Эволюция полового размножения растений

Добавил пользователь Валентин П.
Обновлено: 19.09.2024

Эволюция размножения стала важной движущей силой общей эволюции царства растений и привела к возникновению новых специализированных органов. Бесполое размножение — наиболее древний и, несомненно, изначальный способ размножения. Оно представлено у всех групп растений, включая покрытосеменные

Наиболее примитивный способ бесполого размножения — вегетативное. Его наблюдают на самых ранних этапах развития жизни — у доклеточных. У многих предъядерных (например, у бактерий) это и сейчас единственный способ размножения. Каждая крупная естественная группа растений нередко обладает свойственными только ей формами вегетативного размножения.

Так, у сине-зеленых водорослей это гормогонии, у лишайников — изидии и соредии, у грибов — хламидоспоры и почкование, у некоторых моховидных— выводковые тельца. Наиболее разнообразны формы вегетативного размножения у высших растений, особенно у покрытосеменных. Велико разнообразие спор собственно бесполого размножения. В процессе эволюции они утратили способность воспроизводить новую особь, сходную с материнской (спорофит), а дают начало половому поколению (гаметофиту). Половое размножение возникло на очень ранних этапах эволюции, но время его появления точно не установлено.

У некоторых современных примитивных групп растений половой процесс неизвестен. Не вызывает сомнений, что такие природные группы, как сине-зеленые водоросли и большинство бактерий, никогда не имели полового размножения. Другие, например некоторые грибы, возможно, утратили его. Половой процесс утрачен и у некоторых высокоорганизованных растений, например у покрытосеменных (партеногенез). В настоящее время наука еще не располагает достаточными данными для воспроизведения полной картины эволюции полового процесса у растений.

Твердо установлено, что у растений, стоящих на более низкой ступени эволюции, половой процесс протекает в более примитивной форме, чем у растений, стоящих на более высокой ступени эволюции. Один из показателей уровня эволюции — специализация гамет. Наиболее примитивен изогамный половой процесс. Более высокий уровень — гетерогамия.

Наиболее специализированным половым процессом считают оогамию. Мужская гамета теряет подвижность, приспособившись к наземным условиям жизни, и доставляется к яйцеклетке пыльцевой трубкой. Таким образом, у семенных растений половой процесс не связан с наличием водной среды, это — приспособление к сухопутному образу жизни. Половое размножение развивалось не изолированно от бесполого, а во взаимной связи с ним. Каждая природная группа растений в жизненном цикле имеет свою закономерность смены бесполого и полового размножения. У многих низших растений смена ядерных фаз не выражена, спорофит почти полностью выпадает из жизненного цикла (диплоидна лишь зигота).

В жизненном цикле некоторых низших растений и всех высших существует чередование спорофита и гаметофита. Степень их морфологической разнородности и преобладания в жизненном цикле служит важным показателем эволюционного уровня изучаемой группы растений. На основании работ В. Гофмейстера (1849, 1851) установлена важная общая закономерность: в процессе эволюции спорофит приобретает всё большее развитие и самостоятельность; гаметофит, напротив, все более редуцируется, полностью теряет свою самостоятельность и всецело зависит от спорофита, что и наблюдают у наиболее высокоорганизованных семенных растений — голосеменных и покрытосеменных. В. Гофмейстер, изучая жизненные циклы различных природных групп растений, показал, что между высшими споровыми и покрытосеменными нет такого большого разрыва, как предполагали ранее.

Преемственность жизни и поддержание численности популяций — два важных процесса, которые осуществляются путём воспроизведения себе подобных. Представители флоры могут продлевать свой род различными методами: при помощи спор, вегетации, полового размножения. У растений, как и у животных, есть особые клетки и органы, выполняющие репродуктивную функцию.

Способы размножения

Растения размножаются как бесполым, так и половым способом. К первому типу репродукции относятся спорообразование и вегетативный метод воспроизведения. Спорой называют специализированную клетку растения, которая в процессе жизнедеятельности отделяется от материнского организма. Попадая в благоприятную среду, она даёт жизнь новому растению. Этот способ размножения характерен для самых древних представителей флоры:

папоротников;
хвощей;
плаунов;
мхов.

Вегетативное размножение происходит при помощи стеблей, листьев, луковиц, побегов или корней растения.

Такой способ воспроизведения характерен почти для всех представителей флоры, имеющих сформированные органы.

