Презентация на тему: "Индивидуальное развитие и размножение организмов"

Индивидуальное развитие и размножение организмов
Подготовила учитель биологии и химии
Куропатина Е.А.

Хромосомы, их строение и функции
Хромосома – это структура клеточного ядра, которая содержит гены и несет наследственную информацию о признаках и свойствах организма.

Лучше всего хромосомы видны в процессе деления клетки, когда они в результате уплотнения приобретают вид палочковидных телец, разделенных первичной перетяжкой – центромерой – на плечи.

В начале деления хромосомы удвоены и состоят из двух дочерних хромосом – хроматид, скрепленных в центромере.

центромера
плечи
хроматида

Хроматин – это комплексы веществ, которыми образованы хромосомы –ДНК, белок и РНК. Структурной единицей хроматина является нуклеосома (ДНК, ассоциированная с белками-гистонами)

Число хромосом и их видовое постоянство. Соматические и половые клетки
Соматические – это все клетки тела, образующиеся в результате митотического деления.
Для соматических клеток организма каждого биологического вида характерно постоянное число хромосом. Например, у человека их 23 пары (46 шт). Набор хромосом соматических клеток – диплоидный (парный/двойной). Хромосомы одной пары называют гомологичными.

Половые клетки (гаметы) – это специализированные клетки, служащие для полового размножения.

В гаметах содержится вдвое меньше хромосом, чем в соматических клетках (у человека – 23 шт). Набор хромосом половых клеток – гаплоидный (одинарный), так как все хромосомы в нем непарные. Его образование связано с мейотическим делением клетки.

n – число хромосом
с – количество ДНК
Количество ДНК соматических клеток обозначается как 2с, а половых – 1с.

Генетическая формула соматических клеток записывается как 2n2с, а половых – 1n1с

Количество хромосом в некоторых соматических клетках может быть больше двух гаплоидных наборов. Такие клетки называют полиплоидными, например три-, тетра-, пентаплоидные.

Хромосомы человека делятся на две группы: аутосомы и половые хромосомы.

Аутосом в соматических клетках человека насчитывается 22 пары, они одинаковы у мужчин и женщин, а половых хромосом – 1 пара, но именно она определяет генетический пол особи. Существует два вида половых хромосом – X и Y.

Кариотип – это совокупность признаков хромосомного набора организма (число хромосом, их форма, величина).

Условная запись кариотипа включает в себя количество хромосом, половые хромосомы и возможные отклонения в наборе хромосом. Например кариотип нормального мужчины записывается как 44А+XY (или 46, XY), а женщины – 44А+XX (или 46, XX)

Жизненный цикл клетки: интерфаза и митоз
Жизненный цикл клетки – промежуток времени от появления летки в результате деления до ее разделения или гибели.

У эукариотических клеток жизненный цикл делится на 2 основные стадии: интерфазу и митоз.

Интерфаза – промежуток времени в жизненном цикле, в который клетка не делится и нормально функционирует. Интерфаза включает в себя три периода: G1, S- и G2-периоды.

G1-период (пресинтетический, постмитотический) – это период роста и развития клетки, в который происходит активный синтез РНК, белков и других веществ, необходимых для полного жизнеобеспечения вновь образовавшейся клетки.

В S-периде (синтетическом) происходит процесс репликации ДНК. Генетическая формула клетки после удвоения ДНК – 2n4с.

G2-период (постсинтетический, премитотический) характеризуется активным синтезом РНК, белков и АТФ, необходимых для процесса деления клетки, а так же разделением центриолей, митохондрий и пластид.

Митоз – деление соматических клеток.
Митоз (редукционное деление) – способ прямого деления соматических клеток.

Во время митоза происходит ряд последовательных фаз, в результате которых дочерние клетки получают такой же набор хромосом, как и в материнской клетке. Из одной диплоидной клетки получается две диплоидные клетки.

Выделяют четыре основные фазы митоза: профазу, метафазу, анафазу и телофазу.

