Образование половых клеток. Мейоз. Борьба с неблагоприятными условиями внешней среды (приспособление) «Организм – единое целое. Многообразие организмов»

Подробное решение параграф § 19 по биологии для учащихся 10 класса, авторов Сивоглазов В.И., Агафонова И.Б., Захарова Е.Т. 2014

Вспомните!

Какие два основных типа размножения существуют в природе?

Что такое вегетативное размножение?

Способ бесполого размножения, при котором дочерний организм развивается из группы родительских клеток, называют вегетативным размножением. Широко распространено такое размножение у растений. В естественных природных условиях оно, как правило, происходит с помощью специализированных частей тела растения. Луковица тюльпана, клубнелуковица гладиолуса, растущий горизонтально подземный стебель (корневище) ириса, ползучий, стелющийся по поверхности почвы стебель ежевики, усы земляники, клубни картофеля и корневые клубни георгина - всё это органы вегетативного размножения растений. Вегетативное размножение у животных осуществляется двумя основными способами: фрагментацией и почкованием. Фрагментация - это разделение тела на две и более частей, каждая из которых даёт начало новой полноценной особи. Этот процесс основан на способности к регенерации. Таким способом могут размножаться кольчатые и плоские черви, иглокожие и кишечнополостные. Почкование - это образование на теле материнской особи группы клеток - почки, из которой развивается новая особь. В течение некоторого времени дочерняя особь развивается как часть материнского организма, а затем или отделяется от него и переходит к самостоятельному существованию (пресноводный полип гидра), или, продолжая расти, образует собственные почки, формируя колонию (коралловые полипы). Встречается почкование и у одноклеточных организмов - дрожжевых грибов (рис. 61) и некоторых инфузорий.

Какой набор хромосом называют гаплоидным; диплоидным?

Диплоидный набор – это полный хромосомный набор соматической клетки, называется еще двойным, обозначается 2n. Например, диплоидный набор человека 46 хромосом (это всегда четное число). Гаплоидный набор – это половинный набор хромосом, одинарный (нечетное число), такой набор содержится в половых клетках (гаметах) обозначается n. Например, гаплоидный набор хромосом человека n=23.

Вопросы для повторения и задания

1. Докажите, что размножение - одно из важнейших свойств живой природы.

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. 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.

2. Какие основные типы размножения вам известны?

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

3. Что такое бесполое размножение? Какой процесс лежит в его основе?

Этот тип размножения 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 его абсолютной копией. Генетически однородное потомство, происходящее от одной родительской особи, называют клоном. Бесполое размножение является наиболее древней формой размножения, поэтому особенно широко оно распространено у одноклеточных организмов, но встречается и среди многоклеточных. Существует несколько способов бесполого размножения.

4. Перечислите способы бесполого размножения; приведите примеры.

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

Спорообразование. Этот способ размножения характерен в основном для грибов и растений. Специализированные клетки - споры - могут образовываться в специальных органах - спорангиях.

Вегетативное размножение – в естественных природных условиях оно, как правило, происходит с помощью специализированных частей тела растения. Луковица тюльпана, клубнелуковица гладиолуса, растущий горизонтально подземный стебель (корневище) ириса, ползучий, стелющийся по поверхности почвы стебель ежевики, усы земляники, клубни картофеля и корневые клубни георгина - всё это органы вегетативного размножения растений. Вегетативное размножение у животных осуществляется двумя основными способами: фрагментацией и почкованием.

Фрагментация - это разделение тела на две и более частей, каждая из которых даёт начало новой полноценной особи. Этот процесс основан на способности к регенерации. Таким способом могут размножаться кольчатые и плоские черви, иглокожие и кишечнополостные.

Почкование - это образование на теле материнской особи группы клеток - почки, из которой развивается новая особь. В течение некоторого времени дочерняя особь развивается как часть материнского организма, а затем или отделяется от него и переходит к самостоятельному существованию (пресноводный полип гидра), или, продолжая расти, образует собственные почки, формируя колонию (коралловые полипы).

5. Возможно ли появление генетически разнородного потомства при бесполом размножении? Аргументируйте свой ответ.

Да. Искусственное вегетативное размножение растений. При искусственном вегетативном размножении растений человек использует все виды вегетативного размножения, встречающиеся в природе. Однако существуют и дополнительные специальные методы. Листовые черенки. Сравнительно немногие растения (узамбарская фиалка, бегония, глоксиния) могут восстанавливаться из отрезанных листьев. Деление куста. Разделение растения с побегами и корнями в продольном направлении на несколько частей, которые затем рассаживают (пионы, флоксы). Отводки. Нижние ветки растения (смородины, крыжовника) пригибают к земле, фиксируют и присыпают землёй. Когда на ветке образуются придаточные корни, её отрезают от материнского куста и пересаживают. Прививка. Метод основан на пересадке частей одного или нескольких растений на другое растение, имеющее корневую систему. Растение, имеющее корневую систему, называют подвоем, второе, которое сращивают с подвоем, - привоем. Существуют разные способы прививки. Окулировка - это прививка почкой, или глазком. На небольшом расстоянии от почвы на стволе подвоя делают T-образный разрез, отодвигают кору и под неё вставляют привой - срезанный глазок вместе с плоским кусочком древесины. Затем на место операции накладывают плотную повязку. Через 10-15 дней фрагменты срастаются. Копулировка - это прививка черенками. При одинаковой толщине подвоя и привоя на них делают косые срезы, прикладывают друг к другу поверхностями срезов и накладывают повязку. Если подвой большего диаметра, черенок прививают в расщеп или под кору. Аблактировку, или метод сближения, можно использовать, если соединяемые растения растут рядом. На обоих растениях делают одинаковые по длине срезы коры, срезанные поверхности сближают, прикладывают друг к другу и туго забинтовывают вместе. В таком состоянии растения находятся всё лето и зиму.