В процессе эволюции произошла закономерная смена бесполого размножения на половое. Способ характеризуется слиянием двух половых клеток растений, называемых гаметами. Каждая родительская клетка несёт собственный генетический материал. Это значит, что в первом поколении будут проявляться абсолютно новые наследственные признаки, которые позволят лучше приспособиться к окружающей среде. В этом и заключается основное преимущество полового размножения.

Организм, на котором происходит формирование специализированных клеток, называется гаметофитом, а сам процесс — гаметогенезом. Органы полового размножения у растений называются так же, как и структуры, формирующие репродуктивные клетки, — архегонии и антеридии. Подвижные мужские гаметы называют сперматозоидами, неподвижные — спермиями.

Женской гаметой является яйцеклетка, которая отличается крупным размером и высоким содержанием питательных веществ. После слияния мужских и женских половых клеток образуется зигота. Зародыш имеет диплоидный набор хромосом, полученных от родителей.

Особенности процесса у разных видов

Важно понимать, что половое размножение растений кардинально отличается от аналогичного процесса у животных. Например, представители флоры могут не делиться на мужские и женские, а быть обоеполыми. Для споровых растений и водорослей характерно чередование полового и бесполого способа размножения. Особенности процесса репродукции зависят от принадлежности к конкретной группе и виду.

Водоросли и мхи

У водорослей и споровых растений половой способ размножения чередуется с бесполым. Как правило, гаметогенез активизируется при наступлении неблагоприятных условий внешней среды. Например, распространённая водоросль хламидомонада, обитающая в лужах, на коре деревьев и влажных поверхностях, использует этот способ воспроизводства осенью.

В этот период заканчивается формирование гамет, оболочка хламидомонады рвётся, и содержимое клетки вырывается наружу. Гаметы сливаются друг с другом, в результате чего образуется зигота с плотной оболочкой. В таком виде она переживает неблагоприятные условия. С наступлением тепла содержимое зиготы делится, затем формируется новый организм.

У многоклеточных водорослей спирогир процесс полового размножения протекает немного сложнее. Он характеризуется наличием нескольких этапов:

Две соседние нити спирогир обволакиваются слизью.
На клетках водорослей, находящихся друг напротив друга, формируются выросты в виде мостиков.
Мембрана на концах выростов исчезает, и гаметы выходят наружу.
Половые клетки сливаются, образуя зиготу с плотной оболочкой.

Для мхов, как и для других споровых растений, характерно чередование способов репродукции, но преобладает гаметогенез. Летом на верхушках кукушкиного льна можно заметить удлинённые мешочки красного цвета. Так выглядят мужские половые органы. Женские растения не имеют какой-либо яркой окраски и выглядят как колбочки.

Мхи растут очень густо, поэтому разнополые растения находятся близко. Благодаря дождю или росе сперматозоиды попадают на женские гаметы. Без воды оплодотворение осуществиться не может. Из сформированной зиготы формируется коробочка со спорами на высокой ножке.

Голосеменные растения

К группе голосемянных можно отнести сосну, пихту, лиственницу, можжевельник. В процессе размножения участвуют семена этих растений. С наступлением весны на дереве сосны образуются шишки. Мужские шишки, расположенные у основания побега, имеют зелёный цвет. В них формируются по два мешочка с пыльцой. Женские шишки имеют красноватый оттенок и находятся на кончиках веток. В них созревают 2 семязачатка с яйцеклетками.

После полного созревания пыльца высыпается наружу и разносится ветром. При ее попадании на женский орган сосны происходит опыление. Шишка закрывается и запечатывается смолой, внутри начинает прорастать трубка со спермиями. Весь процесс занимает не менее одного года.

В образовании зиготы или семени принимает участие только одна мужская половая клетка, вторая обязательно погибает.

Созревание семени занимает около полутора лет. По истечении этого срока шишка раскрывается, а ее содержимое вылетает наружу. Благодаря специальным крылышкам семена сосны разносятся на дальние расстояния. Этим и объясняется широкое распространение хвойных растений.

Цветковый тип

Главный признак группы покрытосеменных — наличие цветка. Мужским половым органом является тычинка, а женским — пестик. Процесс размножения всех представителей семенной группы состоит из двух стадий: опыления и оплодотворения.

В пыльцевых зёрнах происходит развитие мужских гамет, а яйцеклетки созревают в зародышевом мешке. Половое размножение происходит в несколько этапов:

Благодаря насекомым и ветру пыльца попадает на рыльце пестика.
Пыльцевое зерно прорастает в направлении завязи, образуя трубку.
Один из спермиев сливается с женской гаметой, второй — с центральной клеткой.

Таким образом, главной особенностью размножения цветковых организмов является двойное оплодотворение.

