Страница полузащищенная
Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для использования в других целях, см Воспроизведение (значения) .
"Procreate" перенаправляется сюда. Информацию о приложении см. В разделе Procreate (программное обеспечение) .

Производство новых особей по краю листа чудо-листового растения ( Kalanchoe pinnata ). Небольшое растение впереди около 1 см (0,4 дюйма) в высоту. Понятие «индивидуум», очевидно, растягивается этим бесполым репродуктивным процессом.
Часть серии по
Биология
202002 Лабораторный прибор dna.svg
Изучение живых организмов
Ключевые компоненты
Субдисциплины
Исследование
  • Отрасли биологии
  • Биолог ( Список)
  • Список журналов
Приложения
  • Сельскохозяйственная наука
  • Биотехнологии
  • Технологии здоровья
  • Нанобиотехнологии
  •  Биологический портал
  • v
  • т
  • е

Размножение (или воспроизводство, или размножение ) - это биологический процесс, посредством которого новые индивидуальные организмы - «потомство» - производятся от своих «родителей». Воспроизведение - фундаментальная черта всей известной жизни ; каждый отдельный организм существует в результате воспроизводства. Есть две формы размножения: бесполое и половое .

При бесполом размножении организм может воспроизводиться без участия другого организма. Бесполое размножение не ограничивается одноклеточными организмами . Клонирование организма является одной из форм бесполого размножения. Путем бесполого размножения организм создает генетически подобную или идентичную копию самого себя. Эволюция полового размножения является одной из основной головоломки для биологов. Двукратная стоимость полового размножения заключается в том, что воспроизводятся только 50% организмов [1], а организмы передают только 50% своих генов . [2]

Половое размножение обычно требует полового взаимодействия двух специализированных организмов, называемых гаметами , которые содержат половину хромосом нормальных клеток и создаются мейозом , при этом, как правило, самец оплодотворяет самку того же вида, чтобы создать оплодотворенную зиготу . Это дает потомство организмов, чьи генетические характеристики происходят от таковых двух родительских организмов.

Бесполое

Основная статья: Бесполое размножение

Бесполое размножение - это процесс, с помощью которого организмы создают генетически похожие или идентичные копии самих себя без участия генетического материала от другого организма. Бактерии делятся бесполым путем посредством бинарного деления ; вирусы берут под контроль клетки-хозяева, чтобы производить больше вирусов; Гидры ( беспозвоночные о порядке Hydroidea ) и дрожжи способны воспроизвести почкованием . Эти организмы часто не принадлежат к разным полам и способны «расщепляться» на две или более копии самих себя. Большинство растений обладают способностью к бесполому размножению, а виды муравьевСчитается, что Mycocepurus smithii размножается исключительно бесполым путем.

Некоторые виды, способные к бесполому размножению, например гидра , дрожжи (см. Спаривание дрожжей ) и медузы , также могут размножаться половым путем. Например, большинство растений способны к вегетативному размножению - размножению без семян и спор, - но также могут размножаться половым путем. Точно так же бактерии могут обмениваться генетической информацией путем конъюгации .

Другие способы бесполого размножения включают партеногенез , фрагментацию и образование спор, которое включает только митоз . Партеногенез является рост и развитие эмбриона или семени без оплодотворения с помощью мужского пола . Партеногенез происходит естественным образом у некоторых видов, включая низшие растения (где он называется апомиксис ), беспозвоночных (например, водяных блох , тлей , некоторых пчел и паразитических ос ) и позвоночных (например, некоторых рептилии , [3] рыбы и, очень редко, птицы [4] и акулы [5] ). Иногда он также используется для описания способов размножения у гермафродитных видов, которые могут самооплодотворяться.

