Поміркуйте

Чому після втрати здатності до статевого розмноження живі організми часто починають розвивати у себе аналоги цього процесу?

Обмін генетичною інформацією до появи еукаріотів

Статеве розмноження є характерною рисою еукаріотів. Основна задача статевого розмноження — забезпечення рекомбінації спадкової інформації. Але можливість обмінюватися генетичною інформацією виникла задовго до їхньої появи.

До появи клітинних форм життя горизонтальний переніс генів скоріше за все був домінуючим способом передачі спадкової інформації. І лише після появи клітин передача інформації від предків до нащадків стала переважати. Але прокаріотичні форми життя продовжували обмінюватися спадковою інформацією між собою. Для цього вони використовували такі способи, як трансдукція (за допомогою фагів), трансформація (поглинаючи молекули ДНК із середовища) і кон’югація (обмінюючись ДНК через спеціальні вирости — пілі). Для обміну інформацією за допомогою кон’югації використовувалися невеликі кільцеві молекули ДНК — плазміди.

З появою еукаріотів процеси обміну спадковою інформацією не припинилися, але ускладнилися, бо різко збільшилася кількість генів у геномі. Гени тепер розташовувалися в декількох хромосомах, і навіть просте відтворення геному становило складну проблему. Вирішити її вдалося шляхом виникнення такого процесу, як мітоз. А для підсилення можливості рекомбінації спадкового матеріалу виник процес мейозу і розвинулося статеве розмноження.

Переваги і недоліки статевого розмноження

Чому живі організми з такою наполегливістю намагаються здійснювати обмін генетичним матеріалом? Хоча навіть на рівні бактерій такий обмін вимагає суттєвих витрат ресурсів організму. А на рівні багатоклітинних організмів, які здійснюють статеве розмноження, ситуація виглядає ще гіршою. Наявність особин двох статей означає, що нащадків буде залишати тільки одна з них — жіноча. Відповідно і нащадків буде вдвічі менше, ніж в організмів, які розмножуються нестатево (наприклад, поділом).

Але статеве розмноження має і переваги. І саме ці переваги роблять його успішним у конкуренції з нестатевим розмноженням.

Деякі переваги статевого розмноження:

• Швидке виникнення нових генетичних комбінацій. Якщо дві особини мають по одній корисній мутації, то вже частина їхніх нащадків першого покоління буде мати обидві ці мутації у своєму геномі за рахунок комбінативної мінливості. За нестатевого розмноження доведеться чекати, поки друга мутація не виникне незалежно.

• Швидке вилучення шкідливих мутацій з популяції. Якщо дві особини мають по одній шкідливій мутації, то вже частина їхніх нащадків першого покоління буде мати обидві ці мутації у своєму геномі за рахунок комбінативної мінливості. Така особина матиме низькі шанси на виживання, що дозволить вилучити шкідливі мутації з популяції.

• Статеве розмноження дозволяє підтримувати достатньо високий рівень гетерозиготності, що сприяє виживанню особин в умовах мінливості навколишнього середовища.

Еволюція способів визначення статі

Після виникнення статевого розмноження в еукаріотів важливим було питання способів визначення статі (мал. 93.1). Найпростішим і, ймовірно, найдавнішим способом було визначення статі залежно від умов розвитку організму. Зараз такий спосіб використовують, наприклад, червоподібна тварина боне-

лія і крокодили. У бонелії стать залежить від місця розвитку особини, а у крокодилів від температури середовища, в якому відбувається розвиток.

Більш складним стало визначення статі за допомогою спеціальних генів, яке поступово стало причиною утворення статевих хромосом. Такий варіант використовують ссавці (жіночі хромосоми XX, а чоловічі XY) і метелики (жіночі хромосоми ZW, а чоловічі ZZ). Подальша еволюція цього механізму стала причиною повної редукції меншої з хромосом і появою варіантів X0 і Z0 в тих же групах тварин.

Випадки редукції статевого розмноження

Слід відмітити, що недоліки статевого розмноження все одно становлять певну проблему для живих організмів. І в процесі еволюції неодноразово спостерігалася ситуація з редукцією такого способу розмноження. Деякі види тварин повністю або частково переходили до партеногенезу (дафнії), у багатьох рослин розвинувся апоміксис (нечуйвітер), а багато представників грибів взагалі втратили здатність до статевого розмноження (плісняві гриби з груп аскоміцетів та базидіоміцетів).

Але потреба в рекомбінації генетичного матеріалу все одно присутня. І цим організмам доводиться використовувати інші способи рекомбінації. Так, один з видів коловерток перейшов до рекомбінації за допомогою горизонтального переносу генів, а серед гри-

бів поширився так званий парасексуальний процес.

Під час парасексуального процесу відбувається злиття двох вегетативних клітин гіфів грибів з гаплоїдними ядрами. Ці ядра зливаються, утворюючи диплоїдне ядро, в якому може відбуватися мітотичний кросинговер. Потім відбувається процес гаплої-дизації, коли протягом кількох поділів ядро втрачає хромосоми, стаючи в результаті гаплоїдним. Як і у випадку статевого процесу, під час парасексуального процесу відбувається рекомбінація генетичного матеріалу двох батьківських організмів і утворюються нові варіанти геномів. Але в цьому процесі відсутні мейотичні поділи. Парасексуальний процес у грибів відкрив англійський та італійський генетик Г. Понтекорво 1956 року.

Практична робота

Вивчення будови статевих клітин тварин та зміни їхньої будови у процесі еволюції

1. Розгляньте під мікроскопом постійні мікропре-парати сперматозоїдів та яйцеклітин. Установіть ознаки подібності та відмінності цих клітин для різних груп тварин.

2. Замалюйте сперматозоїд та яйцеклітину ссавця та позначте їхні частини.

3. Сформулюйте висновок.

Ключова ідея

Статеве розмноження пройшло тривалий шлях еволюції. Існує багато варіантів цього розмноження. Воно має як недоліки, так і переваги, завдяки чому дуже поширене серед живих організмів.

Запитання та завдання

1. Деякі еукаріотичні організми (наприклад, дріжджі) мають плазміди. Але у більшості еукаріотів їх немає. З чим це може бути пов'язано? 2. Які переваги має хромосомне визначення статі порівняно з тим, що залежить від умов розвитку? 3. Використовуючи додаткові джерела, складіть список способів, за допомогою яких живі організми забезпечують рекомбінацію свого спадкового матеріалу у випадку відсутності статевого розмноження.

Це матеріал з підручника Біологія і Екологія 10 клас Задорожний