?

Log in

No account? Create an account

Previous Entry | Next Entry

mitosis
Изображение с компьютерры


В детстве меня всегда удивляло, как легко размножаются растения: отломил палочку, поставил в воду и вскоре у тебя новое растение. Каждый год от корней большого дерева поднимаются новые побеги. Все просто и эффективно. Зачем при таком, как мне тогда казалось, достижении как вегетативное размножение им приходится тратить свои силы на половое? Ведь это такие затраты энергии на цветение, созревание плодов. А эти бедные семена еще не понятно смогут прижиться или будут съедены. В школе нам это объясняли тем, что так растения распространяются на большие расстояния. Но лично я всегда замечала, что поля зарастают деревьями со стороны леса и не наблюдала, чтобы появлялось посередине поля отдельное дерево, а потом вокруг уже «нарастал» лес. Т.е. деревья распространяются на новую территорию тоже скорее вегетативным способом. Бесспорно, иногда можно заметить необычное растение, которое было случайно занесено, но все-таки мне казалось сомнительным, что это какая-то масштабная стратегия, ради которой и создавалось половое размножение.

Действительно, позже я узнала, что основная цель полового размножение – создание отличающихся организмов с помощью комбинирования генов родителей. Т.е. с его помощью на свет появляются поколения с новыми разнообразными наборами признаков (фенотипами), которые потом проходят через естественный отбор. Фактически, оно обеспечивает быструю эволюцию и приспособление к изменяющимся окружающим условиям.

При вегетативном размножении дочерние организмы практически полностью генетически копируют материнский, лишь только мутации вносят некое разнообразие. Дочерний организм либо отпочковывается от материнского, либо материнский делится на несколько дочерних. При половом размножении присутствует стадия образования гамет или половых клеток, с половинным набором нашего генома. Гаметы родителей встречаются и образуют одну новую клетку (зиготу) уже с полным набором генов, половина которых пришла от отца, а половина от матери.

Тут меня ждала следующая загадка: многие растения оплодотворяют себя сами, т.е. являются и матерью и отцом будущих потомков. Какой в этом смысл, ведь разнообразия генов уже не получится? Самым удивительным для меня открытием стал факт,  даже если обе гаметы произошли от одного организма, в новом поколении будут существенные отличия. Но почему так происходит?

Ответ лежит в процессе мейоза – деления клеток, при котором получаются гаметы, половые клетки с половинным набором хромосом. Вся генетическая информация хранится в хромосомах, их количество отличается у разных организмов, но все хромосомы парные (разве что Y-хромосома в паре идет с X) одна приходит от матери, а другая от отца. Когда новый организм будет производить гаметы, то набор их хромосом будет случайным, материнские и отцовские хромосомы образуют новый набор. При объединении может получиться, что какая-то пара хромосом только отцовские, а какая-то досталась только от матери. Таким образом, при самоопылении растение будет создавать не свою копию, а как бы своих сестер или братьев. Разумеется, вероятность того, что в каком-то организме будут только отцовские или только материнские хромосомы мала, но это уже способствует появлению разнообразия.

mitosis1

Рассмотрим на примере людей: у нас полный набор – 46 хромосомы, 23 мы получили от мамы и 23 от папы. Хромосомы похожи, но могут нести разные аллели одного гена, например в одной хромосоме ген, отвечающий за голубые глаза, а в другой – за карие. Во время мейоза хромосомы расходятся по гаметам случайным образом, т.е. в одном случае гамета может нести 5 материнских хромосом и 18 отцовских, а в другом варианте 22 материнские и только 1 отцовская. В такое случае, будущий ребенок получит от одного из родителей 5 хромосом от бабушки и 18 от дедушки, а его братик или сестричка от того же родителя 22 бабушкины и 1 дедушкину. С учетом, что родителей 2 и у каждого может быть любая комбинация хромосом, вариантов оказывается много. Именно поэтому родные братья и сестры похожи, но их легко различить, исключение составляют близнецы, которые происходят только из одной зиготы.

Но на этом вариации не заканчиваются. Благодаря процессу кроссинговеру родительские хромосомы в наших клетках могут обмениваться между собой частями, т.е. по факту в гамете может быть не 5 материнских и 18 отцовских хромосом, а 6,3 и 16,7. Такая комбинаторика даст бесконечное разнообразие геномов для последующего естественного отбора.

Если в материнском организме какой-нибудь гетерозиготный признак, т.е. у хромосом разные аллели одного гена, то в этом случае фенотип будет иметь либо доминантный признак этого гена, либо промежуточный. При перетасовке хромосом у дочерних организмов этот признак может существовать как в гомозиготном состоянии (обе хромосомы будут нести одинаковый аллель), при этом с одинаковой вероятностью будут проявляться оба варианта признака, так и в гетерозиготном, как у единственного родителя. Если вернуться к примеру с цветом глаз (пофантазируем, что будет, если у человека было бы возможно самооплодотворение), то у геторозиготной мамы карие глаза, так как это доминантный признак, а у детей с вероятностью 25% будут голубые глаза. Уже дочери будут отличаться от нее. Но у людей самооплодотворение не бывает по целому ряду причин…

mitosis2

При бесполом размножении материнская особь производит огромное количество своих клонов, если условия окружающей среды остаются постоянными, то это хороший способ полностью занять доступную нишу. Но в этом мире нет ничего постоянного, поэтому всем организмам надо приспосабливаться к изменениям. Когда кругом обитают генетически одинаковые родственники, то среди них сложно выбрать более приспособленного к новым условиям. А вот когда все отличаются и несут уникальные комбинации генов, а, следовательно, уникальные фенотипы, то кто-то может оказаться сильнее/быстрее/ловчее/умнее/хитрее и новые условия позволят ему в полной мере раскрыть свой потенциал. Именно про это гласит гипотеза Черной королевы: половое размножение возникло для того, чтобы организмы постоянно приспосабливались к изменяющейся окружающей среде (название пришло из книги про Алису Льюиса Кэрролла, где Черная королева говорит Алисе: «приходится бежать со всех ног, чтобы только остаться на том же месте»).