Сексуальный

Основная статья: Половое размножение
Смотрите также: Репродукция человека
Спаривание журчалок в воздухе

Половое размножение - это биологический процесс, который создает новый организм путем объединения генетического материала двух организмов в процессе, который начинается с мейоза , особого типа деления клеток . Каждый из двух родительских организмов вносит половину генетического состава потомства, создавая гаплоидные гаметы . [6] Большинство организмов образуют два разных типа гамет. У этих анизогамных видов два пола называются мужскими (производящими сперму или микроспоры) и женскими (производящими яйцеклетки или мегаспоры). ВИзогамные виды , гаметы похожи или идентичны по форме ( изогаметы ), но могут иметь отдельные свойства, и тогда им могут быть даны другие разные названия (см. изогамия ). Например, у зеленой водоросли Chlamydomonas reinhardtii есть так называемые «плюсовые» и «минусовые» гаметы. Несколько видов организмов, такихкак много грибов и инфузорий Paramecium Aurelia , [7] имеют более чем два «пола», называемые syngens . Большинство животных (включая человека) и растений размножаются половым путем. Организмы, размножающиеся половым путем, имеют разные наборы генов для каждого признака (так называемые аллели).). Потомки наследуют по одному аллелю на каждый признак от каждого родителя. Таким образом, у потомства есть комбинация генов родителей. Считается, что «маскировка вредоносных аллелей способствует развитию доминантной диплоидной фазы в организмах, чередующихся между гаплоидной и диплоидной фазами», где рекомбинация происходит свободно. [8] [9]

Мохообразные размножаются половым путем, но более крупные и часто встречающиеся организмы гаплоидны и производят гаметы . Гаметы сливаются, образуя зиготу, которая превращается в спорангий , который, в свою очередь, производит гаплоидные споры. Диплоидный этап является относительно небольшим и недолгим, по сравнению с гаплоидным стадии, т.е. гаплоидный доминированию . Преимущество диплоидии, гетерозиса, существует только в диплоидном поколении жизни. Мохообразные сохраняют половое размножение, несмотря на то, что гаплоидная стадия не выигрывает от гетерозиса. Это может быть признаком того, что половое размножение имеет преимущества помимо гетерозиса, такие как генетическая рекомбинация.между членами вида, что позволяет выражать более широкий спектр признаков и, таким образом, делает популяцию более способной выживать в условиях изменения окружающей среды.

Аллогамия

Основная статья: Аллогамия

Аллогамия - это оплодотворение комбинации гамет от двух родителей, обычно яйцеклетки одного человека сперматозоидами другого. (У изогамных видов две гаметы не могут быть определены как сперматозоиды или яйцеклетки.)

Автогамия

Основная статья: Автогамия

Само- оплодотворение , также известное как автогамии, происходит в гермафродитных организмах , где две гаметы , слитая в оплодотворении происходит из одной и той же личности, например, многие сосудистых растений , некоторый фораминифер , некоторые инфузории . Термин «автогамия» иногда заменяет самоопыляющееся опыление (не обязательно приводит к успешному оплодотворению) и описывает самоопыление в пределах одного цветка, отличить от geitonogamous опыления , передач пыльцы на другой цветок на те же цветущих растения , [10] или в пределах одного однодомного голосеменного растение.

Митоз и мейоз

Митоз и мейоз - это типы деления клеток . Митоз возникает в соматических клетках , а мейоз - в гаметах .

Митоз Результирующее количество клеток в митозе вдвое превышает количество исходных клеток. Количество хромосом в клетках-потомках такое же, как и в родительской клетке.

Мейоз Получаемое количество клеток в четыре раза превышает количество исходных клеток. Это приводит к появлению клеток с половиной количества хромосом, присутствующих в родительской клетке. Диплоидные клетки дублируют себя, а затем претерпевает два деления ( тетраплоид на диплоидный к гаплоидным), в процессе формования четыре гаплоидных клетки. Этот процесс проходит в две фазы: мейоз I и мейоз II.

