Бесполое размножение

Бесполое размножение осуществляется путем простого деления клетки надвое. Оно свойственно прежде всего одноклеточным организмам. У некоторых простейших (например, фораминифер) происходит деление на большее число клеток. Во всех случаях образующиеся клетки полностью идентичны исходной. Крайняя простота этого способа размножения, связанная с относительной простотой организации одноклеточных организмов, позволяет размножаться очень быстро. Так, в благоприятных условиях количество бактерий может удваиваться каждые 30–60 минут. Размножающийся бесполым путем организм способен бесконечно воспроизводить себя, пока не произойдет спонтанное изменение генетического материала – мутация. Если эта мутация благоприятна, она сохранится в потомстве мутировавшей клетки, которое будет представлять собой новый клеточный клон. При бесполом размножении потомки происходят от одного организма, без слияния гамет. Мейоз в процессе бесполого размножения не участвует (если не говорить о растительных организмах с чередованием поколений), и потомки идентичны родительской особи. Идентичное потомство, происходящее от одной родительской особи, называют клоном. Члены одного клона могут быть генетически различными только в случае возникновения случайной мутации. Высшие животные не способны к бесполому размножению, однако в последнее время было сделано несколько успешных попыток клонировать некоторые виды искусственным образом; мы их рассмотрим в дальнейшем.

Деление

Делением размножаются одноклеточные  организмы: каждая особь делится  на две или большее число дочерних клеток, идентичных родительской клетке. Делению клетки предшествует репликация ДНК, а у эукариот - также деление ядра. В большинстве случаев происходит бинарное деление, при котором образуются две идентичные дочерние клетки. Так делятся бактерии, многие простейшие, такие как амеба или парамеция, и некоторые одноклеточные водоросли, например эвглена. При подходящих условиях это приводит к быстрому росту популяции. Множественное деление, при котором вслед за рядом повторных делении клеточного ядра происходит деление самой клетки на множество дочерних клеток, наблюдается у споровиков - группы простейших, к которой относится, в частности, возбудитель малярии. Стадия, на которой происходит множественное деление, называется шизонтом, а сам этот процесс - шизогонией. У возбудителя малярии шизогония непосредственно следует за заражением хозяина, когда паразит проникает в печень. При этом получается сразу около тысячи дочерних клеток, каждая из которых способна инвазировать эритроцит и произвести путем шизогонии еще 24 дочерние клетки. Такая высокая плодовитость компенсирует большие потери из-за трудностей успешной передачи паразита от одного хозяина другому, а именно от человека организму-переносчику, т. е. малярийному комару, и в обратном направлении.

Образование спор (споруляция)

Спора-это одноклеточная репродуктивная единица обычно микроскопических размеров, состоящая из небольшого количества цитоплазмы и ядра. Образование спор наблюдается у бактерий, простейших, у представителей всех групп зеленых  растений и всех групп грибов. Споры  могут быть различными по своему типу и функции и часто образуются в специальных структурах.

Нередко споры образуются в больших  количествах и имеют ничтожный  вес, что облегчает их распространение  ветром, а также животными, главным  образом насекомыми. Вследствие малых  размеров спора обычно содержит лишь минимальные запасы питательных  веществ; из-за того что многие споры  не попадают в подходящее место для  прорастания, потери спор очень велики. Главное достоинство таких спор-возможность  быстрого размножения и расселения видов, в особенности грибов.

Споры бактерий служат, строго говоря, не для размножения, а для того, чтобы выжить при неблагоприятных  условиях, поскольку каждая бактерия образует только одну спору. Бактериальные  споры относятся к числу наиболее устойчивых: так, например, они нередко выдерживают обработку сильными дезинфицирующими веществами и кипячение в воде.

Почкование

Почкованием называют одну из форм бесполого  размножения, при которой новая  особь образуется в виде выроста (почки) на теле родительской особи, а  затем отделяется от нее, превращаясь  в самостоятельный организм, совершенно идентичный родительскому. Почкование встречается в разных группах организмов, особенно у кишечнополостных, например у гидры (рис. 1), и у одноклеточных грибов, таких как дрожжи. В последнем случае почкование отличается от деления (которое тоже наблюдается у дрожжей) тем, что две образующиеся части имеют разные размеры.

Необычная форма почкования описана  у суккулентного растения бриофиллум - ксерофита, часто выращиваемого в качестве декоративного комнатного растения: по краям его листьев развиваются миниатюрные растеньица, снабженные маленькими корешками (рис. 2); эти «почки» в конце концов отпадают и начинают существовать как самостоятельные растения.

Размножение фрагментами (фрагментация)

Фрагментацией называют разделение особи  на две или несколько частей, каждая из которых растет и образует новую  особь. Фрагментация происходит, например, у нитчатых водорослей, таких как  спирогира. Нить спирогиры может  разорваться на две части в  любом месте.