Опять же при появлении полезного признака, больше вероятность его закрепления именно при половом размножении, так как противоположный пол тоже участвуют в оценке полезности этого признака.

Но, как это всегда бывает, у полового размножения есть и свои недостатки. Во-первых, на производство многочисленных гамет и последующее их распространение нужно большое количество энергии. А еще добавьте к этому поиск полового партнера (если верить женским и мужским журналам, процесс этот далеко не самый простой). Для организмов, обитающих в изолированных условиях или при недостатке питательных веществ, такая задача становится совсем уж нерешаемой. Именно по этому, многие виды избрали для себя бесполое размножение и существуют с ним на протяжении миллионов лет. Например, бактерии (правда, у них есть горизонтальный перенос генов, который обеспечивает разнообразие), некоторые грибы и паразиты.

mitosis3

Но зачем мучиться выбором, если можно получить все и сразу! Некоторые виды не стали утруждать себя выбором одного типа размножения, а решили остановиться на обоих. Например, гидры при благоприятных условиях предпочитают размножаться бесполым способом, чтобы не тратить время. А как только становится прохладно, они быстро переключаются на половое. Очень яркий пример использования преимуществ обоих способов: пока все хорошо и нужно занять максимально нишу, они энергично размножаются почкованием. Когда условия становятся неблагоприятными, то уже не так понятно, смогут ли особи с этим генотипов выжить в новых и пока непонятных условиях. Тут лучше подстраховаться и разнообразить популяцию. Когда условия опять нормализуются, естественный отбор уже решит, кто лучше приспособился. И уже новый адаптированный организм с новым усердием начнет размножаться бесполым способом.

Есть еще один способ обойти недостатки полового размножение - партеногенез . Это особый вид полового размножения, заключается он в том, что новый организм развивается из неоплодотворенной гаметы, т.е. имеет половину генетического материала. Партеногенез часто ошибочно относят к бесполому типу размножения, так как в нем участвует только один организм, на самом деле он относится к половому, так как в нем есть стадия образования гамет, из которых потом развивается новый организм. Многие социальные насекомые, такие как муравьи и пчелы, активно используют партеногенез для поддержания численности и соотношения полов. Забавно, что если бы партеногенез существовал у людей, то таким способом появлялись на свет только девочки, а вот у насекомых чаще из неоплодотворенных яйцеклеток рождаются наоборот мальчики, точнее самцы. Все это благодаря разным способам определения и развития пола, но об этом я напишу в другом посте.

Comments

( 13 comments — Leave a comment )
scavamerzl
Dec. 5th, 2014 07:30 am (UTC)
меня всегда бесполовое размножение завораживало
sunely_tales
Dec. 5th, 2014 08:10 am (UTC)
Да, это действительно интересный процесс, особенно у одноклеточных и кишечнополостных :-)
Ваня Сельский
Dec. 5th, 2014 08:48 am (UTC)
Фи-и-и, какие оказывается в этом ЖЖ фривольные темы рассматриваются. Половое размножение у гидр! Так и до ланцентника весь этот разврат дойдет!
Вспомнился хороший рассказ на эту тему :)

http://lib.aldebaran.ru/author/tenn_uilyam/tenn_uilyam_dve_polovinki_odnogo_celogo/tenn_uilyam_dve_polovinki_odnogo_celogo__1.html
sunely_tales
Dec. 5th, 2014 11:53 am (UTC)
Вы, как всегда, даете ссылки на очень любопытные рассказы :)
Ваня Сельский
Dec. 10th, 2014 08:15 am (UTC)
Неужели Вы их читаете? :) А рассказ действительно забавный и смешной :)

З.Ы. Простите за задержку с ответами, ЖЖ глючил. Я уже было подумал, что меня в нем забанили :)
sunely_tales
Dec. 10th, 2014 01:38 pm (UTC)
Да, читаю, мне кажется, что они уместны :-)
Ваня Сельский
Dec. 10th, 2014 02:46 pm (UTC)
Спасибо, прям чувствую себя соавтором этих писателей :)
catarinelle
Dec. 5th, 2014 10:23 am (UTC)

Очень интересно, спасибо!

sunely_tales
Dec. 5th, 2014 10:40 am (UTC)
Пожалуйста :-)
Рада, что понравилось
deadmadcat
Dec. 5th, 2014 03:41 pm (UTC)
Смысл еще в том, для растений, по крайней мере, чтобы от балласта накопившихся за жизнь паразитов избавиться.
sunely_tales
Dec. 6th, 2014 07:43 pm (UTC)
Да, хорошая причина :-) Не задумывалась об этом
souldrinker
Dec. 5th, 2014 04:00 pm (UTC)
Все бесполые вымрут из-за малой вариации! Половые, правда, тоже, но позже.
sunely_tales
Dec. 6th, 2014 07:44 pm (UTC)
Некоторые живут уже много лет размножаясь только бесполым способом...
( 13 comments — Leave a comment )

Profile

sunely_tales
sunely_tales

Latest Month

April 2016
S M T W T F S
     12
3456789
10111213141516
17181920212223
24252627282930

Tags

Powered by LiveJournal.com
Designed by yoksel