Розмноження організмів

До яких наслідків  приводить споріднене та неспоріднене схрещування?

Споріднене схрещування  звичайно приводить до таких наслідків: з кожним поколінням підвищується гомозиготність нащадків. Так, самозапилення призводить майже до повної (99,9 %) гомозиготизації вже в 10-му поколінні; популяції розкладаються на ряд генотипно різних ліній. Так, при гетерозиготності по одному гену (Аа) може виникнути 2 гомозиготні лінії (АА, аа), при гетерозиготності по двох генах (АаВb) — відповідно 4 (ААВВ, ААbb, ааВВ, ааbb) і т. д. Неспоріднене схрещування порівняно із спорідненим приводить до протилежних наслідків: підвищується гетерозиготність нащадків, внаслідок подавлення шкідливих рецесивних генів, які були в батьківських форм у гомозиготному стані, у гібридів першого покоління виникає гетерозис.

Що являє собою  гетерозис? Чим він зумовлюється?

Гетерозис, або гібридна сила, — це явище, яке спостерігається  при неспорідненому схрещуванні  або віддаленій гібридизації. Суть цього явища полягає в тому, що перше покоління гібридів має  підвищену життєздатність і продуктивність. Але починаючи з другого покоління, ефект гетерозису звичайно знижується. Явище гетерозису зумовлюється такими основними причинами: у гетерозигот  гаситься шкідлива дія рецесивних алелей; у виникненні гетерозису відіграє роль дія сприятливих домінантних алелей, які присутні в різному наборі в батьківських форм і поєднуються в нащадків, яких отримано внаслідок схрещування цих батьківських форм; гетерозис залежить від більш повного вираження деяких генів у гетерозигот, ніж у гомозигот. Гетерозис може сильніше позначитись на одних ознаках гібридної особини, ніж на інших, а деякі ознаки взагалі можуть не змінюватися. Крім того, ефект гетерозису, наприклад збільшення розмірів організму або збільшення його плодючості, не завжди корисний біологічно для самого організму, хоч може бути вигідним з господарської точки зору. Вивчення біохімічних причин гетерозису показало, що в гібридів часто спостерігається підвищена активність ряду ферментів і розширення їх набору.  

Що таке віддалена  гібридизація? Наведіть приклади віддаленої гібридизації у тварин та рослин.

Віддалена гібридизація — це схрещування особин, що належать до різних видів або навіть родів. Приклади віддаленої гібридизації в  селекції рослин: гібрид редьки й капусти, пшениці й пирію, тритікале (гібрид пшениці й жита). Приклади віддаленої гібридизації в селекції тварин: архаро-мериноси (результат схрещування дикого гірського барана з тонкорунними вівцями — мериносами), мули (гібрид збили з ослом), гібриди одногорбого та двогорбого верблюдів, гібриди яків і великої рогатої худоби, бістер (гібрид білуги й стерляді).

Для чого в селекції рослин проводять схрещування між  собою чистих ліній?

Схрещування чистих ліній між собою проводять  з метою сполучення в генотипі нащадків тих станів ознак, які були в батьківських форм у різному  наборі. В результаті такого схрещування  може спостерігатись явище гетерозису, внаслідок якого гібриди першого  покоління мають більші розміри, підвищену життєздатність та продуктивність.

У чому біологічна сутність щеплення?

При щепленні в гібридної  особини поєднуються стани ознак, які не можна сполучати шляхом статевого розмноження (соматичні  мутації тощо), зокрема різні стани  ознак різних сортів та видів. Внаслідок  щеплення спостерігається явище  взаємовпливу прищепи та підщепи, що може привести, у свою чергу, до виникнення нових властивостей. 

Які особливості  селекції тварин порівняно з селекцією  рослин?

В основі селекції тварин, як і рослин, лежать спадкова мінливість і штучний добір. Проте селекція тварин мас особливості порівняно  з селекцією рослин, які випливають із самої природи організму тварини  Тваринам властиве тільки статеве розмноження; у тварин звичайне нечисленне потомство  і тому кожна особина є значною  цінністю. Важливе значення в селекції тварин має врахування екстер'єру (сукупності зовнішніх форм тварини). Крім того, треба враховувати кореляційну  мінливість, тобто те, що зміна однієї ознаки може спричинити зміну іншої. Також слід мати на увазі, що часто  спадкові ознаки, які цікавлять людину, безпосередньо в особин можуть не проявлятися. Так, у самців великої  рогатої худоби не проявляються такі ознаки, як молочність і жирномолочність, у півнів — несучість. Тому для  виявлення цих якостей користуються методом визначення якості плідників  за продуктивністю потомства.