6. Чем половое размножение отличается от бесполого? Сформулируйте определение полового размножения.

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 его абсолютной копией. Генетически однородное потомство, происходящее от одной родительской особи, называют клоном. Половое размножение - это процесс образования дочернего организма при участии половых клеток - гамет.

7. Подумайте, какое значение для эволюции жизни на Земле имело появление полового размножения.

Возникшая в процессе эволюции раздельнополость имела явные преимущества. Появилась возможность объединять генетическую информацию разных особей, формируя новые сочетания и увеличивая генетическое разнообразие вида, что способствовало его приспособлению в изменяющихся условиях обитания.

Подумайте! Вспомните!

1. Почему при вегетативном размножении не наблюдается расщепление признаков в потомстве?

Простая наследственность наблюдается при вегетативном размножении, т. е. когда новая особь формируется из вегетативной части уже существующего индивидуум, споры. Она широко распространена у растений, бактерий, простейших, губок, кишечнополостных и некоторых других животных, склонных к бесполому размножению. Простая наследственность проявляется при размножении, как специализированными клетками (споры), так и своеобразными органами вегетативного размножения (клубни, луковицы, выводковые почки и т. д.). Категория сложной наследственности распространяется на все случаи, когда развитие начинается от яйцеклетки, включая сюда и партеногенез. При вегетативном размножении потомству передаются свойства одной особи, в то время как при половом процессе зигота, из которой разовьется новый индивидуум, несет в себе наследственную информацию от двух организмов. Совершенно очевидно, что в последнем случае закономерности наследования родительских свойств оказываются более сложными и более разнообразными.

2. Объясните, в чём отличие естественного вегетативного размножения от искусственного.

Особенно часто встречаются различные формы вегетативного размножения среди растений, обитающих в суровых климатических условиях - в полярных, высокогорных и степных районах. Неожиданные заморозки в летний день способны погубить цветки или незрелые плоды тундровых растений. Вегетативное размножение позволяет им не зависеть от подобных неожиданностей. Некоторые камнеломки и горец живородящий способны образовывать выводковые почки, которые распространяются подобно семенам, мятлики образуют в соцветиях на месте цветков маленькие дочерние растеньица, способные опадать и укореняться, а сердечник луговой размножается исключительно видоизменёнными дольками перисторассечённых листьев. При искусственном вегетативном размножении растений человек использует все виды вегетативного размножения, встречающиеся в природе. Однако существуют и дополнительные специальные методы: листовые черенки, деление куста, отводки, прививка.

3. Какой тип размножения обеспечивает лучшую приспособляемость к изменениям окружающей среды? Докажите свою точку зрения.

Половое размножение. Возникшая в процессе эволюции раздельнополость имела явные преимущества. Появилась возможность объединять генетическую информацию разных особей, формируя новые сочетания и увеличивая генетическое разнообразие вида, что способствовало его приспособлению в изменяющихся условиях обитания.

4. Согласны ли вы с утверждением, что перекрёстное оплодотворение при гермафродитизме биологически более выгодно? Докажите свою точку зрения.

У разных особей разная генетическая информация, чем у одной особи, хоть и с разными половыми гаметами.

5. Может ли вегетативное размножение у растений осуществляться при помощи неспециализированных частей тела? Если да, то приведите примеры.

Вегетативные органы растений участвуют в бесполом размножении, которое заключается в образовании молодого организма из какой-либо части родительского. Этот способ размножения повсеместно распространен в дикой природе и активно применяется в растениеводстве. При этом используются как специализированные органы (корневища, луковицы, клубни, столоны), так и неспециализированные (стебли, листья).

Например. Листовые черенки. Сравнительно немногие растения (узамбарская фиалка, бегония, глоксиния) могут восстанавливаться из отрезанных листьев.

6. Докажите, что деление бактерий не является митозом.

Деление бактерий – это способ деления клетки пополам, а митоз – это тип непрямого деления ядра, а затем и цитоплазмы. Митоз – это деление ядра, которое приводит к образованию двух дочерних ядер, в каждом из которых имеется точно такой же набор хромосом, что и в родительском ядре. Деление бактерий – это бинарное деление, непосредственно самому процессу разделения клетки пополам предшествует период роста цитоплазмы и репликации (удвоения) кольцевой хромосомы бактерии.