Из зиготы формируется зародыш, а центральная клетка преобразуется в эндосперм, осуществляющий питательную функцию. Со временем покровы семязачатка превращаются в кожуру, а часть завязи формирует стенки плода. Знание способов и особенностей размножения позволяет развивать сельское хозяйство, создавая новые виды жизнеспособных растений.

Размножение половым путем возникло в процессе эволюции не сразу. Первые простейшие одноклеточные существа типа амеб, жгутиконосцев (эвглена зеленая), инфузорий (инфузория-туфелька), радиолярий (солнечник) размножались простым делением клетки на дочерние.

В процессе эволюции часть простейших стала практиковать два типа размножения, чередуя их в зависимости от времени года и условий среды: бесполое и примитивный вариант полового. Например, в жизненном цикле фораминифер имеется два поколения. Одно из них обладает одинарным (гаплоидным) набором хромосом, второе — двойным (диплоидным). Бесполое поколение (его называют агамонтами) образуется путем множественного деления материнской клетки. Дочерние клетки, имеющие амебоидную форму, покидают материнскую раковину, растут и каждая выделяет вокруг себя собственную раковину. Они дают начало другому поколению (его называют гамонтами), размножающемуся половым путем. Гамонты делятся множество раз, в результате чего образуются мелкие клетки со жгутиками (их называют гаметами). Гаметы выходят в воду, и там происходит копуляция. У фораминифер копуляция происходит между гаметами одинаковыми по форме и размеру (изогамная копуляция). В результате слияния гамет образуется зигота, из которой формируется бесполое поколение. Подобный способ размножения представляет собой самую примитивную форму полового процесса. В этом случае нет женских и мужских гамет, а стало быть, пол как явление тоже еще отсутствует.

Некоторые простейшие, например инфузории, размножаются бесполым путем, делением клетки надвое. В этом случае ядро делится митотическим путем, как при делении любой клетки многоклеточного организма. Однако у инфузорий имеется также уникальная форма полового процесса: конъюгация. Перед конъюгацией ядро делится мейотически, образуя четыре гаплоидных ядра. Три из них рассасываются, а одно вновь делится надвое. На этот раз путем митоза. Образуются стационарное и мигрирующее ядра. В процессе конъюгации две инфузории соединяются попарно и обмениваются мигрирующими ядрами. После такого обмена в каждой инфузории происходит слияние стационарного ядра с чужим мигрирующим ядром. Затем особи расходятся. Половой процесс у инфузорий нельзя считать формой размножения, поскольку увеличения численности особей при этом не происходит.

Важнейшим шагом на пути к формированию полов следует считать возникновение анизогамии: образование гамет, различного размера — крупных и мелких (почему это стало возможным, мы уже говорили выше). Анизогамия описана у некоторых видов жгутиконосцев (хламидомонада, вольвокс). Крупные гаметы у вольвокса лишены жгутиков и по виду напоминают яйцеклетку. Хотя жгутиконосцы и образуют в процессе полового размножения гаметы разного размера, что-либо сказать об их половой принадлежности не представляется возможным, поскольку одна особь может производить гаметы разного размера. Следовательно, само по себе производство разных по величине гамет еще не свидетельствует о формировании феномена пола.

Парадоксальным образом получается, что половое размножение возникает в эволюции раньше, чем пол. Формированию полов предшествовал длительный период эволюции, когда путем особого процесса (мейоза) уже происходило образование половых клеток с одинарным набором хромосом. Возникший у некоторых простейших (инфузории) половой процесс еще не являлся составной частью полового размножения.

Жизненный цикл простейших может характеризоваться только бесполым типом размножения (от одного деления клетки до другого), или только половым (от зиготы до зиготы); может также наблюдаться и чередование полового и бесполого размножения (метагенез). Хотя в учебниках по биологии можно прочесть, что у простейших бывает как бесполое, так и половое размножение, пол у них еще отсутствует. Говоря о процессах полового размножения у простейших, правильнее говорить о наличии у них (например, у инфузории-туфельки) разных половых типов. Половой тип у этих организмов определяется исключительно генетическим материалом и никак не отражается на внешнем облике особей. К примеру, у ряда видов плесневых грибков выделяют до 13 половых типов.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Пути эволюции предопределены на молекулярном уровне

Пути эволюции предопределены на молекулярном уровне В наши дни бурное развитие молекулярной биологии привело к тому, что многие важные биологические закономерности, в том числе явление параллельной эволюции, временно оказались как бы за рамками «настоящей серьезной