Однополые

В последние десятилетия биологи-эволюционисты изучали и разрабатывали методы, способствующие однополому воспроизводству. [11] Очевидные подходы, подверженные растущей активности, - это женская сперма и мужские яйцеклетки , причем женская сперма ближе к реальности для людей, учитывая, что японские ученые уже создали женскую сперму для кур. «Тем не менее, соотношение продуцируемых сперматозоидов, несущих W-хромосому (несущих W), оказалось значительно ниже ожиданий. Поэтому сделан вывод, что большая часть W-несущих PGC не может дифференцироваться в сперматозоиды из-за ограниченного сперматогенеза». [12]В 2004 году, изменив функцию нескольких генов, участвующих в импринтинге, другие японские ученые объединили два мышиных яйца, чтобы произвести дочерних мышей [13], а в 2018 году китайские ученые создали 29 самок мышей от двух самок мышей-матерей, но не смогли произвести жизнеспособное потомство. от двух мышей отца. [14] [15]

Стратегии

Дополнительная информация: Способы воспроизводства и теория истории жизни

Существует широкий спектр репродуктивных стратегий, используемых разными видами. Некоторые животные, такие как человек и северная олуша , не достигают половой зрелости в течение многих лет после рождения и даже после этого производят мало потомства. Другие быстро размножаются; но при нормальных обстоятельствах большинство потомков не доживают до взрослого возраста . Например, кролик (созревший через 8 месяцев) может давать 10–30 потомков в год, а плодовая мушка (созревшая через 10–14 дней) может производить до 900 потомков в год. Эти две основные стратегии известны как K-отбор (небольшое количество потомков) и r-отбор.(много потомков). Какая стратегия предпочтительна для эволюции, зависит от множества обстоятельств. Животные, у которых мало потомства, могут тратить больше ресурсов на воспитание и защиту каждого отдельного потомства, тем самым уменьшая потребность в большом количестве потомства. С другой стороны, животные с большим количеством потомков могут тратить меньше ресурсов на каждое отдельное потомство; для этих типов животных многие потомства обычно умирают вскоре после рождения, но обычно выживает достаточно особей, чтобы поддерживать популяцию. Некоторые организмы, такие как медоносные пчелы и плодовые мушки, сохраняют сперму в процессе, называемом хранением спермы, тем самым увеличивая продолжительность их фертильности.

Другие типы

Основная статья: Семеларность и итеропарность
  • Полициклические животные воспроизводятся с перерывами на протяжении всей жизни.
  • Семелепестковые организмы воспроизводятся только один раз в своей жизни, например, однолетние растения (включая все зерновые культуры), а также некоторые виды лосося, пауков, бамбука и вековых растений. Часто они погибают вскоре после размножения. Это часто ассоциируется с r-стратегами .
  • Итеропородящие организмы производят потомство в последовательных (например, годовых или сезонных) циклах, например, многолетние растения . Итеропородящие животные выживают в течение нескольких сезонов (или периодических изменений условий). Это больше связано с K-стратегами .

Бесполое и половое размножение

Иллюстрация двойной стоимости полового размножения . Если бы каждый организм давал одно и то же количество потомков (два), (а) популяция остается того же размера в каждом поколении, а (б) бесполая популяция увеличивается вдвое в каждом поколении.

Количество организмов, размножающихся бесполым путем, увеличивается в геометрической прогрессии. Однако, поскольку они полагаются на мутации для изменения своей ДНК, все представители этого вида имеют схожие уязвимости. Организмы, которые размножаются половым путем, дают меньшее количество потомков, но большое количество вариаций в их генах делает их менее восприимчивыми к болезням.

Многие организмы могут размножаться как половым, так и бесполым путем. Примерами могут служить тля , слизевики , морские анемоны , некоторые виды морских звезд (путем фрагментации ) и многие растения. Когда факторы окружающей среды благоприятны, бесполое размножение используется для использования подходящих условий для выживания, таких как изобилие пищи, адекватное жилье, благоприятный климат, болезни, оптимальный pH или правильное сочетание других требований образа жизни. Популяции этих организмов экспоненциально увеличиваются за счет бесполых репродуктивных стратегий, позволяющих в полной мере использовать богатые ресурсы снабжения.