При удвоении ДНК нуклеоида (аналог ядра в бактериальной клетке) реализуется следующая схема:

– инициация – начало деления ДНК под действием репликона (ферментативного аппарата, участка ДНК, содержащего информацию о дублировании);

– элонгация – удлинение, рост хромосомной цепи;

– терминация – завершение роста цепи и спирализация ДНК при репликации.

Параллельно с репликацией ДНК происходит рост самой клетки, и расстояние между прикрепленными посредством мезосом к цитоплазматической мембране двумя новыми хромосомами постепенно увеличивается. Прокариотическая клетка начинает делиться спустя некоторое время после репликации. Очевидно, именно дублирование ДНК запускает процесс разделения.

4.1. Получить допуск к работе. Для этого ответить на вопросы:

4.1.1. Размножение – важнейшее жизненное свойство. Объясните, каким образом оно проявляется на клеточном уровне.

4.1.2. Дайте определения понятий оплодотворение, гаметогенез, мейоз, онтогенез.

4.1.3. Есть ли принципиальные различия между бесполым и половым размножением.

4.1.4. Сравните между собой митоз и мейоз, выделите черты сходства и различия.

4.1.5. В чем заключается биологическое значение мейоза?

4.2. Выполнить задания.

4.2.1. Пользуясь рис.1.,выявите черты сходства и различия между зародышами позвоночных.

Рис.1.Сравнение зародышей позвоночных Рис.2.

на разных стадиях развития:1-рыба,

2-ящерица,3-кролик,4-человек.

4.2.2.Как формулируется биогенетический закон? Поясните его примерами.

4.2.3. Объясните, что такое развитие и чем оно отличается от роста .

4.2.4. Заполните таблицу, поставив знак "+" или "–" в соответствующую ячейку. Укажите тип развития, характерный для каждого организма.

4.2.5. Подпишите элементы строения половых клеток млекопитающих, обозначенные цифрами.

4.2.6. В чем сущность двойного оплодотворения цветковых растений? Рассмотрите рисунок и подпишите элементы, обозначенные цифрами.
4.2.7. Чем отличается дробление от обычного деления клетки?

4.2.8. Что такое гаструла и как она образуется в процессе развития зародыша?

4.2.9.Каким образом и где происходит имплантация зародыша?

4.2.10. Какие ткани и органы формируются из зародышевых листков?

4.3. Оформить отчет о проделанной работе.

5.1. Наименование и цель работы.

5.2. Выполненные задания.

5.3. Ответы на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы.

6.1. Какой процесс поддерживает существование органического мира на Земле?

Неблагоприятные условия внешней среды (мороз, засуха, недостаток влаги, света, уменьшение содержания растворенного в воде кислорода и т. д.) препятствуют нормальной жизнедеятельности организмов. В сильные морозы увеличивается вероятность гибели среди животных, обитающих в почве (кроты, дождевые черви). Зимой при недостатке растворенного в воде кислорода погибают водные животные, рыбы. Семена растений заносятся ветром в неблагоприятные места и не прорастают. Неприспособленные организмы не оставляют потомства. Из курса 10 класса известно, что изменчивость - это свойство, характерное для всех организмов. Изменение организмов под влиянием условий внешней среды называется модификационной изменчивостью, а изменение генов и хромосом - мутационной изменчивостью. Модификационную изменчивость иногда называют ненаследственной изменчивостью. Развитие фенотипа организма определяется взаимодействием его наследственной основы-генотипа - с условиями внешней среды. При одном и том же генотипе, но при разных условиях развития признаки организма (его фенотип) могут существенно различаться. Посредством модификационной изменчивости у многих особей повышается приспособляемость к окружающей среде, что может иметь важное значение для сохранения и процветания вида.
Модификационная изменчивость встречается у организмов всех видов под воздействием новых жизненных условий, но она не наследуется. Причины этого заключаются в изменении признаков потомков в новых условиях среды и формировании у них приспособленности. Мутация - изменчивость отдельных организмов, связанная с изменением генотипа. Поэтому мутации наследственны и не имеют приспособленных свойств.
Естественный отбор в природе идет непрерывно в течение веков. Новые признаки появляются только у организмов, приспособленных к условиям природы. Между организмом и средой формируется взаимосвязь (единство). Ч. Дарвин определил естественный отбор как сохранение и размножение особей, наиболее приспособленных и гибель наименее приспособленных.
Рассмотрим примеры борьбы организмов с неблагоприятными условиями среды. Как известно, погода в высокогорье холодная, летом со знойными ветрами, а рельеф неровный, горно-холмистый. Непрерывный ветер иссушает почву, уменьшает влагу. Растения горных мест низкие, приземистые. Из-за постоянных ветров все виды растений (дерево, кустарник, трава) низкорослые. Густо переплетенные ветки кустарников стелются по земле. Животные прижимаются к камням. Певчие птицы поют сидя на земле. Бабочки также летают низко. Темные, неяркие крылья их хорошо поглощают тепло. Пауки не ткут паутины, а прячутся под камнями, в расщелинах почвы, живут в старых норах. Организмы приспособлены по-разному также и к открытой местности степи.
Например, несмотря на то, что корни растений хорошо развиты, их листовые пластинки тонкие. Корневая система ковыля - растения, типичного для степных зон, глубоко уходит в почву, а надземные органы образуют куст. Между стеблями этого куста зимой накапливается снег, что сохраняет влагу, а весной обеспечивает растение влагой. С наступлением жары тонкие листовые пластинки растений могут свертываться устьичной стороной внутрь, и испарение уменьшается.
Все органы растений засушливых мест покрыты мягкими, мелкими, войлочными волосками, поэтому они имеют светло-серый цвет. Защитой от испарения и солнечных лучей служат мягкое опушение листьев волосками, восковой налет. В жарких условиях растения с крупными зелеными листьями и нежной корневой системой в результате естественного отбора не выживают.
Растения сухих местообитаний для сохранения жизни способны накапливать большое количество воды в своих тканях. Например, комнатное растение кактус (родина - Южная Америка) имеет сочный стебель, так как в нем накапливается влага. В составе некоторых кактусов содержится до 96% воды. Кактусы высотой 20 м в стебле содержат до 3 тыс. л воды. Листья у них видоизменены в колючки, а устьица расположены в стебле. При этом листья выполняют защитную функцию, а стебель - ассимиляционную. При недостатке влаги тюльпаны весной очень рано цветут и за короткое время у них созревают плоды и семена. После засыхания надземных органов влага и питательные вещества накапливаются в луковицах, которые затем весной опять используются для развития проростков. Очиток, родиола, алоэ накапливают запас воды в листьях. Корневая система саксаула проникает очень глубоко, до грунтовой воды. При недостатке влаги саксаул сбрасывает молодые побеги, тем самым способствует уменьшению испарения. Во время сильной жары у эвкалипта, караганы листья поворачиваются ребром к свету. Плоды яблони, сливы, винограда, листья капусты, очитка, фикуса покрываются водонепроницаемым восковым налетом. Пробковый слой, расположенный под корой деревьев (дуб, береза и др.), защищает от увлажнения и перепада температуры. Виды борьбы за существование представлены на рис. 20.