2. Половое размножение

2. Половое размножение У более сложно организованных животных или исключительно, или, по крайней мере, преимущественно, практикуется половой способ размножения, хоть зачатки этой формы воспроизведения потомства, так сказать намек на него, встречаются и у низших

Микробам — горизонтальный перенос, высшим организмам — половое размножение

Микробам — горизонтальный перенос, высшим организмам — половое размножение Рассмотренные примеры говорят о пользе скрещивания и перемешивания генов при половом размножении. Но у бактерий и архей вместо настоящего амфимиксиса работает горизонтальный перенос. Будет ли

Глава 1 Основы эволюции: Дарвин и синтетическая теория эволюции

Глава 1 Основы эволюции: Дарвин и синтетическая теория эволюции Пер. А. НадирянВ этой и следующей главах дается краткое описание современного состояния эволюционной биологии, какой она была до 1995 года, когда возникло новое направление науки — сравнительная геномика.

Глава 2 От синтетической теории эволюции к эволюционной геномике: различные механизмы и пути эволюции

Глава 2 От синтетической теории эволюции к эволюционной геномике: различные механизмы и пути эволюции Пер. А. НестеровойВ этой главе мы продолжим обсуждение эволюционной биологии в период до появления геномики. Многие из обсуждаемых направлений развития не являлись

Глава 9 Ламарковский, дарвиновский и райтовский режимы эволюции, эволюция эволюционируемости, надежность биологических систем и созидательная роль шума в эволюции

Глава 9 Ламарковский, дарвиновский и райтовский режимы эволюции, эволюция эволюционируемости, надежность биологических систем и созидательная роль шума в эволюции Пер. Д. ТулиноваДрама ламаркизмаКак уже отмечалось в предисловии к данной книге, одной из ключевых заслуг

Половое размножение

Половое размножение Половое размножение – это размножение при помощи специализированных половых клеток – гамет. Обычно при половом размножении происходит слияние гамет двух родительских организмов в процессе оплодотворения. Таким образом, создается новая комбинация

Половое размножение на высоте

Половое размножение на высоте Многое из того, что предсказывает теория инфекционных заболеваний Гамильтона, совпадает с положениями мутационной теории Алексея Кондрашова, с которой мы столкнулись в предыдущей главе (согласно ней, половое размножение необходимо для

2.5. Возможные пути предклеточной эволюции

2.5. Возможные пути предклеточной эволюции Было бы большим упрощением полагать, что описанная выше химическая эволюция, в ходе которой накапливались все более сложные органические соединения, непосредственно предшествовала клеточной эволюции, т. е. появлению жизни. На

7.1. Эволюция приматов; возможные пути эволюции гоминин после их отделения от шимпанзе

7.1. Эволюция приматов; возможные пути эволюции гоминин после их отделения от шимпанзе 7.1.1. Ранние предшественники современных людей Плацентарные млекопитающие появились по разным данным 150–100 млн лет тому назад (Kumar and Hedges, 1998; Archibald et al., 2001; Douzery et al., 2003; Wible et al., 2007), т. е.

19. Размножение: бесполое и половое

19. Размножение: бесполое и половое Вспомните!Какие два основных типа размножения существуют в природе?Что такое вегетативное размножение?Какой набор хромосом называют гаплоидным; диплоидным?Каждую секунду на Земле гибнут десятки тысяч организмов. Одни от старости,

Глава 1. Зачем нужно половое размножение

Глава 1. Зачем нужно половое размножение Один пол — хорошо, а два — лучше Человека всегда интересовал вопрос: какие факторы определяют половую принадлежность индивида? Люди гадали и предлагали различные способы, чтобы запрограммировать пол будущего потомства.

Бесполое и половое размножение

Бесполое и половое размножение Что такое пол с биологической точки зрения? Является ли деление по половому принципу универсальным свойством всех живых существ на Земле или некоторые организмы не имеют пола? Зачем вообще нужны половые различия как таковые?Биологи

В нашей статье мы рассмотрим особенности генеративного размножения растений. Именно этот процесс является самым прогрессивным способом воспроизведения себе подобных, обеспечивая многообразие наследственного материала потомков и адаптацию.

Способы размножения

Свойство воспроизведения себе подобных присуще всем живым существам. Вегетативное и генеративное размножение - основные формы воспроизведения растений. В первом случае от целого организма отщепляется его многоклеточная часть, которая со временем приобретает способность к самостоятельному существованию. Это происходит с помощью органов вегетативного размножения: корня, стебля и листьев.