Що являє собою  метод випробування плідників за продуктивністю потомства? Для чого він використовується?

Спадкові якості, які цікавлять людину, у самців безпосередньо можуть не виявлятися (молочність і жирномолочність у  бугаїв, несучість у півнів). Щоб  виявити ці ознаки, застосовують метод  випробування за продуктивністю потомства. Спочатку від плідників дістають відносно нечисленне потомство і  порівнюють його за продуктивністю з  матерями та середньою продуктивністю породи. Якщо продуктивність дочок  вища, ніж середня продуктивність породи, тоді даного плідника можна  використовувати в селекційній  роботі.

Що являють собою  райони одомашнювання тварин?

Як встановлено  на підставі сучасних зоологічних та археологічних досліджень, райони одомашнювання  тварин пов'язані з центрами походження культурних рослин. Так, вважають, що овець  вперше одомашнили в районах Передньої  Азії, кіз — Малої Азії, велику рогату худобу — в ряді областей Євразії, предків свійського коня —  в степах Причорномор'я. В американських  центрах походження рослин було одомашнено таких тварин, як лама, індик.

Які особливості  селекції мікроорганізмів?

Особливостями селекції мікроорганізмів є те, що багато мікроорганізмів не мають статевого  процесу, тому до них неможливо застосувати  метод звичайної гібридизації. Звичайно для селекції мікроорганізмів використовують штучний добір, а для збільшення спадкової мінливості — штучний  мутагенез. Потім шляхом добору з  отриманого матеріалу створюють  найпродуктивніші штами, які найбільш активно синтезують антибіотики, вітаміни тощо.

Що таке біотехнологія?

Біотехнологія —  це сукупність промислових методів, у яких використовуються живі організми  та біологічні процеси з метою  виробництва різних речовин для  медицини та народного господарства.  

Що являє собою  генна (генетична) інженерія?

Генна (генетична) інженерія  — це галузь сучасної біології, яка  займається створенням методів синтезу  і виділення генів, за допомогою  яких перебудовується генотип організму (вбудовуються або вилучаються окремі гени або групи генів).

Якими методами можна  отримувати гени, що кодують необхідні  білки?

За допомогою генної інженерії отримують такі гени шляхом хімічного синтезу молекул ДНК  із запрограмованою послідовністю  нуклеотидів. Крім того, необхідні гени можна виділяти готовими з генотипу. 

Як можна ввести певний ген у бактеріальну клітину?

У бактеріальну клітину  певний ген можна ввести за допомогою  віруса. Синтезований або виділений ген вбудовують у ДНК віруса. Коли вірус потрапляє в клітину бактерії, він вбудовує свою ДНК в генотип бактерії, і клітини бактерії починають синтезувати необхідні людині сполуки (наприклад, гормон інсулін, ферменти захисні білки — інтерферони). Цим способом у бактерію можна ввести програму синтезу будь-якого білка людини, тварини, рослини.

Що таке інтерферони? Якими методами їх можна отримати?

Інтерферони — це білки, які захищають людину і  тварин від вірусів. На відміну від  антитіл, інтерферони неспецифічні, тобто можуть захищати організм від  різноманітних збудників захворювань. Такі білки отримують за допомогою  методів біотехнології: гени, які  кодують інтерферони, можна синтезувати, а потім вбудовувати в бактеріальну клітину, яка продукуватиме ці білки.

Що таке клітинна інженерія? Які метоли в ній застосовуються?

Клітинна інженерія  — це галузь біотехнології, в якій застосовуються методи штучного виділення  клітин з організму і перенесення  їх на поживні середовища, де ці клітини  в стерильних умовах продовжують  жити і розмножуватись. Такі клітинні культури можуть продукувати цінні  речовини, так само, як і цілісний організм. Крім того, в клітинній  інженерії використовують методи гібридизації соматичних клітин. Завдяки цим методам  можна об'єднати в одну систему  соматичні клітини тих організмів, яких неможливо гібридизувати шляхом схрещування. 
 

   Індивідуальний розвиток організмів

Онтогенез (від грец. онтос — існуюче та генезіс — походження) - це індивідуальний розвиток особини від її зародження до смерті. У різних груп організмів онтогенез має свої особливості, які, зокрема, залежать від способу розмноження. В одноклітинних організмів онтогенез збігається з клітинним циклом.

Тривалість онтогенезу може бути різною. Наприклад, секвоя може жити понад 3 000 років, деякі види черепах  живуть до 150 років, білуга (представник осетероподібних) — до 100 років. З безхребетних тварин значна тривалість життя спостерігається у деяких молюсків, членистоногих (наприклад, у річкового рака — до 20 років).

