Способность к самовоспроизведению является одним из отличительных признаков живых организмов. В природе существует несколько способов размножения, обеспечивающих преемственность поколений на планете.
Самовоспроизведение организмов
Без процесса размножения живые организмы прекратили бы свое существование. Но самое главное заключается в сути данного процесса. Передачу информации о всех особенностях строения, закрепленных в генетическом материале организмов, обеспечивает именно самовоспроизведение. Это самое главное условие существования жизни. Ведь если новый организм появится с другими признаками, он просто не выживет в определенных условиях среды и погибнет. Например, представьте: рождается рыба с легкими вместо жабр. Несколько поколений таких животных обречены. Они просто не успеют приспособиться к водной среде и погибнут. Но такого в природе не происходит благодаря наличию сразу нескольких способов размножения.
Бесполое размножение
Самовоспроизведение клеток может происходить без участия половых клеток. У растений оно осуществляется с помощью вегетативных органов. У многих грибов, плаунов, хвощей, папоротников и мхов образуются споры - клетки бесполого размножения. У некоторых организмов на теле образуется выпячивание, которое растет и с течением времени превращается в новый организм. Рассмотрим эти способы размножения более подробно.
Спорообразование
Самовоспроизведение организмов при помощи спор впервые можно встретить у самых примитивных растений - водорослей. Например, споры одноклеточной хламидомонады, покидая клеточную оболочку материнского организма, выходят наружу и быстро вырастают до его размеров. Уже по истечении одной недели молодые особи способны образовать клетки бесполого размножения. Этот процесс повторяется многократно.
Высшие споровые растения в цикле своего развития чередуют половое и бесполое поколение. Споры у них образуются в специальных органах. Например, у мхов они представлены коробочкой на ножке, внутри которой находятся бесполые клетки. Значение этого процесса заключается в том, что из спор образуется точная копия материнского организма.
Вегетативное размножение
Стебель, листья и корень - это органы, при помощи которых также осуществляется самовоспроизведение. Это вегетативные части растения. Суть этого процесса заключается в восстановлении недостающих частей организма. Например, на черешке листа узамбарской фиалки при наличии воды, тепла и солнечной радиации вырастает корень.
Древесные листостебельные растения часто размножают при помощи черешков - частей побегов определенной длины. При этом они могут существовать в разных жизненных формах. Так рассаживают виноград, смородину, крыжовник. Самое главное, чтобы на черешке находились жизнеспособные почки.
Используют для размножения и видоизменения вегетативных органов. Клубни картофеля, усы клубники, луковицы тюльпана, корневища ландыша - это примеры растений, имеющих преобразованные побеги. Видоизменением корня, который используют для вегетативного размножения, является корневой клубень. Георгин и батат размножаются именно при помощи него.
Почкование
Самовоспроизведение - это процесс создания себе подобных. Еще один способ, с помощью которого это происходит, называется почкованием. Так размножаются дрожжи, пресноводная гидра, сцифоидные полипы и кораллы. В большинстве случаев почка, которая образуется на материнском организме, отщепляется от него и начинает самостоятельное существование. А вот у кораллов этого не происходит. В результате образуются рифы причудливой формы.
Формы полового процесса
Генеративное размножение происходит с участием гамет - половых клеток. Самыми примитивными формами полового процесса являются конъюгация и партеногенез. Первый из них можно рассмотреть на примере инфузории-туфельки. Между клетками животных организмов образуется цитоплазматический мостик, по которому происходит обмен участками генетического материала, содержащегося в молекулах ДНК.
Партеногенез также представляет собой самовоспроизведение. Это процесс развития нового организма из неоплодотворенной яйцеклетки. Существование партеногенеза как способа размножения имеет очень важное биологическое значение. Ведь может возникнуть ситуация отсутствия особи мужского пола продолжительное время. И тогда существование вида окажется под угрозой. А появление особи из женской половой клетки без процесса оплодотворения решает эту проблему.
У высших покрытосеменных растений генеративным органом является цветок. Его главные функциональные части - тычинка и пестик - содержат гаметы: спермии и яйцеклетку соответственно. Процессу оплодотворения обязательно предшествует опыление - перенос пыльцы с тычинки на рыльце пестика. Это происходит с помощью ветра, насекомых или человека. Далее половые клетки при слиянии образуют зародыш и запасное питательное вещество - эндосперм. В совокупности образуется семя, также являющееся органом полового размножения.
Самовоспроизведение - это сохранение своей жизни. Способность к размножению, наряду с питанием, дыханием, ростом и развитием, является признаком живых организмов. Существуют и такие представители органического мира, для которых этот процесс является единственным. Это вирусы - неклеточные формы жизни. Они состоят из молекул нуклеиновых кислот (ДНК или РНК) и белковой оболочки. С таким строением способность к размножению является единственно возможным процессом, определяющим принадлежность к живым организмам. Проникая в организм хозяина, они начинают продуцировать собственную нуклеиновую кислоту и белок. Такой способ размножения называется самосборкой. При этом аналогичные процессы в организме хозяина приостанавливаются. Вирус начинает господствовать. Так начинается грипп, герпес, энцефалит и другие заболевания с подобным генезисом. Погибают вирусные частицы благодаря действию бесцветных клеток крови - лейкоцитов. Они захватывают болезнетворные организмы, уничтожая их.
