Половое размножение организмов

Размножение организмов является их важнейшим свойством и служит безграничному продолжению жизни в новых поколениях, притом что отдельные особи смертны. Существует два способа размножения организмов: половое и бесполое. Основным и стратегически значащим является половое размножение, потому что оно не только выступает средством увеличения числа особей, но и способствует увеличению эволюционных возможностей вида.

Цикл индивидуального развития животного организма (онтогенез).

Онтогенез (индивидуальное развитие) многоклеточного организма, совершаемый на основе полового размножения, протекает по хорошо известной схеме (рис. 4). В образовании нового организма участвуют два родителя разного пола. Взрослые особи производят половые клетки, специально предназначенные для размножения: мужские клетки — сперматозоиды и женские — яйцеклетки. Половые клетки называют также гаметами (греч. gametes — супруг, gamete — супруга). Главное отличие половых клеток от всех остальных клеток тела (определяемых как соматические, от греч. soma — тело) состоит в том, что в ходе своего развития из обычных диплоидных (2n) клеток они претерпевают лишнее деление без удвоения ДНК и поэтому получают гаплоидный (1n) набор хромосом. Такое двойное деление половых клеток называется мейозом. В процессе оплодотворения мужская и женская гаметы сливаются и образуют диплоидную клетку — зиготу. В эмбриональном периоде зигота многократно делится обычным митозом (все клетки остаются диплоидными) и превращается в многоклеточный зародыш, или эмбрион, а далее после рождения формируется взрослый организм. Организмы производят новые половые клетки, оставляют потомство и умирают.

В чем состоит значение полового процесса? Дело в том, что в зиготе всякий раз образуются новые комбинации из отцовских и материнских генов — аллелей, что создает необходимое генетическое разнообразие особей в популяциях и увеличивает шансы всего вида в борьбе за существование.

Для того чтобы оценить значение сказанного, надо, во-первых, понимать важную особенность генов — их изменчивость. Как мы уже знаем, ген — это участок молекулы ДНК, отвечающий за синтез одного вида белка, за один простой признак. В результате случайных ошибок в ходе репликации ДНК либо под действием различных факторов среды — химических, физических, биологических (например, вирусов) молекулярная структура ДНК локально изменяется, то есть со временем гены мутируют, в том числе в половых клетках. Мутации генов приводят к искажениям структуры и функции синтезируемых белков и, соответственно, к изменениям признаков. Мутации бывают разных масштабов и разного качества, и не только вредные, летальные (смертельные), но и потенциально полезные. В таких случаях организмы выживают, и мутации закрепляются в потомках.

Во-вторых, при созревании половых клеток, во время мейоза, происходит не только уменьшение их хромосомного набора, но и важнейший рекомбинационный процесс — кроссинговер, охватывающий большие генные области. Отцовские и материнские хромосомы, имеющие одноименные гены (такие пары хромосом называют гомологичными), тесно сближаются и обмениваются симметричными (гомологичными) участками. Отцовские и материнские гены в этих участках могут различаться качеством мутаций, т. е. являются аллельными.

Как видим, в хромосомном наборе каждой половой клетки происходит рекомбинация (перетасовка) больших пакетов одноименных генов отцовского и материнского происхождения. Число генов, их наименование и порядок расположения в хромосомах не изменяются, но происходит перегруппировка их мутантных (аллельных) вариантов, так что в ходе последующей гаплоидизации гаметы получаются качественно различными. Когда идет слияние мужских и женских половых клеток (оплодотворение), в зиготе может возникнуть любая комбинация мутантных вариантов генов, так что даже у одной пары родителей дети будут иметь многочисленные различия по тем или иным признакам. Исключение составляют однояйцевые близнецы, которые возникают из одной зиготы в результате ее случайного разделения и, естественно, повторяют ее генотип.

Таким образом, в результате мутаций и случайных комбинаций отцовских и материнских хромосомных наборов у людей получается разный цвет кожи, волос и глаз, разная форма носа и ушей, разные группы крови, разные предпочтения в пище (разные ферменты и рецепторы), разные интеллектуальные способности и т. д. и т. п. На Земле нет двух генетически одинаковых людей, если они не однояйцевые близнецы.

Заметим, что половое размножение свойственно всем эукариотным организмам: одноклеточным водорослям и простейшим, грибам, растениям, животным, человеку. Даже у бактерий, т. е. у прокариотных организмов, где нет полового размножения, внехромосомные гены, плазмиды, могут мигрировать от одной клетки-особи к другой, внося генетическое разнообразие в популяцию. Изменчивость особей, возникающая при половом размножении, — очень важный фактор генетического разнообразия в популяциях организмов, которое служит материалом для отбора на лучшие комбинации признаков. Половое размножение увеличивает шансы популяций и всего вида в борьбе за существование и поэтому выступает как важнейший движущий фактор биологической эволюции (подробнее — в главе 6).