Профаза (2n4с) – наиболее длительная стадия митоза, в процессе которой происходит спирализация двухроматидных хромосом. При этом исчезает ядрышко, центриоли (клеточный центр) расходятся к полюсам клетки и начинает формироваться веретено деления из микротрубочек. В конце профазы ядерная оболочка распадается.

В метафазе 2n4с хромосомы выстраиваются по экватору клетки своими центромерами, к которым прикрепляются микротрубочки полностью сформировавшегося веретена деления. На этой стадии деления хромосомы наиболее уплотнены и имеют характерную форму, что позволяет изучить кариотип.

В анафазе 2n4с -> 2n2с центромеры хромосомы расщепляются и хроматиды расходятся к полюсам клетки, растягиваемые миротрубочками.

На стадии телофазы 2n4c дочерние хромосомы собираются на полюсах клетки, деспирализуются, вокруг них формируется ядерная оболочка, формируются ядрышки.

После деления ядра происходит цитокенез – деление цитоплазмы, в ходе которого происходит более-менее равномерное распределение всех органоидов материнской клетки.

Мейоз
Мейоз – это способ непрямого деления предшественников половых клеток (2n), в результате которого образуются гаплоидные клетки (1n), чаще всего половые. В результате митоза из одной диплоидной клетки, получается четыре гаплоидные.

В отличие от митоза мейоз состоит из двух последовательных делений, каждому из которых предшествует интерфаза. Первое деление называют редукционным (мейоз I), так как количество хромосом уменьшается вдвое, а второе деление (мейоз II) – экварционным, так как в его процессе количество хромосом сохраняется.

Интерфаза I протекает подобно интерфазе митоза. Мейоз I делится на четыре фазы: профазу I, метафазу I, анафазу I и телофазу I.

В профазе I 2n4c происходит два важнейших процесса – конъюгация и кроссинговер. Конъюгация – процесс слияния гомологичных (парных) хромосом. Кроссинговер – взаимный обмен гомологичными участками гомологичных хромосом. Это обуславливает появление генетического разнообразия потомства.

В конце профазы I, как и в профазе митоза, исчезает ядрышко, центриоли расходятся к полюсам клетки, ядерная оболочка распадается.

В метафазе I 2n4c пары хромосом выстраиваются по экватору клетки, к их центромерам прикрепляются микротрубочки веретена деления

В анафазе I 2n4c к полюсам расходятся целые гомологичные хромосомы, состоящие из двух хроматид

В телофазе I n2c(дважды) вокруг скоплений хромосом у полюсов клетки образуются ядерные оболочки, формируются ядрышки

Цитокенез I обеспечивает разделение цитоплазмы дочерних клеток.

Образовавшиеся клетки генетически разнородны поскольку их хромосомы содержат неодинаковые гены.

Интерфаза II очень короткая, так как в ней не происходит удвоение ДНК.

Мейоз II так же делится на четыре фазы: профазу II, метафазу II, анафазу II и телофазу II. В профазе II протекают те же процессы, что и в профазе I, за исключением конъюгации и кроссинговера.

В метафазе II n2c хромосомы располагаются вдоль экватора клетки
В анафазе II n2c хромосомы расщепляются в центромерах и к полюсам растягиваются уже хроматиды
В телофазе II 1n1c вокруг скоплений дочерних хромосом формируются ядерные оболочки и ядрышки.

После цитокенеза II генетическая формула всех четырех дочерних клеток – 1n1c, однако все они имеют различный набор генов.

Развитие половых клеток
Гаметогенез (от греч. гамете – жена, гаметес – муж и генезис – происхождение, возникноение) – это процесс образования зрелых половых клеток

Развитие половых клеток у растений
Перед образованием мужских половых клеток – микрогаметогенезом – происходи микроспорогенез, то есть формирование микроспор в пыльниках тычинок.

Этот процесс связан с мейотическим делением материнской клетки, в результате которого возникают 4 гаплоидные микроспоры.