При вегетативному  розмноженні онтогенез зводиться  до диференціації клітин і органів  багатоклітинного зачатка (певного  фрагмента, бруньки тощо) та росту. Під  час нестатевого розмноження  спорами у рослин та грибів під  їхніми оболонками єдина клітина ділиться на багато дочірніх (зародкова меристема рослин, подібна сукупність клітин грибів). Згодом спора або проростає у багатоклітинну нитку (нитчасті водорості, міцелій грибів, протонема - ниткоподібне утворення у мохів, або з неї розвивається заросток (папороті, плауни, хвощі). При статевому розмноженні вихідною стадією онтогенезу є зигота (при партеногенезі - незапліднена яйцеклітина).

Онтогенез поділяють  на ембріональний та постембріональний  періоди.

Ембріональний (зародковий) період - це час, коли новий організм (ембріон) розвивається всередині материнського організму або всередині яйця, насінини тощо. Він завершується народженням (вилупленням, проростанням).

Постембріональний (післязародковий) період триває від моменту народження (виходу із зародкових оболонок, покривів насінини) і триває до моменту набуття організмом здатності до розмноження.

В організмів деяких видів після розмноження настає смерть (комахи-одноденки, лососеві риби — кета, горбуша тощо). В інших  організмів (більшість хребетних  тварин, річковий рак, деякі комахи, павукоподібні, молюски, багаторічні рослини тощо) здатність до розмноження зберігається певний час - період статевої зрілості. Після її втрати смерть у таких організмів настає не відразу, а через деякий час (від кількох днів у комах до кількох років і десятків років у великих ссавців, дерев тощо). Цей час називається періодом старіння, коли знижується рівень обміну речовин, відбуваються необоротні зміни в організмі, які, врешті-решт, призводять до смерті. Проблеми старіння у людей вивчає наука геронтологія (від грец. геронтос - дід, старий).

У вищих рослин всі  вказані етапи онтогенезу відрізняються  від тваринних, їхня зигота внаслідок поділу продукує зародкову меристему, з якої формується зародок. Він складається із зародкових корінця та пагона, який несе зародкові листочки (сім'ядолі). На верхівці зародкового пагона розташована твірна тканина (брунечка). Проростаючи, ці структури дають початок відповідним органам дорослої рослини. У вищих спорових рослин зародок розвивається із зиготи, захищеної стінками архегонія. У голонасінних і покритонасінних зародок є складовою частиною насінини, яка вкрита покривами (шкіркою) і містить запас поживних речовин (мол. 59). Ви вже знаєте, що насіння формується після запліднення з насінного зачатка.

Ембріональний розвиток, або ембріогенез, тваринного організму починається з дробіння зиготи. Дробіння — це ряд послідовних мітотичних поділів зиготи або партеногенетичної яйцеклітини, за якого утворені клітини (бластомери) в інтерфазі не ростуть, і тому їхні розміри зменшуються після кожного поділу.

Лінії, які розділяють бластомери, називають борознами дробіння. Процес дробіння завершується утворенням бластули (від грец. бластос — заросток, зародок) (мол. 61), яка є наступною стадією ембріогенезу. Вона має вигляд порожнистого утвору різної форми, стінки якого складаються з одного шару бластомерів.

У частини тварин (деякі кишковопорожнинні, плоскі черви, членистоногі, більшість ссавців) внаслідок дробіння утворюється стадія морули (від лат. морум -тутова ягода), яка відповідає бластулі, однак (мал.61) морула не має порожнини і становить собою скупчення бластомерів, більш-менш щільно притиснутих один до одного.

Гаструляція. Формування зародкових листків. Після утворення бластули починається гаструляція — процес формування двошарового зародка — гаструли.

Гаструлу (від грец. гастер - шлунок) вперше описав український учений О.О. Ковалевський (мал.2), яку він назвав «кишковою личинкою». А назву «гаструла» запропонував пізніше німецький вчений Е.Геккель (мал.Г).

Утворення гаструли можливе чотирма основними способами, з яких найпоширенішими є вгинання (інвагінація) та заповзання (імміграція) (мал.62).

Під час інвагінації  частина бластодерми вгинається всередину бластули (наприклад, у  ланцетника). При цьому утворюється  двошаровий зародок - гаструла, шари клітин якої (зовнішній - ектодерма та внутрішній—ектодерма) дістали назву зародкових листків, що вперше встановив естонський учений Карл Бер (мал.1). У подальшому онтогенезі з зародкових листків виникають усі тканини й органи дорослої особини. На місці вгинання утворюється первинний рот, який веде в замкнену порожнину первинної кишки. Між ектодермою та ентодермою зостаються залишки порожнини бластули.