Рис. 20. Борьба за существование и ее формы: 1 - цапли (внутривидовая борьба); 2 - наездник, откладывающий яйцо в гусеницу (межвидовая борьба); 3 - юкка древовидная, растет в жарких пустынях Мексики, где выпадает не более 125 мм осадков в год (борьба с неблагоприятными условиями жизни)
Прочитайте вопросы и ответьте, к какому виду отбора они относятся; ответы занесите заглавной буквой: "Е" - естественный отбор, "И" - искусственный отбор.

Среди животных также выживают наиболее приспособленные к условиям среды. Суслики, черепахи летом впадают в спячку. Летняя спячка наблюдается у них при слишком высоких температурах и снижении влажности воздуха. Так, некоторые виды черепах запасают в мочевом пузыре воду, которая при необходимости переходит в кровь. Запас жира животные откладывают в горбу (верблюд), хвосте (виды тушканчиков), при окислении которого образуется метаболическая вода. Недостаток влаги относится к физическому фактору. Отбор регулирует приспособленность организмов, обеспечивает сохранение более выносливых особей и исчезновение слабых.
В переувлажненных местах отбор идет в ином направлении. В бассейне реки Амазонки в тропических лесах периодически бывают наводнения. Во время наводнения живущие там млекопитающие забираются на верхушку дерева, сохраняя тем самым себе жизнь. Приспособление к окружающей среде у них появляется не сразу. В результате естественного отбора постепенно из поколения в поколение передаются личные признаки организма.

Модификационная (ненаследственная) изменчивость. Мутационная (наследственная) изменчивость.

1. Назовите неблагоприятные условия природы.
2. Приведите примеры растений и животных, приспособленных к условиям высокогорья.

1. Как приспособлены растения к равнинной местности?
2. Объясните способы защиты пустынных растений от неблагоприятных условий среды.
3. Назовите животных, впадающих в летнюю спячку, объясните причины.
4. Сравните естественный и искусственный отбор.

1. В процессе отбора выносливость организма усиливается.
2. Новые признаки вредны для организма.
3. Берет начало с развития растениеводства и животноводства.
4. В результате образуется новый вид.
5. В результате получают породы и сорта.
6. Процесс медленный, незаметный.
7. Изменение нужных признаков планируется.
8. Процесс непрерывно идет с возникновения жизни на Земле.
9. Новые, появившиеся признаки полезны для организма.

Ответьте на следующие вопросы для закрепления результатов лабораторной работы:

Почему всходы неодинаковые, не все проросли?

1. Как приспособлен кактус к неблагоприятным условиям внешней среды?

В чем причина?

1. Каковы особенности алоэ, чем он отличается от кактуса?
2. По каким признакам и изменениям растений сухих местообитаний (жузгун, саксаул, шингил) можно определить их вид борьбы с неблагоприятными
   условиями среды?