Микрогаметогенез сопряжен с митотическим делением микроспоры, дающим мужской гаметофит из двух клеток – крупной вегетативной и мелкой генеративной.

После деления мужской гаметофит покрывается плотными оболочками и образует пыльцевое зерно.

В последующем, в процессе созревания пыльцы или после переноса на рыльце пестика, генеративная клетка делится митотически с образованием двух неподвижных мужских половых клеток – спермиев.
Гаметофит — гаплоидная многоклеточная фаза в жизненном цикле растений и водорослей, развивающаяся из спор и производящая половые клетки, или гаметы.

Мегагаметогенез – развитие женских половых клеток у растений.

Он происходит в завязи пестика, чему предшествует мегаспорогенез.

В результате мегаспорогенеза из материнской клетки мегаспоры, лежащей внутри семязачатка, путем мейотического деления формируются четыре мегаспоры.

Одна из мегаспор трижды делится митозом, давая женский гаметофит – зародышевый мешок с восемью ядрами. При последующем обособлении цитоплазм дочерних клеток одна из образовавшихся клеток становится яйцеклеткой, по бокам от которой лежат синергиды, на противоположном конце зародышевого мешка формируются три антипода, а в центре в результате слияния двух гаплоидных ядер образуется диплоидная центральная клетка.

Развитие половых клеток у животных
У животных различают 2 процесса образования половых клеток – сперматогенез и оогенез (овогенез).

Сперматогенез – процесс образования зрелых мужских половых клеток – сперматозоидов. У человека протекает в семенниках, или яичках, и делится на 4 периода: размножение, рост, созревание и формирование.

В период размножения первичные половые клетки делятся митотически, вследствие чего образуются диплоидные спермагонии.

В период роста спермагонии накапливают питательные вещества в цитоплазме, увеличиваются в размерах и превращаются в первичные сперматоциты (сперматоциты 1-го порядка).

После этого они вступают в мейоз (период созревания), в результате которого образуется сначала два вторичных сперматоцита (сперматоциты 2-го порядка), а затем – четыре гаплоидных клетки с еще достаточно большим количеством цитоплазмы – сперматиды.

В период формирования они утрачивают почти всю цитоплазму и формируют жгутик, превращаясь в сперматозоиды.

Сперматозоиды – очень мелкие подвижные мужские половые клетки, образованные головкой, шейкой и хвостиком

Оогенез (овогенез) – процесс образования зрелых женских половых клеток – яйцеклеток. У человека происходит в яичниках и состоит из трех периодов: размножения, роста и созревания. Периоды размножения и роста, аналогичные таковым в сперматогенезе, происходят еще во время внутриутробного развития. При этом из первичных половых клеток в результате митоза образуются диплоидные оогонии, которые затем превращаются в диплоидные первичные ооциты (ооциты 1-го порядка).

Мейоз и последующий цитокенез, протекающие в период созревания, характеризуются неравномерностью деления цитоплазмы материнской клетки, так что в итоге с начала получается один вторичный ооцит (ооцит 2-го порядка), и первое полярное тельце, а затем из вторичного ооцита – яйцеклетка, сохраняя весь запас питательных веществ, и второе полярное тельце, тогда как первое делится на два.

У человека яйцеклетки вырабатываются с промежутком 28-29 суток. Цикл, связанный с созреванием и выходом яйцеклеток, называется менструальным.

Яйцеклетка – крупная женская половая клетка, которая несет не только гаплоидный набор хромосом, но и значительный запас питательных веществ для последующего развития зародыша.
Яйцеклетка у млекопитающих покрыта несколькими оболочками, снижающими вероятность ее повреждения различными факторами.