Фрагментация наблюдается также  у некоторых низших животных, которые  в отличие от более высокоорганизованных форм сохраняют значительную способность  к регенерации из относительно слабо  дифференцированных клеток. Например, тело немертин (группа примитивных  червей, главным образом морских) особенно легко разрывается на много  частей, каждая из которых может  дать в результате регенерации новую  особь. В этом случае регенерация-процесс  нормальный и регулируемый; однако у некоторых животных (например, у морских звезд) восстановление из отдельных частей происходит только после случайной фрагментации. Животные, способные к регенерации, служат объектами для экспериментального изучения этого процесса; часто при этом используют свободноживущего червя планарию. Такие эксперименты помогают понять процесс дифференцировки.

Вегетативное размножение

Вегетативное размножение представляет собой одну из форм бесполого размножения, при которой от растения отделяется относительно большая, обычно дифференцированная, часть и развивается в самостоятельное растение. По существу вегетативное размножение сходно с почкованием. Нередко растения образуют структуры, специально предназначенные для этой цели: луковицы, клубнелуковицы, корневища, столоны и клубни. Некоторые из этих структур служат также для запасания питательных веществ, что позволяет растению пережить периоды неблагоприятных условий, таких как холода или засуха. Запасающие органы позволяют растению переживать зиму и давать в следующем году цветки и плоды (двулетние растения) или выживать в течение ряда лет (многолетние растения). К таким органам, называемым зимующими, относятся луковицы, клубнелуковицы, корневища и клубни.

Зимующими органами могут быть также  стебли, корни или целые побеги (почки), однако во всех случаях содержащиеся в них питательные вещества создаются  главным образом в процессе фотосинтеза, происходящего в листьях текущего года. Образовавшиеся питательные вещества переносятся в запасающий орган, а затем обычно превращаются в  какой-либо нерастворимый резервный  материал, например крахмал. При наступлении  неблагоприятных условий надземные  части растения отмирают, а подземный  зимующий орган переходит в состояние  покоя. В начале следующего вегетационного периода запасы питательных веществ  мобилизуются с помощью ферментов: почки пробуждаются, и в них  начинаются процессы активного роста  и развития за счет запасенных питательных  веществ. Если прорастает более одной  почки, то можно считать, что осуществилось  размножение.

В ряде случаев образуются специальные  органы, служащие для вегетативного  размножения. Таковы видоизмененные части  стебля - клубни картофеля, луковицы лука, чеснока, луковички в лиственных пазухах мятлика, откидыши молодила и др. Земляника размножается «усами» (рис. 3). В узлах побегов формируются придаточные корни, а из пазушных почек - побеги с листьями. В дальнейшем междоузлия отмирают, а новое растение утрачивает связь с материнским.

В практике сельского хозяйства  вегетативное размножение растений используется довольно широко.

Клонирование высших растений и животных

Как уже говорилось, получение идентичных потомков при помощи бесполого размножения  называют клонированием. В начале шестидесятых годов были разработаны методы, позволяющие  успешно клонировать некоторые  высшие растения и животных. Эти  методы возникли в результате попыток  доказать, что ядра зрелых клеток, закончивших  свое развитие, содержат всю информацию, необходимую для кодирования  всех признаков организма, и что  специализация клеток обусловлена  включением и выключением определенных генов, а не утратой некоторых  из них. Первый успех был достигнут проф. Стюардом из Корнельского университета, который показал, что, выращивая отдельные клетки корня моркови (ее съедобной части) в среде, содержащей нужные питательные вещества и гормоны, можно индуцировать процессы клеточного деления, приводящие к образованию новых растений моркови.

Вскоре после этого Гёрдон, работавший в Оксфордском университете, впервые сумел добиться клонирования позвоночного животного. Позвоночные в естественных условиях клонов не образуют; однако, пересаживая ядро, взятое из клетки кишечника лягушки, в яйцеклетку, собственное ядро которой предварительно было разрушено путем облучения ультрафиолетом, Гёрдону удалось вырастить головастика, а затем и лягушку, идентичную той особи, от которой было взято ядро.

Такого рода эксперименты не только доказывают, что дифференцированные (специализированные) клетки содержат всю информацию, необходимую для  развития целого организма, но и позволяют  рассчитывать, что подобные методы можно будет использовать для  клонирования позвоночных, стоящих  на более высоких ступенях развития, в том числе и человека. Клонирование нужных животных, например племенных  быков, скаковых лошадей и т. п., может  оказаться столь же выгодным, как  и клонирование растений, которое, как  было сказано, уже производится. Однако применение методов клонирования к  человеку сопряжено с серьезными проблемами нравственного порядка. Теоретически можно создать любое  число генетически тождественных  копий данного мужчины или  данной женщины. На первый взгляд может  показаться, что таким образом  можно было бы воспроизводить талантливых  ученых или деятелей искусства. Однако надо помнить, что степень влияния, оказываемого на развитие средой, еще  не вполне ясна, а между тем любая  клонируемая клетка должна снова  пройти через все стадии развития, т. е. в случае человека-стадии зародыша, плода, младенца и т. д.