Цели урока:

• Образовательная : расширить знания учащихся по материалу половое и бесполое размножение.
• Развивающая : создать условия для формирования компетентностей учащихся.
• Воспитательная : показать значимость клонирования в жизни человека и его этические аспекты.

Оборудование: презентация урока, опорные конспекты для учащихся, живые цветы (разные сорта фиалок), приложения № 1 и № 2.

Ход урока

1. Организационный момент.

Обратить внимание учащихся, что помимо традиционных источников, сегодня на уроке будем работать с опорным конспектом.

2. Создание проблемной ситуации (лирическая музыка, слайды).

Учитель: Мы приходим в мир, чтобы постигнуть красоту. Красота - это радость нашей жизни. Перед человеком открылась радость жизни потому, что он услышал шепот листьев и песню кузнечика, журчание весеннего ручейка и переливы серебряных колокольчиков, жаворонка в горячем летнем небе и распустившийся куст сирени - услышал и, затаив дыхание, слушает сотни и тысячи лет чудесную, разнообразную музыку жизни.

Ребята, скажите, а какой биологический процесс является основой всей жизни на Земле? (размножение)

Какие формы размножения живых организмов существуют в природе? (половое и бесполое)

Термин размножение не является для вас новым. Дайте его полное определение (ответы детей). Запишите более полное определение термина "размножение" в конспект (работает слайд).

Опираясь на определение термина, а также на имеющиеся у вас знания, попробуйте выделить значение полового размножения в природе.

С точки зрения науки значение размножения заключается в том, что осуществляется преемственность между поколениями, увеличивается численность особей в популяции и их расселение на новой территории, размножение обеспечивает существование вида в целом.

В ходе эволюции живых организмов механизмы размножения усовершенствовались.

Какая форма размножения является более древней? (бесполое)

Соответственно, половое размножение является новой формой.

3. Формулирование учебной проблемы.

Учащиеся предлагают формулировку проблемы.

Почему в ходе эволюции одна форма размножения не вытеснила другую, а существуют оба механизма размножения? Выскажите свои предположения (ответы детей).

Мы услышали несколько гипотез. Для того, чтобы подтвердить гипотезу или опровергнуть, нам необходима научная доказательная база. Как вы думаете, что она будет в себя включать? (ответы детей)

Вы правы. Мы вспомним известные вам биологические термины и понятия, биологические процессы, установим причинно-следственные связи между ними и сравним их.

4. Совместное открытие знаний.

Итак, охарактеризуем половое и бесполое размножение, затем сравним данные формы по предложенным критериям. Обратите внимание на таблицу в ваших конспектах.

Каких критериев, на ваш взгляд, не хватает в предложенной таблице?

(ответы детей, вписали в таблицу, все критерии на слайде)

Итак, у нас полный набор критериев для сравнения, и мы можем заполнить таблицу(3 мин.)

У кого возникли вопросы? (обращение к классу)

На основе сопоставления характеристик бесполого и полового размножения, сделайте вывод о преимуществах бесполого размножения.

(дети отвечают: участие только одной особи в процессе размножения; появление потомства за короткий период времени)

Мы знаем, что одним из преимуществ бесполого размножения является наличие множества видов данной формы размножения. Составьте классификацию способов бесполого размножения в опорных конспектах, работая с учебником и дополнительной информацией. (2 мин.)

Комментарии к классификации по слайду. Я увидела результаты вашей работы. Вы успешно справились с ней (слайд). Однако обращаю ваше внимание на то, что такие способы бесполого размножения, как фрагментация и почкование, в других биологических источниках могут выделять как подвиды вегетативного.

Каким способом (бесполого размножения) размножаются представленные на слайде живые организмы?

(показ слайдов с примерами: коралловые полипы - почкование; грибы - спорообразование; растения - вегетативное)

Ребята, сформулируйте вывод о значении бесполого размножения в природе (позволяет быстро увеличивать численность особей определенного вида за короткий период времени в благоприятных условиях).

А теперь, используя те же критерии, сделайте вывод о преимуществе полового размножения (может происходить в изменяющихся условиях среды, возникают новые комбинации признаков).

Какое значение имеет половое размножение в жизни организмов? Ответьте на данный вопрос, комментируя слайд (на слайде - два вида организмов, которые являются родственными - белый и бурый медведь).

(Значение полового размножения состоит в том, что происходит изменение генетического материала, и это позволяет приспосабливаться организмам к разным условиям среды)

Итак, мы собрали достаточную доказательную базу, чтобы подтвердить или опровергнуть ваши гипотезы, высказанные в начале урока по разрешению проблемы: почему в процессе эволюции сохранились оба способа размножения (высвечивается на слайд). Итак, вам слово.

Так к какому выводу вы пришли: бесполое и половое размножение обеспечивает многообразие живых организмов (дети записывают вывод в конспект).

Ребята, а теперь сформулируйте тему нашего урока. Записываем в опорные конспекты.