По происхождению оболочки делят на первичные, вторичные и третичные. Первичная оболочка яйцеклетки является производной цитоплазмы и называется желточной оболочкой. Ее наличие характерно для яйцеклеток всех животных.
Вторичные оболочки образуются за счет деятельности клеток, питающих яйцеклетку. Вторичная оболочка характерна, например, для членистоногих (хитиновая оболочка).
Третичные оболочки возникают в результате деятельности желез половых путей. К третичным относятся скорлуповая, подскорлуповая и белковая оболочки яиц птиц и пресмыкающихся, студенистая оболочка яйцеклеток земноводных.
Оболочки выполняют защитные функции, обеспечивают обмен веществ с окружающей средой, а у плацентарных служат для внедрения зародыша в стенку матки

Фолликулярные клетки

Разнообразие организмов
В зависимости от количества клеток:
Клетки одноклеточных организмов выполняют функции целостного организма. Одноклеточными являются подавляющее число бактерий, части животных, растений и грибов

Колониальными называют организмы, у которых в процессе бесполого размножения дочерние особи остаются соединенными с материнским организмом, образуя колонию. Например водоросли вольвокс.

Многоклеточные организмы состоят из множества клеток. Клетки многоклеточных организмов специализируются на выполнении различных функций, но теряют способность к самостоятельному существованию.

По способу питания:

Автотрофы способны самостоятельно синтезировать органические вещества из неорганических.
Фотоавтотрофы – часть автотрофов, которые могут использовать энергию света (осуществляют фотосинтез)
Хемоавтотрофы – автотрофы, извлекающие энергию путем окисления неорганических соединений в процессе хемосинтеза (только прокариоты).
Гетеротрофы используют исключительно готовые органические вещества. К ним относятся животные, грибы, бактерии и лишенные хлорофилла растения. Среди гетеротрофов имеются паразиты, сапротрофы, симбионты, хищники и т.д.

По особенностям энергетического обмена:

Аэробы способны жить и развиваться только при наличии в среде молекул кислорода. К аэробам относится подавляющее большинство животных и грибов, все растения, а так же значительная часть прокариот.

Анаэробы не используют кислород для осуществления процессов диссимиляции. Анаэробами являются некоторые животные (в основном эндопаразиты), а так же ряд бактерий. У животных анаэробов функционирует главным образом гликолиз, а у бактерий – брожение, анаэробное (например, серное) дыхание и бескислородный фотосинтез. Наличие кислорода в среде не мешает развитию многих анаэробов.

Анаэробные организмы возникли раньше аэробных, так как в первичной атмосфере планеты не было кислорода. Его накопление связано с возникновением фотосинтеза, в связи с чем ряд организмов перешел к кислородному дыханию.

Способы размножения
Бесполое размножение – способ размножения, при котором не происходит ни образования, ни слияния специализированных половых клеток – гамет. В основе бесполого размножения лежит митотическое деление клетки. Дочерний организм – полная копия материнского.

В зависимости от того, сколько клеток материнского организма дает начало новой особи, бесполое размножение подразделяют на собственно бесполое (единственная клетка) и вегетативное (группа клеток или орган).

Формы собственно бесполого размножения:
Деление надвое (амеба протей, инфузория-туфелька)
Множественное деление, или шизогония (малярийный плазмодий)
Спорообразование (многие растения и грибы)
Почкование (дрожжи)

Формы вегетативного размножения:
Почкование (кишечнополостные, кольчатые черви)
Фрагментация (кишечнополостные, кольчатые черви)
Полиэмбриония - развитие более одного зародыша из одной зиготы (цитрусовые)
Вегетативное размножение растений

Половое размножение – способ размножения, при котором происходит образование и слияние половых клеток, или гамет, в одну клетку – зиготу, из которой развивается новый организм.

Партеногенез – особая форма полового размножения (девственное развитие), при котором новый организм развивается из неоплодотворенной яйцеклетки, как, например, у дафнии, медоносных пчел и некоторых скальных ящериц.

Животные, у которых мужские и женские половые клетки вырабатываются различными особями – раздельнополые, а способные вырабатывать оба типа гамет – гермафродиты.

Растения, у которых мужские и женские цветки или другие разноименные половые органы располагаются на разных особях – двудомные, а имеющие одновременно оба вида цветков – однодомные.