Таким образом, к самовоспроизведению способны представители всех царств живой природы. А сам процесс размножения является очень важным, поскольку обусловливает преемственность поколений и обеспечение жизни на Земле.
Самовоспроизведение - способность живого организма, его органа, ткани, клетки или клеточного органоида или включения к образованию себе подобного. Самовоспроизведение у живых организмов происходит за счет размножения.
[править] Виды самовоспроизведения
Основная статья: Размножение
- Самовоспроизведение организмов:
- Бесполое размножение - форма размножения, не связанная с обменом генетической информацией между особями - половым процессом.
- Половое размножение - размножение, связанное со слиянием половых клеток.
- Самовоспроизведение клеток в многоклеточных организмах происходит путем их деления.
- К самовоспроизведению способны митохондрии, пластиды и центриоли.
- К самовоспроизведению внутри живых клеток способны вирусы.
Уникальной особенностью организмов как открытых систем является их способность к самовоспроизведению, т. е. к созданию копий самих себя.
Реакцию синтеза ДНК с участием ДНК-полимеразы (например в ПЦР) часто называют самовоспроизведением ДНК, а молекулу ДНК - единственной самовоспроизводящейся молекулой. В действительности самовоспроизведение - свойство гораздо более сложных систем. В самом деле, в репликации ДНК обязательно участие ДНК-полимеразы, причем этот фермент не только катализирует образование 3",5"-фосфодиэфирной связи, но и определяет, наряду с ДНК-матрицей, правильный выбор очередного нуклеотида. Иначе говоря, ДНК не сама воспроизводится, а синтезируется аппаратом, содержащим ДНК-матрицу и белок ДНК-поли-меразу. И эта двухкомпонетная система не самовоспроизводится, поскольку количество ДНК-полимеразы не увеличивается (наоборот - уменьшается в результате денатурации; соответственно убывает скорость репликации). Для того, чтобы эта система самовоспроизводилась, нужен механизм синтеза ДНК-полимеразы. А для этого требуется наличие гена ДНК-полимеразы в ДНК-матрице, и еще множества генов, кодирующих белки, необходимые для экспрессии (транскрипции и трансляции) всех этих генов. Колоссальное усложнение системы! Однако и это далеко не все. Многие вещества, необходимые для самовоспроизведения, нестабильны, и в пище практически отсутствуют, например нуклеозидтрифосфаты), следовательно должны быть механизмы их образования в самой системе, т. е. нужен метаболизм. А это значит, что требуется еще много генов и соответствующих белков.
Предпосылки эволюции:
изменчивость и наследственность
Изменчивость и наследственность как свойство живого пред-ставляют собой предпосылки эволюции жизни. Главной целью их познания должно быть: 1) выяснение роли этих явлений в органической эволюции и 2) доказательство не-возможности сведения эволюции к этим предпосылкам. Решение упомянутых задач возможно только при более близком знакомстве с изменчивостью и наследственностью.
Уникальной особенностью организмов как открытых систем является их способность к самовоспроизведению, т. е. к созданию копий самих себя.
Реакцию синтеза ДНК с участием ДНК-полимеразы (например в ПЦР) часто называют самовоспроизведением ДНК, а молекулу ДНК - единственной самовоспроизводящейся молекулой. В действительности самовоспроизведение - свойство гораздо более сложных систем.
В самом деле, в репликации ДНК обязательно участие ДНК-полимеразы, причем этот фермент не только катализирует образование 3",5"-фосфодиэфирной связи, но и определяет, наряду с ДНК-матрицей, правильный выбор очередного нуклеотида. Иначе говоря, ДНК не сама воспроизводится, а синтезируется аппаратом, содержащим ДНК-матрицу и белок ДНК-поли-меразу. И эта двухкомпонетная система не самовоспроизводится, поскольку количество ДНК-полимеразы не увеличивается (наоборот - уменьшается в результате денатурации; соответственно убывает скорость репликации). Для того, чтобы эта система самовоспроизводилась, нужен механизм синтеза ДНК-полимеразы. А для этого требуется наличие гена ДНК-полимеразы в ДНК-матрице, и еще множества генов, кодирующих белки, необходимые для экспрессии (транскрипции и трансляции) всех этих генов. Колоссальное усложнение системы! Однако и это далеко не все. Многие вещества, необходимые для самовоспроизведения, нестабильны, и в пище практически отсутствуют, например нуклеозидтрифосфаты), следовательно должны быть механизмы их образования в самой системе, т. е. нужен метаболизм. А это значит, что требуется еще много генов и соответствующих белков.
