нерухомої яйцеклітини. Цей процес також називають заплідненням. Його результатом є утворення зиготи (від грец. зиготос — спарений, подвоєний), з якої розвивається новий організм.

Часто статевий процес і статеве розмноження ототожнюють, але це неправильно. Для багатьох одноклітинних організмів статевий процес є обов'язковим (згадайте кон'югацію в інфузорій або злиття статевих клітин у малярійного плазмодія), а ось розмноження відбувається винятково нестатево — шляхом клітинних поділів. Бувають й інші ситуації, коли статеве розмноження відбувається без запліднення. Це партеногенез (від грец. партенос — діва і генезис), який може відбуватися у різних формах. У таких випадках розвиток нової особини відбувається з незаплідненої яйцеклітини. У деяких риб, наприклад, карася сріблястого, для розвитку нового організму потрібна лише стимуляція яйцеклітини сперматозоїдом іншого виду. При цьому спільне ядро не утворюється, а отже, запліднення не відбувається.

Запліднення у тварин відбувається за єдиною схемою і є злиттям яйцеклітини та сперматозоїда (іл. 23.1). При цьому внесок сперматозоїда в майбутню зиготу — це лише гаплоїдний набір хромосом, який міститься в його ядрі. У момент зіткнення сперматозоїда з яйцеклітиною передня частина сперматозоїда перетворюється на трубочку, через яку виділяється вміст сперматозоїда — ядро зі спадковим матеріалом. Відразу після контакту сперматозоїда з яйцеклітиною на її поверхні утворюється щільна оболонка, яка не дає проникнути в яйцеклітину іншим сперматозоїдам. Так само відбувається й перебудова цитоплазми. Лише після цього спадковий матеріал сперматозоїда, що потрапив у яйцеклітину, поєднується з генетичним матеріалом яйцеклітини й у такий спосіб утворюється зигота. Місце проникнення сперматозоїда в яйцеклітину може згодом визначити розташування органів майбутнього організму. Відомо, що в земноводних та частина яйцеклітини, до якої входить сперматозоїд, у ході розвитку перетворюється на передній кінець тіла.

Запліднення в рослин. У багатоклітинних водоростей і вищих спорових рослин запліднення відбувається у такий же спосіб, як і у тварин, тобто рухливий сперматозоїд проникає в нерухому яйцеклітину, в якій згодом відбувається злиття двох ядер й утворення зиготи.

У насінних рослин існують суттєві відмінності, викликані тим, що запліднення в них міцно пов'язане з процесом запилення — перенесенням пилкових зерен, які складаються з двох частин, на приймочку маточки. Як ви пам'ятаєте, вегетативна частина пилкового зерна — це та клітина, що проростає у вигляді пилкової трубки, а генеративна частина є двоядерною клітиною, з якої утворюються дві чоловічі гамети — спермії. Вони в насінних рослин нерухомі, а тому потрапляють до яйцеклітини не завдяки активній роботі джгутика, а за рахунок проростання пилку й утворення пилкової трубки.

Іл. 25.4. Схема подвійного запліднення у квіткових рослин:

а — поздовжній розріз маточки: б — проростання пилкового зерна: в — проникнення пилкової трубки та двох сперміїв у зародковий мішок: г — зародковий мішок після запліднення.

1 — проростання пилкового зерна; 2 — пилкова трубка; 3 — зав'язь; 4 — зрілий зародковий мішок: 5 — спермії; 6 — яйцеклітина; 7 — полярні ядра, що утворюють полярне тіло; 8 — зигота; 9 — триплоїдне ядро ендосперму

У квіткових рослин запліднення відбувається в дуже незвичний спосіб. Пилкова трубка проростає між клітинами маточки і входить у порожнину зав'язі, вростаючи в зародковий мішок. З пилкової трубки виходять спермії, один з яких зливається з яйцеклітиною, утворюючи диплоїдну зиготу, а другий — із центральною диплоїдною клітиною зародкового мішка, яка в результаті стає триплоїдною (іл. 25.4).

Із зиготи розвивається зародок, а із центральної клітини — ендосперм (від грец. ендос — внутрішній і сперма) — поживна речовина, яку зародок споживає під час свого розвитку. Зародок й ендосперм разом утворюють насінину.

Таким чином, запліднення у квіткових рослин — це доволі своєрідний процес, який отримав назву подвійне запліднення. Такий тип статевого процесу не трапляється більше в жодній із груп живих організмів. Його вперше описав у 1898 р. професор Київського університету Сергій Гаврилович Навашин.

Сергій Навашин (1857-1930)

Розмноження — це відтворення собі подібних, що супроводжується збільшенням числа особин. Нестатеве розмноження здійснюється за рахунок поділу тіла, окремих його частин або спор, статеве розмноження — лише за допомогою статевих клітин. У більшості випадків статеве розмноження передбачає наявність статевого процесу — запліднення — злиття жіночої та чоловічої гамет, що супроводжується утворенням спільного ядра.