Оплодотворение
Это процесс слияния мужских и женских половых клеток с образованием зиготы.

Чаще всего в природе встречается оплодотворение мужскими половыми клетками другого организма, однако в целом ряде случаев возможно также и проникновение собственных сперматозоидов – самооплодотворение.

У цветковых растений оплодотворению предшествует опыление – перенос пыльцы, содержащей мужские половые клетки – спермии – на рыльце пестика. Там она прорастает, образуя из вегетативной клетки пыльцевую трубку с передвигающимися по ней двумя сепрмиями. Достигнув зародышевого мешка, один спермий сливается с яйцеклеткой с образованием зиготы, а другой – с центральной клеткой (2n), давая начало вторичному эндосперму (двойное оплодотворение)

У животных, в частности позвоночных, оплодотворению предшествует сближение гамет, или осеменение. Успеху осеменения способствует синхронизация выделения мужских и женских половых клеток, а так же выделение яйцеклетками специфических химических веществ с целью облегчения ориентации сперматозоидов в пространстве.

Внутреннее и внешнее оплодотворение
При внешнем оплодотворении женские и мужские половые клетки выводятся наружу, где происходит процесс их слияния, как, например, у кольчатых червей, двустворчатых моллюсков, бесчерепных, большинства рыб и многих земноводных.

Внутреннее оплодотворение связно с введением мужских половых продуктов в половые пути самки, и наружу выводятся уже оплодотворенная яйцеклетка. Внутреннее оплодотворение характерно для подавляющего большинства наземных животных, например для плоских и круглых червей, многих членистоногих, брюхоногих моллюсков, пресмыкающихся, птиц и млекопитающих, а так же для ряда земноводных, хрящевых рыб, головоногих моллюсков.

Существует и промежуточный тип оплодотворения – наружно-внутренний, при котором самка захватывает половые продукты, специально оставленные самцом на каком-либо субстрате, как это происходит у некоторых членистоногих и хвостатых земноводных.

Онтогенез и присущие ему закономерности
Онтогенез – процесс индивидуального развития организма от зарождения до смерти.

Организм зарождается с момента возникновения зиготы в результате оплодотворения яйцеклетки сперматозоидом. В процессе онтогенеза происходит рост. Дифференцировка и интеграция частей развивающегося организма.

Дифференцировка – процесс возникновения различий между однородными тканями и органами, их изменения в ходе развития особи, приводящие к формированию специализированных тканей и органов.

Закономерности онтогенеза являются предметом изучения эмбриологии.

Онтогенез определяется генетическими программами, закрепившимися в процессе эволюции. То есть он является кратким повторением исторического развития вида (филогенеза).

Все изменения в организме вследствие переключения отдельных групп генов в ходе индивидуального развития происходят постепенно и не нарушают его целостности, однако события каждой предыдущей стадии оказывают значительное влияние на протекание последующих стадий развития.

Эмбриональное и постэмбриональное развитие организмов.
Эмбриональный период начинается с образованием зиготы и заканчивается рождением организма или выходом его из зародышевых (яйцевых) оболочек.

Постэмбриональный период продолжается от рождения до смерти организма.

Иногда выделяют и проэмбриональный период (прогенез), к которому относят гаметогенез и оплодотворение.

Эмбриональное развитие (эмбриогенез) у животных и человека делят на ряд стадий: дробление, гаструляция, гистогенез и органогенез, а так же период дифференцированного зародыша.

Дробление – процесс митотического деления зиготы на более мелкие клетки – бластомеры. В результате дробления образуется сначала морула, а затем бластула. Морула – плотное скопление бластомеров. Бластула – однослойный многоклеточный зародыш, представляющий собой полый шарик, стенки которого образованы клетками – бластомерами, а полость внутри заполнена жидкостью и называется бластоцелем.