Когда источники пищи истощаются, климат становится враждебным или индивидуальное выживание подвергается опасности из-за некоторых других неблагоприятных изменений условий жизни, эти организмы переключаются на половые формы воспроизводства. Половое размножение обеспечивает смешение генофонда видов. Изменения, обнаруженные у потомства при половом размножении, позволяют некоторым особям лучше приспособиться к выживанию и обеспечивают механизм избирательной адаптации. Стадия мейоза полового цикла также позволяет особенно эффективно восстанавливать повреждения ДНК (см. Мейоз ). [ необходима цитата ] Кроме того, половое размножение обычно приводит к формированию стадии жизни, способной выдержать условия, угрожающие потомству бесполого родителя. Таким образом, семена, споры, яйца, куколки, цисты или другие «зимующие» стадии полового размножения обеспечивают выживание в неблагоприятные времена, и организм может «переждать» неблагоприятные ситуации, пока не произойдет возврат к пригодности.

Жизнь без

Существование жизни без воспроизводства является предметом некоторых предположений. Биологическое исследование того, как зародыши жизни произвели воспроизводящие организмы из невоспроизводящихся элементов, называется абиогенезом . Независимо от того, произошло ли несколько независимых абиогенетических событий, биологи считают, что последний универсальный предок всей нынешней жизни на Земле жил около 3,5 миллиардов лет назад .

Ученые высказывали предположения о возможности создания в лаборатории не репродуктивной жизни. Некоторым ученым удалось создать простые вирусы из неживых материалов. [16] Однако вирусы часто считаются неживыми. Будучи не чем иным, как кусочком РНК или ДНК в белковой капсуле, они не имеют метаболизма и могут воспроизводиться только с помощью метаболического механизма захваченной клетки .

Создание действительно живого организма (например, простой бактерии) без предков было бы гораздо более сложной задачей, но вполне может быть в некоторой степени возможным в соответствии с современными биологическими знаниями. Синтетический геном был перенесен в существующей бактерию , где она заменила нативную ДНК, в результате чего производства искусственного нового M. тусоШеза организма. [17]

В научном сообществе ведутся споры о том, можно ли считать эту клетку полностью синтетической [18] на том основании, что химически синтезированный геном был почти 1: 1 копией природного генома, а клетка-реципиент была естественной бактерией. . Институт Крейга Вентера поддерживает термин «синтетическая бактериальная клетка», но они также уточняют: «... мы не считаем это« созданием жизни с нуля », а скорее мы создаем новую жизнь из уже существующей жизни, используя синтетическую ДНК». [19] Вентер планирует запатентовать свои экспериментальные клетки, заявив, что «они явно являются изобретениями человека». [18]Его создатели предполагают, что построение «синтетической жизни» позволит исследователям узнавать о жизни, строя ее, а не разрывая на части. Они также предлагают расширить границы между жизнью и машинами до тех пор, пока они не пересекутся, чтобы получить «действительно программируемые организмы». [20] Участвующие исследователи заявили, что создание «истинной синтетической биохимической жизни» относительно близко к возможностям современных технологий и дешево по сравнению с усилиями, необходимыми для высадки человека на Луну. [21]

Принцип лотереи

Половое размножение имеет много недостатков, поскольку оно требует гораздо больше энергии, чем бесполое размножение, и отвлекает организмы от других занятий, и есть некоторые аргументы в пользу того, почему так много видов используют его. Джордж К. Уильямс использовал лотерейные билеты в качестве аналогии в одном из объяснений широко распространенного использования полового размножения. [22]Он утверждал, что бесполое размножение, при котором генетическое разнообразие у потомства практически отсутствует, похоже на покупку множества билетов с одинаковыми номерами, что ограничивает шанс на «выигрыш», то есть на создание выжившего потомства. Он утверждал, что половое размножение - это как покупка меньшего количества билетов, но с большим разнообразием номеров и, следовательно, с большим шансом на успех. Смысл этой аналогии в том, что, поскольку бесполое размножение не приводит к генетическим вариациям, способность быстро адаптироваться к изменяющейся среде очень мала. В наши дни принцип лотереи менее принят из-за свидетельств того, что бесполое размножение более распространено в нестабильных условиях, что противоречит тому, что он предсказывает. [ необходима цитата ]