Учитель: Да, мир безграничен, красив, многообразен. Человек стал человеком потому, что увидел глубину лазурного неба, мерцание звезд, розовый разлив вечерней зари, прозрачную дымку степных просторов, журавлиную стаю в небе, отражение солнца в мириадах капель утренней росы, голубой колокольчик подснежника:

Как вы считаете, может ли человек создавать новые живые организмы?

Аргументируйте свой ответ (селекция).

Совершенно верно: одним из достижений селекции является выведение новых сортов растений, пород животных, штаммов микроорганизмов. Приведите примеры результатов селекции, с которыми вы сталкиваетесь ежедневно? (слайд селекция: кефир, булка, лекарства, корова, декоративная собачка, роза).

Пример на слайде: фиалки.

Результатом селекции является выведение новых сортов комнатных растений, они великолепны. Я сама очень люблю растения, поэтому дома и на работе меня окружают цветы. Какой способ размножения необходимо использовать, чтобы сохранить сортовые качества данного сорта фиалки?

(бесполое: листом или частью куста)

О роли цветущих растений в дизайне помещений (кстати, дизайнеры рекомендуют располагать цветы в местах отдыха, например в гостиной).

Творческая деятельность человека в селекции основана на научных знаниях и исследованиях. Наука не стоит на месте, она шагает вперед, чтобы найти решение многих проблем, в том числе и неизлечимых болезней. Человек создал новый способ получения живых организмов, в основе которого лежит бесполое размножение. А вы знаете, как называется данный способ размножения? (клонирование)

Используя информацию о клонировании, объясните, в чем сущность данного способа размножения? (время работы с доп. информацией 2 мин.)

Как лично вы относитесь к клонированию человека?

Хотели бы вы иметь своего клона?

Если вам интересна моя точка зрения на данную проблему, то она, так же как и в этой аудитории - неоднозначна. С одной стороны, человек, являясь творцом новых живых организмов, не должен вступать в противоречие с другим Творцом. Поэтому религиозные нормы отрицают клонирование. С другой стороны, научно-технический прогресс не остановить. Поэтому людям необходимо обсуждать и принимать новые нормы, которые бы учитывали новые реальности.

5. Итог урока.

Учитель: Позвольте вам напомнить то, с чего мы начали наш урок. Перед человеком открылась радость жизни потому, что он услышал шепот листьев и песню кузнечика, переливы серебряных колокольчиков, жаворонка в горячем летнем небе и распустившийся куст сирени - услышал и, затаив дыхание, слушает сотни и тысячи лет чудесную, разнообразную музыку жизни. Пусть эти слова, которые прозвучали в начале нашего урока, как и сам урок, помогут вам выполнить творческое задание - написать синквейн. Правила написания синквейна находятся в опорном конспекте. Ключевое слово синквейна - размножение.

Итак, я вижу, синквейны, готовы. Пожалуйста, прочитайте их.

Спасибо вам за такие замечательные произведения!

И в заключение позвольте подарить вам синквейн, посвященный нашему уроку:

Размножение.

В нем источник бессмертия и света.
Радуюсь, люблю, живу!
Будь же весел, живой!
Мирозданье бесконечно.

Еще раз - большое спасибо за работу.

Ключевые вопросы

Какие преимущества и недостатки несет половое размножение отдельным особям и целым видам животных?

Какая форма размножения обеспечивает лучшую приспосабливаемость к изменениям окружающей среды?

Что такое мутация?

Как гомологичные хромосомы вступают в мейоз?

Что такое конъюгация гомологичных хромосом в мейозе и как она происходит?

Что такое партеногенез? Как партеногенез осуществляется в популяциях пчел?

2.1. Значение полового размножения заключается в том, что оно является одним из основных факторов изменчивости признаков, некоторые из них могут влиять на выживаемость организмов

Подавляющее большинство живущих на Земле организмов - бактерий, растений и животных - размножаются половым путем, хотя некоторые из них могут размножаться и бесполым путем. Не сразу можно ответить, почему это происходит, ведь бесполое размножение чрезвычайно эффективно.

Почему же тысячи и тысячи видов организмов избрали более рискованный способ размножения, связанный с образованием мужских и женских половых клеток и слиянием их при соответствующих условиях? Человеку, как никому другому, должны быть понятны все преимущества этого способа, главное из которых заключается в том, что половое размножение повышает выживаемость видов. В некоторых случаях трудно понять биологическую целесообразность отдельных типов полового размножения. Например, когда самка богомола, стимулируя самца к спариванию, откусывает ему голову. Тем не менее, несмотря на сложный и даже рискованный характер полового размножения, оно является надежным способом, обеспечивающим успешное развитие видов в постоянно изменяющейся окружающей среде. Почему? Потому что при половом размножении образуются миллионы уникальных комбинаций генетического материала, получаемого от двух неидентичных родителей, и таким образом достигается разнообразие в будущих поколениях. Некоторые из комбинаций могут оказаться как раз необходимыми для поддержания жизнеспособности видов в изменившихся условиях окружающей среды. При бесполом размножении организмы не обладают такой способностью к адаптации. Например, когда влажная среда, в частности болото, начинает постепенно высыхать, то населяющие эту среду виды в конечном счете погибают, если выжившие засухоустойчивые особи данных видов не размножатся и не заселят вновь эту местность.

2.2. Мутации могут изменять организмы, размножающиеся как половым, так и бесполым путем

Наследственное изменение в структуре молекулы ДНК, например изменение, вызванное облучением, называется мутацией . Такие изменения по существу необратимы, и все клетки или организмы, которые возникают из мутантных клеток, будут нести эти изменения. У организмов, размножающихся бесполым путем, мутация проявляется во внезапном изменении (полезном или вредном для организма), которое будет передаваться последующим поколениям. Хорошо, если это изменение полезно; если же вредно, то потомство мутанта обычно гибнет. Однако организмы, размножающиеся половым путем, получают генетический материал от двух родителей. Поэтому мутации нейтрализуются "нормальным" генетическим материалом партнера. Таким образом, половое размножение в конечном счете обеспечивает разнообразие организмов и противодействует возникновению резких изменений (мутаций) за короткий промежуток времени.

2.3. Половое размножение предполагает рекомбинацию хромосомной ДНК

Генетическая информация содержится в скрученных волокнистых структурах ядра клетки, называемых хромосомами . Много лет назад было замечено, что количество хромосом в клетках обычно постоянно. Более того, почти все клетки в организме имеют одинаковое число хромосом, и это число характеризует все организмы данного вида. Было отмечено, что хромосомы в большинстве случаев представлены парами - две хромосомы одинакового размера и формы содержат сходные гены. Такие хромосомы называются гомологичными .

Исследуя 46 хромосом человека, можно различить каждую пару гомологичных хромосом и обозначить их соответствующим номером. Различными методами установлено, что при развитии нового организма в состав любой пары его гомологичных хромосом входят по одной хромосоме от каждого родителя. Для удобства полный хромосомный набор в клетке называют диплоидным . Гаплоидный набор хромосом представляет собой половину этого числа, т. е. включает по одной хромосоме из всех пар. Каждый родитель вносит при оплодотворении гаплоидный набор хромосом.

2.4. Хромосомы передаются от поколения к поколению в ядрах специализированных половых клеток, называемых гаметами

У простых организмов почти отсутствуют половые различия. Очень сходны и их половые клетки - гаметы , которые носят название изогаметы , а процесс их слияния - изогаметное оплодотворение . Таким способом, например, размножаются одноклеточные жгутиковые водоросли Chlamidomonas. Пол партнеров в таком случае обозначают не как женский и мужской, а говорят о скрещивающихся типах .

У более сложных организмов, и у человека в частности, различия между полами значительны и каждый организм образует специфические для своего пола характерные гаметы. У животных самка образует макрогамету, неспособную к активному передвижению, которую называют яйцеклеткой или яйцом. У самца развивается маленькая подвижная микрогамета, или сперматозоид. Макрогамету у высших растений также называют яйцеклеткой, а микрогаметы в пыльце - это ядра мужских подовых клеток.

В процессе полового размножения происходит слияние двух гамет, однако число хромосом у каждого вида сохраняется постоянным во всех поколениях. Поэтому, очевидно, должен существовать механизм, в результате действия которого нормальный диплоидный набор хромосом каждого родителя уменьшается до гаплоидного набора в гаметах. Такой механизм называют мейозом, и он является частью гаметогенеза - процесса формирования гамет.

У многоклеточных животных гаметы образуются в половых органах - гонадах . Женскую гонаду называют яичником мужскую - семенником . Обычно в гонадах осуществляется мейотическое деление, уменьшающее вдвое набор хромосом. Здесь же происходит дифференцировка, в процессе которой формируются специфические свойства яйцеклетки и сперматозоида. В яйцеклетках некоторых видов мейотическое деление происходит после овуляции , высвобождения половой клетки из яичника. Если яйцеклетке для быстрого развития после оплодотворения необходим большой запас макромолекул, то сперматозоид должен иметь структуры, обеспечивающие его подвижность (рис. 2-1).

2.5. Мейоз состоит из двух последовательных клеточных делений, завершающихся образованием гамет, каждая из которых имеет гаплоидный набор хромосом

На первый взгляд оба специализированных клеточных деления, происходящих в мейозе, сходны с митотическими делениями. Мейоз, так же как и митоз, включает в себя одинаковые стадии деления ядра (профаза, прометафаза, метафаза и т. д.) и цитоплазмы (цитокинез).

Однако существует несколько основных различий между этими типами клеточного деления.

1. В первом мейотическом делении пары гомологичных хромосом объединяются и располагаются в латеральных зонах ядра. Этот процесс называют конъюгацией хромосом или синапсисом (рис. 2-3).

2. Генетический материал реплицируется только один раз в течение двух мейотических делений. Во время конъюгации происходит обмен генетическим материалом между гомологичными хромосомами, или кроссинговер . На рисунке 2-2 схематически показано, как происходит кроссинговер в мейотических хромосомах.

Кроссинговер - широко распространенный и очень важный фактор, ешь собствующий возникновению генетической изменчивости при половом размножении. Мейотические хромосомы имеют специфическую структуру, называемую конъюгационным комплексом, который, вероятно, и осуществляет этот процесс.

Правда, остается неизвестным, как происходит сближение гомологичных хромосом.

3. У большинства организмов по существу отсутствуют стадии интерфазы или профазы перед вторым мейотичеcким делением.

При половом размножении конъюгация гомологичных хромосом выполняет две основные функции. Первая функция позволяет всем половым клеткам, образующимся в процессе мейоза, получить по одной хромосоме из каждой гомологичной пары. Вторая функция заключается в том, что конъюгация обеспечивает уменьшение числа хромосом точно в два раза (во время второго мейотического деления) путем соединения гомологичных хромосом в пары, которые ведут себя как одно целое. Поскольку каждая из парных гомологичных хромосом была ранее реплицирована и поэтому состоит из двух хроматид, эти пары называют хроматиднъши тетрадами, или хромосомными бивалентами. В процессе конъюгации диплоидный набор реплицированных хромосом становится гаплоидным набором хромосомных бивалентов, или хроматидных тетрад . Во время второго мейотического деления эти биваленты расчленяются на две части, образуя гаметы с гаплоидным числом хромосом.

Конъюгация гомологичных хромосом происходит в профазе первого мейотического деления. Образующиеся тетрады перемещаются в экваториальную плоскость, прикрепляются к волокнам веретена и затем распадаются каждая на две диады (хромосомы, состоящие из двух хроматид). Затем происходит цитокинез и образуются две клетки с гаплоидным числом диад. Во втором мейотическом делении каждые из этих клеток делятся без репликации генетического материала. Во втором мейотическом делении они расщепляются и образуют монады, таким образом из одной исходной клетки образуются четыре. Каждая несет различные комбинации генетического материала родителей, образовавшиеся в результате кроссинговера, а также независимого расхождения хромосом в мейозе.

Однако неверно говорить, что во всех случаях мейоза у животных из одной половой клетки образуются четыре. Это справедливо только для. процесса формирования сперматозоидов, когда одна клетка, которая дважды мейотически делится, образует четыре сперматозоида.

При формировании яйцеклеток (оогенез) каждая клетка производит только

одну яйцеклетку и два или три маленьких полярных тельца, "тупиковые клетки", которые не играют заметной роли в дальнейшем развитии. В оогенезе формируются не четыре мелкие яйцеклетки, а одна крупная с большим запасом веществ, необходимых для ее развития после оплодотворения. Питательные вещества, которые могли бы быть поделены между четырьмя клетками, накапливаются в одной яйцеклетке.

2.6. Оплодотворение - это процесс объединения мужской и женской гамет или двух изогамет

В процессе оплодотворения ядра двух гамет, каждая из которых содержит гаплоидный набор хромосом, объединяются, и тем самым вновь восстанавливается нормальный диплоидный хромосомный набор. При оплодотворении может использоваться также и другой способ обмена генет (ческим материалом.

Например, у морских беспозвоночных, таких, как моллюски, морские ежи и звезды, оплодотворение представляет собой весьма неэкономичный процесс.

Каждый взрослый организм расходует колоссальную энергию при формировании большого количества яйцеклеток или сперматозоидов. Однако только некоторые из них участвуют в оплодотворении.

Это происходит потому, что яйцеклетки, личинки и молодые особи данных животных являются пищей для других видов. Поэтому до взрослого состояния развивается всего один процент исходных яйцеклеток. Хотя такой способ и требует больших затрат энергии, он широко распространен среди различных видов, что доказывает его высокую эффективность.

У многих других животных, особенно обитающих на земле, эволюционно закрепились методы внутреннего оплодотворения, которые позволяют избежать потерь половых клеток.

2.7. Партеногенез - это развитие неоплодотворенных яйцеклеток

Многие организмы, кроме размножения половым путем, могут образовывать яйцеклетки, которые развиваются без оплодотворения сперматозоидами. Этот процесс называют партеногенезом .

Колонии пчел состоят из особей, развившихся путем полового размножения, а также из партеногенетических организмов. И те и другие происходят из яиц, отложенных пчелой-маткой. Пчелиная матка скрещивается с трутнем только однажды, и затем запас сперматозоидов сохраняется у нее в течение всего репродуктивного периода. Из этих оплодотворенных яйцеклеток развиваются диплоидные самки - рабочие пчелы (и, возможно, будущие матки). Яйцеклетки, отложенные неошцэдотворенны-ми, развиваются в гаплоидных трутней.

Спонтанный партеногенез также характерен и для некоторых высших животных. Известны разновидности ящериц и рыб, у которых нет самцов. Самки могут производить потомство, несмотря на длительную изоляцию от других животных. Часто у некоторых линий индеек яйца могут развиваться партеногенетическим путем. Число организмов, достигающих взрослого состояния, невелико, и все они представлены самками, которые могут давать потомство. В ряде случаев партеногенетическое развитие некоторых яйцеклеток можно вызвать, применив химическую или физиологическую стимуляцию, что впервые сделано Лёбом (I. Loeb) в 1898г.