Гаструляцией называют процесс образования двух- или трехслойного зародыша – гаструлы, который происходит сразу после образования бластулы. Гаструляция осуществляется путем движения клеток и их групп относительно друг друга, например впячиванием одной из стенок бластулы. Помимо двух или трех слоев клеток гаструла имеет также первичный рот – бластопор.
Слои клеток гаструлы – зародышевые листки: эктодерма – наружный зародышевый листок, мезодерма – средний и энтодерма – внутренний.

Гистогенез – процесс формирования зрелых тканей, присущих взрослому организму, а органогенез – процесс формирования органов.

В процессе гисто- и органогенеза из эктодермы формируются эпидермис кожи и его производные (волосы, ногти, когти, перья), эпителий ротовой полости и эмаль зубов, прямая кишка, ЦНС, органы чувств, жабры и др. Производными энтодермы являются кишечник и связанные с ним железы (печень и поджелудочная), а также легкие.

Мезодерма дает начало всем видам соединительной ткани, в том числе костной и хрящевой тканям скелета, мышечной ткани скелетных мышц, кровеносной системе, многим эндокринным железам и т.д.

Закладка комплекса осевых органов хордовых животных (нервной трубки на спинной стороне зародыша, хорды и кишечной трубки) приводит к формированию нейрулы.

После протекания органогенеза наступает период дифференцированного зародыша, который характеризуется продолжением специализации клеток организма и быстрым ростом.

У многих животных в процессе эмбрионального развития возникают зародышевые оболочки и другие временные органы, которые обеспечивают развитие эмбриона и плода до рождения, например плацента, пуповина и др.

Постэмбриональное развитие животных делят на дорепродуктивный (ювенильный), репродуктивный и пострепродуктивнй периоды.

Ювенильный период продолжается от рождения до полового созревания. Характеризуется интенсивным ростом и развитием организма. По характеру различают прямое и непрямое развитие организма. Пори прямом развитии молодой организм похож на взрослую особь. При непрямом – особь не похожа на взрослую, и в процессе развития происходит существенная перестройка организма, как у анфибий.

Наличие в жизненном цикле личинок, непохожих на взрослую особь, позволяет снижать внутривидовую конкуренцию.

Рост организма бывает двух типов: ограниченный (закрытый) происходит только в определенные периоды жизни, в основном до полового созревания (характерен для животных), а неограниченный (открытый) рост продолжается в течение всей жизни особи, как у растений.

Также существуют периодический и
непериодический рост.

Мутации
Мутации – это изменения в ДНК клетки. Возникают под действием ультрафиолета, радиации (рентгеновских лучей) и т.п. Передаются по наследству, служат материалом для естественного отбора.

Генные мутации – изменение строения одного гена. Это изменение в последовательности нуклеотидов: выпадение, вставка, замена и т.п. Например, замена А на Т. Причины – нарушения при удвоении (репликации) ДНК. Примеры: серповидноклеточная анемия, фенилкетонурия.

Хромосомные мутации – изменение строения хромосом: выпадение участка, удвоение участка, поворот участка на 180 градусов, перенос участка на другую (негомологичную) хромосому и т.п. Причины – нарушения при кроссинговере. Пример: синдром кошачьего крика.


Геномные мутации – изменение количества хромосом. Причины – нарушения при расхождении хромосом.
Полиплоидия – кратные изменения (в несколько раз, например, 12 → 24). У животных не встречается, у растений приводит к увеличению размера.
Анеуплоидия – изменения на одну-две хромосомы. Например, одна лишняя двадцать первая хромосома приводит к синдрому Дауна (при этом общее количество хромосом – 47).

Цитоплазматические мутации – изменения в ДНК митохондрий и пластид. Передаются только по женской линии, т.к. митохондрии и пластиды из сперматозоидов в зиготу не попадают. Пример у растений – пестролистность.


Соматические – мутации в соматических клетках (клетках тела; могут быть четырех вышеназванных видов). При половом размножении по наследству не передаются. Передаются при вегетативном размножении у растений, при почковании и фрагментации у кишечнополостных (у гидры).