Смотрите также

  • Сезон размножения
  • Мастинг
  • Система спаривания
  • Режимы воспроизведения
  • Размножение растений
  • Репродуктивная система

Примечания

  1. ^ Ридли М (2004) Эволюция, 3-е издание. Блэквелл Паблишинг, стр. 314.
  2. ^ Джон Мейнард Смит Эволюция секса 1978.
  3. ^ Холлидей, Тим Р .; Адлер, Крейг (ред.) (1986). Рептилии и амфибии . Книги Торстар. п. 101. ISBN 978-0-920269-81-7.CS1 maint: дополнительный текст: список авторов ( ссылка )
  4. Перейти ↑ Savage, Thomas F. (12 сентября 2005 г.). «Руководство по распознаванию партеногенеза в инкубированных яйцах индейки» . Государственный университет Орегона . Архивировано из оригинального 15 ноября 2006 года . Проверено 11 октября 2006 .
  5. ^ «Самки акул могут размножаться в одиночку, как выяснили исследователи» , Washington Post, среда, 23 мая 2007 г .; п. A02
  6. ^ Griswold, MD; Хант, Пенсильвания (01.01.2013), "Мейоз" , Малой, Стэнли; Хьюз, Келли (ред.), Энциклопедия генетики Бреннера (второе издание) , Сан-Диего: Academic Press, стр. 338–341, ISBN 978-0-08-096156-9, получено 2020-10-05
  7. ^ TM Sonneborn (1938). «Типы спаривания у Paramecium Aurelia: разнообразные условия спаривания в разных стадах; встречаемость, количество и взаимосвязь типов». Труды Американского философского общества . Американское философское общество. 79 (3): 411–434. JSTOR 984858 . 
  8. ^ Отто, SP; Гольдштейн, ДБ (1992). «Рекомбинация и эволюция диплоидии» . Генетика . 131 (3): 745–751. PMC 1205045 . PMID 1628815 .  
  9. ^ Бернштейн, H .; Хопф, ФА; Michod, RE (1987). «Молекулярные основы эволюции пола». Adv Genet . Успехи в генетике. 24 : 323–370. DOI : 10.1016 / s0065-2660 (08) 60012-7 . ISBN 9780120176243. PMID  3324702 .
  10. Перейти ↑ Eckert, CG (2000). «Вклад автогамии и гейтоногамии в самооплодотворение массовоцветущих клональных растений». Экология . 81 (2): 532–542. DOI : 10,1890 / 0012-9658 (2000) 081 [0532: coaagt] 2.0.co; 2 .
  11. ^ "Хронология научных разработок однополых репродуктивных технологий" . samesexprocreation.com.
  12. ^ Тагами, Такахиро; Мацубара, Юко; Ханада, Хирофуми; Найто, Мицуру (июнь 1997 г.). «Дифференциация первичных зародышевых клеток самок курицы в сперматозоиды в мужских половых железах» . Развитие, рост и дифференциация . 39 (3): 267–71. DOI : 10.1046 / j.1440-169X.1997.t01-2-00002.x . PMID 9227893 . S2CID 35900043 .  
  13. ^ «Японские ученые производят мышей без использования спермы» . Вашингтон Пост . Сарасота Геральд-Трибюн. 22 апреля 2004 г.
  14. ^ Блейкли, Рис (2018-10-12). «Отец не нужен, потому что мыши созданы от двух матерей» . The Times . ISSN 0140-0460 . Проверено 12 октября 2018 . 
  15. ^ Ли, Чжи-Кун; Ван, Ле-Юнь; Ван, Ли-Бинь; Фэн, Гуй-Хай; Юань, Сюэ-Вэй; Лю, Чао; Сюй, Кай; Ли, Ю-Хуан; Ван, Хай-Фэн (2018-10-01). «Получение бимернальных и бипатернальных мышей из гипометилированных гаплоидных ESC с делециями импринтирующей области» . Стволовая клетка . 23 (5): 665–676.e4. DOI : 10.1016 / j.stem.2018.09.004 . ISSN 1934-5909 . PMID 30318303 .  
  16. ^ Химический синтез кДНК полиовируса: образование инфекционного вируса в отсутствие естественного шаблона.
    Ученые создают искусственный вирус.
  17. ^ Гибсон, Д .; Glass, J .; Lartigue, C .; Носков, В .; Chuang, R .; Algire, M .; Бендерс, Г .; Montague, M .; Ma, L .; Муди, ММ; Merryman, C .; Ваше, С .; Krishnakumar, R .; Assad-Garcia, N .; Andrews-Pfannkoch, C .; Денисова Е.А.; Янг, L .; Qi, Z.-Q .; Сегал-Шапиро, TH; Калви, Швейцария; Parmar, PP; Хатчисон, Калифорния; Смит, Х.о .; Вентер, JC (2010). «Создание бактериальной клетки, контролируемой химически синтезированным геномом» . Наука . 329 (5987): 52–56. Bibcode : 2010Sci ... 329 ... 52G . DOI : 10.1126 / science.1190719 . PMID 20488990 . 
  18. ^ Б Роберт Ли Хотз (21 мая 2010). «Ученые создают первую синтетическую клетку» . The Wall Street Journal . Проверено 13 апреля 2012 года .
  19. ^ Институт Крейга Вентера. «FAQ» . Проверено 24 апреля 2011 .
  20. ^ В. Wayte Gibbs (май 2004). «Синтетическая жизнь» . Scientific American .
  21. ^ "NOVA: Искусственная жизнь" . Проверено 19 января 2007 .
  22. ^ Уильямс GC 1975. Секс и эволюция. Принстон (Нью-Джерси): Издательство Принстонского университета.

