Розмноження та індивідуальний розвиток організмів
Індивідуальний розвиток організму, вся сукупність його перетворень від зародження (запліднення яйцеклітини або поділу материнської клітини) до кінця життя називається онтогенезом. Відповідно до сучасних уявлень, у клітині, з якої починається онтогенез організму, закладена певна програма його розвитку (спадкова інформація). У всіх клітинних організмів функцію носія спадкової інформації виконує ДНК, у доклітинних (вірусів) — ДНК або РНК. Генетичний матеріал і вплив навколишнього середовища визначають розвиток особини.
В одноклітинних організмів онтогенезом вважається клітинний цикл — період життя клітини від моменту її утворення до моменту завершення акту поділу. В онтогенезі багатоклітинних організмів виділяють такі основні періоди (етапи): 1) передзародковий — включає розвиток статевих клітин і запліднення; 2) зародковий (ембріональний) — розвиток до виходу організму із зародкових оболонок; 3) постембріональний — досягнення статевої зрілості, дорослий стан, старіння і смерть.
Особливістю онтогенезу більшості рослин і деяких тварин є чергування статевого та нестатевого поколінь.
Розмноження організмів
Розмноження — процес відтворення собі подібних, що забезпечує безперервність і спадковість життя. Існує два основні типи розмноження: статеве і нестатеве.
Нестатеве розмноження відбувається без участі статевих клітин. При нестатевому розмноженні всі нащадки однієї особини генетично ідентичні один одному і батьківському організму. Існує декілька видів нестатевого розмноження.
Поділ. Мітотичним поділом клітини розмножуються одноклітинні тварини та рослини. У цьому випадку з однієї материнської клітини утворюються дві дочірні — два нові організми, ідентичні в генетичному відношенні. Для підвищення генетичної мінливості у більшості одноклітинних нестатеве розмноження чергується із статевим.
Вегетативне розмноження. Брунькування здійснюється шляхом утворення на материнському організмі багатоклітинного виросту, з якого розвивається нова особина (рослини, гриби, деякі тварини). Фрагментація — відокремлення ділянки тіла з подальшим відновленням бракуючих частин (тварини). Вегетативне розмноження у рослин може здійснюватись за допомогою спеціалізованих утворень — цибулин, кореневищ, бульб.
Розмноження за допомогою спор. Спори утворюються в спеціальних органах — спорангіях (спорові рослини, гриби).
При статевому розмноженні потомство з’являється в результаті злиття генетичного матеріалу гаплоїдних ядер. Зазвичай ці ядра містяться в спеціалізованих статевих клітинах — гаметах. Гамети гаплоїдні, тобто містять один набір хромосом, одержаний від початкової диплоїдної клітини в результаті мейозу. При заплідненні гамети зливаються, утворюючи диплоїдну зиготу, з якої в процесі розвитку формується зрілий організм. Перевага статевого розмноження перед нестатевим полягає в тому, що при такому типі розмноження утворюються особини з новими комбінаціями генетичного матеріалу. Різноманітність цих комбінацій дозволяє виду найкращим чином пристосовуватися до мінливих умов середовища.
Багато нижчих тварин (плоскі та кільчасті черви, деякі молюски та ракоподібні) є гермафродитами — в однієї особини є одночасно яєчники і сім’яники. Деякі гермафродити здатні до самозапліднення, але в переважній більшості випадків відбувається перехресне запліднення.
Партеногенез — особлива форма статевого розмноження, за якої розвиток організму походить з незаплідненої яйцеклітини.
У деяких одноклітинних організмів (інфузорії) існує особлива форма статевого розмноження — кон’югація. Її суть полягає в тому, що дві клітини обмінюються генетичною інформацією через спеціально утворені цитоплазматичні містки.
Постембріональний розвиток організмів
Постембріональний розвиток — період онтогенезу після народження або виходу із зародкових оболонок до настання статевої зрілості. У цей період відбуваються ріст і розвиток організму, диференціювання тканин і органів (наприклад, статевих залоз у ссавців). У комах і амфібій постембріональний розвиток пов’язаний з метаморфозом.
Безпосередньо після народження у більшості багатоклітинних організмів іде період росту. Ріст — збільшення розмірів і маси особини за рахунок збільшення кількості клітин або їх розтягування (в однодольних рослин). Розрізняють обмежений і необмежений типи росту. При обмеженому типі ріст припиняється після досягнення певного віку (більшість ссавців, комах, птахів). При необмеженому типі росту особини ростуть упродовж усього життя (молюски, риби, рослини). Процесу росту властива періодичність (сезонна, добова та ін.) — переривчастий ріст. Так, у рослин помірних широт ріст у зимовий час припиняється, а весною поновлюється. Період тимчасового фізіологічного спокою в розвитку тварин називається діапаузою. Діапауза характеризується різким зниженням інтенсивності метаболізму клітин. Вона властива комахам, багатьом хребетним. У деяких ссавців північних широт діапауза відбувається в зимовий час (ведмеді, соні, байбаки) і називається гібернацією (сплячкою). Діапауза комах може тривати від декількох годин до декількох років. У багатьох ракоподібних, саранових, деяких ссавців описане явище ембріональної діапаузи, при якій запліднені яйця або зародки ранніх етапів розвитку можуть тривалий час знаходитися в стані спокою, не гинучи.
Постембріональний розвиток тварин може бути прямим або супроводжуватись перетворенням — метаморфозом. При прямому розвитку новонароджені тварини мають всі основні риси організації дорослої особини й відрізняються меншими розмірами і недостатньо розвиненими статевими залозами.
Постембріональний розвиток зводиться до росту й досягнення статевої зрілості (прісновода гідра, багато нематод, більшість хребетних).
При розвитку з перетворенням з яйця виходить личинка, зазвичай влаштована набагато простіше за дорослий організм, але має спеціальні личинкові органи, які відсутні в дорослому стані (більшість безхребетних і деякі хребетні тварини — ланцетник, міноги, дводишні риби, земноводні).
Глибоке перетворення будови організму, в процесі якого личинка перетворюється на дорослу особину, називається метаморфозом. У багатьох комах (бабки, таргани, богомоли, терміти) личинка схожа на дорослу комаху; зміни в організації супроводжуються в основ-ному поступовим розвитком крил. У цьому випадку говорять про розвиток з неповним перетворенням. У більшості комах (жуки, лускокрилі, перетинчастокрилі) личинка червоподібна і не схожа на імаго ні зовнішнім виглядом, ні внутрішньою будовою, ні способом живлення. Тому перехід від личинкової стадії до імаго здійснюється через стадію лялечки. У цьому випадку говорять про розвиток з повним перетворенням. Розвиток з перетворенням має ряд переваг перед прямим способом розвитку: 1) личинка, як правило, використовує джерело живлення, відмінне від дорослої особини, що призводить до послаблення внутрішньовидової конкуренції за ресурси; 2) у губок, кишковопорожнинних, багатощетинкових червів личинка рухома і служить для розселення виду; 3) личинки деяких видів (ракоподібних, павукоподібних, земноводних) здатні розмножуватись. Ця властивість дістала назву неотенії. Здатність до неотенії має пристосуванське значення для тих видів тварин, у процесі індивідуального розвитку яких відбувається зміна середовища проживання. Якщо умови існування дорослої стадії украй несприятливі, збільшення кількості личинок підвищує шанси популяції на виживання.