Вам будет интересно: Наступил новый день. Это невероятно!

Половой процесс предполагает объединение в одной клетке наследственного материала двух дочерних. Это обеспечивают генеративные органы размножения растений - цветок, семя и плод. Во многом благодаря именно им покрытосеменные растения заняли господствующее положение на планете.

Эволюция полового процесса

Впервые генеративное размножение наблюдается у водорослей. Происходит это при наступлении неблагоприятных условий. В это время материнская клетка образует несколько половых. Они попадают в воду, где попарно сливаются с образованием зиготы. Когда условия окружающей среды нормализуются, она делится. В результате образуются подвижные споры.

Для споровых растений характерно чередование поколений - полового и бесполого. Из спор развиваются гаметангии. Так называются органы полового размножения, в которых созревают женские и мужские половые клетки. Они образуют зародыш, который прорастает и превращается в особь бесполого поколения, размножающуюся спорами. Далее процесс повторяется.

У голосеменных растений генеративное размножение происходит в укороченных видоизмененных побегах - шишках.

Цветок - видоизмененный побег

Основным органом генеративного размножения является цветок. Его главными частями являются тычинки и пестики. Именно они содержат половые клетки. Каждая тычинка состоит из нити и пыльника, в котором созревают пыльцевые зерна - мужские гаметы. Пестик состоит из нижней расширенной части - завязи, удлиненной средней - столбика - и верхней, расширенной - рыльца. В нем развивается женская гамета, которая называется яйцеклеткой.

Остальные части цветка обеспечивают вспомогательные функции. К примеру, цветоножка необходима для прикрепления к побегу, чашечка - для защиты внутренних частей от повреждений, венчик - для привлечения насекомых.

Опыление

У семенных растений генеративное размножение состоит из двух последовательных процессов. Это опыление и оплодотворение. Дело в том, что половые в клетки развиваются в разных частях цветка. Поэтому для их слияния необходим перенос пыльцы с пыльника тычинки на рыльце пестика.

У некоторых видов это происходит в пределах одного цветка. Такой процесс называют самоопылением. Чаще всего это бывает внутри бутона, до распускания цветка. Перекрестное опыление наблюдается в случае, когда пыльца с тычинки одного цветка попадает на пестик другого. Пыльца может переноситься при помощи ветра, насекомых, птиц, воды или человека.

Формирование семени у цветковых растений

Следующий этап генеративного размножения - оплодотворение. Это слияние половых клеток. Попадая на рыльце пестика, два спермия из пыльцевого зерна проникают в зародышевый мешок. Каждый из них сливается с двумя разными клетками. Один спермий соединяется с яйцеклеткой. В результате этого образуется зигота, из которой развивается зародыш. Другой спермий соединяется с центральной клеткой. Они дают начал эндосперму - запасному питательному веществу.

Суть этого процесса в 1898 году открыл советский ученый Сергей Навашин. Поскольку в оплодотворении принимают участие два спермия, ученый назвал его двойным.

Строение семени

В результате опыления и оплодотворения образуется еще один генеративный орган размножения - семя. В нем содержится зародыш, защищенный кожурой, и запас питательных веществ. Благодаря такому строению семя может долгое время переживать неблагоприятные условия.

Бывают случаи, когда еще во время созревания питательные вещества полностью расходуются. Тогда формируется семя без эндосперма. У таких растений необходимые вещества откладываются в первых зародышевых листьях - семядолях.

У большинства видов семена не прорастают даже при наличии благоприятных условий. Это значит, что они находятся в периоде покоя. Он может длиться от пары недель до нескольких лет.

Для прорастания семян необходимы определенные условия. Это достаточная влажность, наличие воздуха и света, определенные показатели температуры.

Что такое плод?

Для защиты и распространения семян у покрытосеменных растений есть еще один орган генеративного размножения. Это плод - видоизмененный цветок. Он состоит из определенного количества семян, защищенных околоплодником.

Плоды очень разнообразны. По количеству влаги в околоплоднике они могут быть сухими и сочными. По количеству семян - одно- и многосемянными.

Еще одной важной функцией плодов является расселение растений. Кувшинки используют для этого течение воды, перекати-поле - ветер. А некоторые виды разбрасывают семена сами. Так, бешеный огурец растрескивается после созревания, а бальзамин - во время прикосновения.

Несмотря на то, что половой процесс у растений достаточно разнообразен, суть его заключается в соединении генетического материала двух гамет. В результате образуется организм, обладающий новыми признаками, что значительно повышает его адаптационные способности.

Читайте также: