Естествознание. Базовый уровень. 11 класс - Сергей Титов

Вы знаете, что одно из положений клеточной теории утверждает, что любая клетка образуется только в результате деления другой клетки. Все многоклеточные организмы, состоящие часто из многих триллионов клеток, происходят из одной-единственной клетки путём её последовательного деления. Одноклеточные организмы размножаются путём деления. Получается, что клеточное деление обеспечивает существование всего живого на нашей планете (рис. 65).

Подавляющее большинство эукариотических клеток, в том числе и клеток человека, делится путём митоза. В результате такого деления из одной исходной клетки образуются две дочерние клетки, генетически идентичные материнской. В начале развития молодого организма все его клетки способны к делению, что и определяет его активный рост. С течением времени некоторые клетки дифференцируются, т. е. начинают выполнять свои специфические функции. После этого некоторые из них теряют способность к делению. Так, например, сохраняются практически в неизменном виде в течение всей жизни организма нервные клетки. В других тканях, например в эпителиальной, которая образует поверхность кожи и выстилку внутренних органов, клетки, наоборот, никогда не теряют способности к делению.

Период от начала деления клетки до начала следующего деления называют митотическим циклом. Он включает в себя подготовку к делению и само деление.

Рис. 65. Благодаря митозу в природе осуществляются не только рост и развитие, но и процессы регенерации. Восстановление морской звезды из фрагмента луча

Рис. 66. Фазы митоза

В зависимости от того, в состав какой ткани входит клетка и какие функции она выполняет, митотический цикл может иметь разную продолжительность.

Период подготовки клетки к делению называют интерфазой (рис. 66). В это время клетка растёт, активно потребляет питательные вещества, запасает АТФ. Важнейшим процессом, подготавливающим клетку к делению, является самоудвоение (редупликация) ДНК. Вспомните, что при редупликации каждая нить ДНК строит комплементарную себе цепочку. В результате после редупликации каждая хромосома состоит из двух абсолютно одинаковых частей, скреплённых между собой. Каждую из этих двух частей называют хроматидой. После этого удваивается клеточный центр, и вновь образовавшиеся пары центриолей расходятся к полюсам клетки.

Собственно деление клетки подразделяется на четыре фазы. Разделение это довольно условно, так как чётких границ между этими фазами не существует.

Профаза. Во время этой фазы хроматин активно спирализуется и скручивается. В результате каждая хромосома становится видна в обычный световой микроскоп и можно обратить внимание, что она состоит из двух половинок – хроматид, скреплённых в области центромеры.

В это же время исчезают ядрышки и разрушается ядерная оболочка, а центриоли начинают из микротрубочек формировать веретено деления.

Метафаза. Нити веретена деления прикрепляются к центромерам хромосом, а затем, попеременно сокращаясь и расслабляясь, выстраивают хромосомы в плоскости экватора клетки, образуя так называемую метафазную пластинку.

Анафаза. Центромеры разделяются пополам, и хроматиды отделяются друг от друга. При этом каждая из них становится самостоятельной хромосомой, состоящей из одной молекулы ДНК. Нити веретена деления растаскивают разделившиеся хромосомы к разным полюсам клетки. Таким образом, возле каждого полюса образуется полный набор хромосом, абсолютно идентичный набору материнской клетки.

Телофаза. На этой стадии происходят процессы, обратные тем, которые происходили в профазе. Хромосомы деспирализуются и становятся такими же, как они были в профазе. Образуется ядерная оболочка, в ядре появляются ядрышки, веретено деления исчезает.

После деления ядра начинается разделение цитоплазмы клетки. Усиленное турбулентное движение цитоплазмы распределяет органоиды более или менее равномерно по двум вновь образовавшимся клеткам. После этого в животной клетке образуется перетяжка, которая, постепенно углубляясь, разделяет клетку надвое. В растительной клетке существует плотная клеточная стенка, поэтому образование такой перетяжки невозможно. Разделение цитоплазмы растительной клетки происходит другим способом (рис. 67).

Рис. 67. Деление цитоплазмы растительной клетки

1. На какой стадии происходит удвоение ДНК? Каково биологическое значение этого процесса?

2. Какие процессы происходят во время профазы?

3. В чём разница между хроматидами и хромосомами?

4. Чем различается митотическое деление в растительной и животной клетках?

1. Обсудите в классе и сформулируйте, каково биологическое значение митоза.

2. Составьте и заполните в тетради таблицу «Фазы митоза».

§ 26 Размножение организмов

В основе всего процесса образования вокруг Земли оболочки биосферы лежит типично жизненный механизм самовоспроизведения. Всякая клетка в определённый момент делится… и порождает новую, схожую с ней клетку. Был только один центр, теперь их стало два. Все последующие движения жизни вытекают из этого элементарного и мощного феномена.

Способность к размножению является одним из основных свойств живой материи. Размножение, т. е. воспроизведение себе подобных, обеспечивает непрерывность и преемственность жизни. В процессе размножения происходит точное воспроизведение и передача генетической информации от родительского поколения следующему, дочернему, что обеспечивает существование вида на протяжении длительного времени, несмотря на гибель отдельных особей. Благодаря размножению жизнь в целом остаётся бессмертной, несмотря на смертность каждого отдельного организма.

В основе размножения лежит способность клетки к делению, а передача генетической информации обеспечивает материальную преемственность поколений любого вида. Для того чтобы особь смогла воспроизводить себе подобных, т. е. стать способной к размножению, она должна вырасти и достичь определённой стадии развития. Не все организмы доживают до репродуктивного периода и не все оставляют потомство, поэтому, чтобы поддержать существование вида, каждое поколение должно производить потомков больше, чем было родителей. Свойства живых организмов – рост, развитие и размножение – неразрывно связаны друг с другом.

Все разнообразные формы размножения можно объединить в два основных типа – бесполое и половое.

Бесполое размножение происходит без образования специализированных половых клеток (гамет), и для его осуществления необходим только один организм. Новая особь развивается из одной или нескольких соматических (неполовых) клеток материнского организма и является её абсолютной копией. Генетически однородное потомство, происходящее от одной родительской особи, называется клоном.

Бесполое размножение является наиболее древней формой размножения, поэтому особенно широко оно распространено у одноклеточных организмов, но встречается и среди многоклеточных.

Существует несколько типов бесполого размножения.

Деление. Прокариотические организмы (бактерии и синезелёные водоросли) размножаются путём простого деления, которому предшествует удвоение единственной кольцевой молекулы ДНК.

Митотическим делением на две и более клеток размножаются простейшие (амёбы, инфузории, жгутиковые) и одноклеточные зелёные водоросли (рис. 68).

Спорообразование – тип размножения, характерный в основном для растений и многих грибов. Специализированные клетки – споры могут образовываться в специальных органах – спорангиях (как это происходит у растений) или открыто, на поверхности (как, например, у некоторых плесневых грибов).

Вегетативное размножение – это тип бесполого размножения, при котором дочерний организм развивается из группы родительских клеток.

Широко распространено вегетативное размножение у растений.

Рис. 68. Деление инфузории туфельки

В естественных природных условиях оно, как правило, происходит с помощью специализированных частей тела растения (луковиц, корневищ, усов, клубней, корнеклубней) (рис. 69).

Вегетативное размножение у животных осуществляется двумя основными способами – фрагментацией и почкованием.