Рекомендации

  • Tobler, M. & Schlupp, I. (2005) Паразиты в половых и бесполых моллюсках (Poecilia, Poeciliidae, Teleostei): случай для Красной Королевы? Биол. Lett. 1 (2): 166–168.
  • Циммер, Карл . Parasite Rex: Inside the Bizarre World of Nature's Most Dangerous Creatures , Нью-Йорк: Пробный камень, 2001.
  • «Аллогамия, перекрестное оплодотворение, перекрестное опыление, гибридизация». Глоссарий ботанических терминов GardenWeb (2,1 изд.). 2002 г.
  • «Аллогамия». Медицинский онлайн-словарь Стедмана (27-е изд.). 2004 г.

дальнейшее чтение

  • Джадсон, Оливия (2003). Секс-совет доктора Татьяны для всего творения: полное руководство по эволюционной биологии пола. ISBN 978-0-09-928375-1 
  • Ричард Э. Мичод и Брюс Э. Левин, редакторы (1987). Эволюция секса: анализ текущих идей . Sinauer Associates Inc., Publishers, Sunderland, MA ISBN 0-87893-459-6 , 978-0-87893-459-1 
  • Michod, RE (1994). Эрос и эволюция: естественная философия секса . Издательство Addison-Wesley Publishing Company, Reading, MA ISBN 0-201-44232-9 , 978-0-201-44232-8 

внешняя ссылка

  • Бесполое размножение
  • Журнал биологии репродукции
  • Журнал Андрологии
  • "Репродукция"  . Британская энциклопедия (11-е изд.). 1911 г.
  • «Тиражирование и воспроизведение». Стэнфордская энциклопедия философии