На рис. 6.4 представлена схема организма как открытой самовоспроизводящейся системы. В системе можно выделить несколько модулей (подсистем), обязательных для всех организмов, в том числе самых простых - бактерий.
1. Модуль самовоспроизведения, или зародышевый путь; главные процессы этого пути - репликация ДНК и деление клетки.
2. Модуль передачи информации ДНК -♦ белки. Главными процессами этого пути являются транскрипция и трансляция, в результате образуется набор белков, обеспечивающих метаболизм и другие функции клетки, включая и функции модуля самовоспроизведения. Это справедливо как для одноклеточных организмов, так и для клеток многоклеточных организмов. Однако у многоклеточных в отдельной клетке во время митотического цикла действует и модуль самовоспроизведения. Таким образом, отдельные клетки многоклеточных организмов являются самовоспроизводящимися системами, а целый многоклеточный организм - самовоспроизводящаяся система более высокого уровня. Популяция, вид, биогеоценоз, биосфера - самовоспроизводящиеся системы возрастающей сложности. В число ресурсов среды, потребляемых гетеротрофными организмами, входят и вещества, образуемые другими живыми организмами. Автотрофные организмы (это прежде всего растения) не нуждаются в других живых системах.
Назовем еще один модуль, не указанный на схеме, но обязательный для самовоспроизведения. Это модуль защиты от повреждающих агентов - механизмы обезвреживания токсических веществ (см. гл. 19) и механизмы репарации повреждений - от репарации повреждений ДНК и «ремонта» пространственной структуры белков (шапероны) до заживления ран.
Группа модулей, начиная с третьего, составляет фенотипический путь информации.
Важнейший элемент клетки как самовоспроизводящейся системы - петля взаимозависимости между ДНК и белками: синтез белков невозможен без ДНК, а синтез ДНК невозможен без белков (реакции 1, 3, 4, 5 на рис. 6.4).
Наиболее простыми самовоспроизводящимися системами на Земле являются бактерии: их геном часто содержит около 5000 генов (напомним, что в геноме человека 50 ООО генов). Надо полагать, что жизнь на Земле начиналась с более простых систем, но они пока остаются неизвестными.
Таким образом, в результате обмена веществ потребляемые с пищей вещества превращаются в собственные вещества и структуры клетки и, кроме того, организм обеспечивается энергией для совершения внешней работы. Самовоспроизведение, т. е. создание копий самих себя - фундаментальная особенность обмена веществ в живых организмах, отличающая их от обмена веществ в неживой природе.
Самовоспроизведение … Орфографический словарь-справочник
Репродукция Словарь русских синонимов. самовоспроизведение сущ., кол во синонимов: 1 репродукция (11) Словарь синонимов ASIS. В.Н … Словарь синонимов
Уникальная способность живой материи (матрицы, служащей для синтеза видоспецифических молекул, т. е. содержащей информацию о структуре этих молекул) к идентичному самоудвоению (репликации). Экологический энциклопедический словарь. Кишинев:… … Экологический словарь
самовоспроизведение - ▲ размножение организмов самопроизвольный самовоспроизведение способность живого образовывать себе подобное, свойственно целым организмам, отдельным их органам, клеткам, клеточным включениям и многим органеллам. регенерация способность… … Идеографический словарь русского языка
самовоспроизведение - самовоспроизвед ение, я … Русский орфографический словарь
самовоспроизведение - самовоспроизведе/ние, я … Слитно. Раздельно. Через дефис.
Воспроизведение (самовоспроизведение) - способность живых форм образовывать себе подобное; одна из фундаментальных характеристик жизни. Воспроизводство осуществляется большим разнообразием способов посредством вегетативного, полового и бесполого размножения, у животных путем деления,… … Начала современного естествознания
- (метаболизм), совокупность всех химических изменений и всех видов превращений веществ и энергии в организмах, обеспечивающая развитие, жизнедеятельность и самовоспроизведение, связь с окружающей средой и адаптацию к изменениям внешних условий.… … Энциклопедический словарь
Мауриц Корнелис Эшер Автопортрет, 1929 г. Имя при рождении: Maurits Cornelis Escher Дата рождения: 17 июня 1898 Место рождения: Леуварден, Нидерлан … Википедия
У этого термина существуют и другие значения, см. 3D. 3D принтер. 3D принтер устройство, использующее метод послойного создания физического объекта на основе виртуальной 3D … Википедия
Книги
- Теория самовоспроизводящихся автоматов , Дж. фон Нейман , Исследования одного из крупнейших математиков современности Дж. фон Неймана по теории самовоспроизводящихся автоматов представляют один из существенных этапов формирования этой теории.… Категория: Радиоэлектроника Серия: Науки об искусственном Издатель:
