Половое размножение. Его биологическое значение

Бесполое размножение позволяет формам, генотипы которых хорошо приспособлены к имеющимся условиям, быстро размножиться и занять максимально возможное жизненное пространство. Однако при изменении условий может оказаться, что данное сочетание генов будет уже неоптимальным. Для преодоления этого у организмов возникло половое размножение.

Определение

Половым размножением называется такой вид размножения, когда в геноме одного организма объединяются гены разных организмов — двух родителей. Это объединение геномов происходит в ходе оплодотворения — процесса слияния особых половых клеток (гамет).

Диплоидность дает организмам определенные преимущества. В диплоидных организмах не проявляются вредные рецессивные аллели, находящиеся гетерозиготном состоянии. Кроме того, диплоидный организм имеет два разных аллеля одного гена, что расширяет возможности адаптации. Однако для того чтобы половой процесс мог повторяться, должен существовать механизм, переводящий клетки из диплоидного состояния (2n) в гаплоидное (n). Ясно, что простое уничтожение половины хромосом могло бы привести к потере ценных генов. Поэтому процесс уменьшения числа хромосом осуществляется путем деления клеток, в результате которого половина дочерних клеток имеет один аллель, а половина — другой. Например, у гетерозиготы Аа половина гамет имеет аллель А, а вторая половина — аллель а. Такое деление называется мейозом.
В результате мейоза происходит редукция — двукратное уменьшение плоидности. Обычно мейоз имеет место при образовании спор или гамет. Таким образом, половой цикл представляет собой чередование гапло- и диплофазы. Гаплофаза длится от мейоза до оплодотворения, а диплофаза — от оплодотворения до следующего мейоза.

У животных гаплофаза представлена только гаметами, которые образуются путем мейоза. У растений гаплофаза — это многоклеточный гаметофит, который может иметь вид растения зеленого мха, заростка папоротника, зародышевого мешка или пыльцевого зерна цветковых. От мохообразных к цветковым происходит редукция гаплоидной фазы в жизненном цикле, все больше и больше преобладает диплоидная фаза.

Комбинативная изменчивость

При половом размножении создается практически бесконечное разнообразие дочерних геномов за счет кроссинговера (перетасовки отцовских и материнских генов) при мейозе, а также независимого расхождения хромосом в ходе него. Такой тип генетической изменчивости называется комбинативным. Генетически разнообразные потомки имеют больше шансов приспособиться к меняющимся условиям среды. К тому же диплоидность дает преимущество — если «сломается» одна из копий гена, на гомологичной хромосоме есть второй аллель.

Партеногенез

Отдельным типом полового размножения считается партеногенез — размножение без оплодотворения. Оно может сопровождаться или не сопровождаться мейозом. Известны организмы, у которых периоды партеногенеза чередуются с половым размножением, например дафнии, тли.

При этом в благоприятных условиях (летом) идет партеногенез, в неблагоприятных (осенью) — половое размножение. Партеногенез играет важную роль в организации группы у общественных насекомых — пчел, муравьев.

Есть партеногенетические виды и среди позвоночных, например скальные ящерицы.

Скальные ящерицы (Darevskia)

Партеногенез у растений называется апомиксисом. Многие растения размножаются почти исключительно путем партеногенеза или же бесполым путем.

Бделлоидные коловратки — единственная крупная группа (класс) животных, у представителей которой не обнаружено полового размножения с оплодотворением. Они размножаются исключительно партеногенетически. У представителей этой группы обнаружен захват чужеродных генов из окружающей среды (трансформация), за счет чего повышается их генетическое разнообразие. В их геноме найдены работающие гены растительного, грибного и бактериального происхождения.

Бделлоидная коловратка