Reproduksi dan perkembangan individu. Ringkasan: Reproduksi dan perkembangan individu organisme. Arti adaptif dari tahap larva

Mereka dapat dibagi tergantung pada berapa banyak sel yang terlibat dalam proses reproduksi aseksual: reproduksi aseksual di mana generasi anak muncul dari satu sel: pembelahan sel pembelahan sel ganda skizogoni sporulasi sporulasi tunas dalam ragi uniseluler ...

Jika karya ini tidak cocok untuk Anda, di bagian bawah halaman ada daftar karya serupa. Anda juga dapat menggunakan tombol pencarian

Reproduksi dan perkembangan organisme

Rencana

1. Konsep dan makna reproduksi.
2. Bentuk dan jenis reproduksi.
3. Siklus sel. Mitosis. meiosis.
4. Struktur gamet. Gametogenesis.

1. Konsep dan makna reproduksi

Salah satu sifat makhluk hidup adalah kebijaksanaan, itu. pada setiap tingkat organisasi, materi hidup diwakili oleh unit struktural dasar. Setiap individu dari spesies tertentu adalah fana, dan keberadaan spesies dipertahankan. reproduksi organisme. Dengan demikian, diskrit kehidupan mengandaikan reproduksinya, yaitu. proses pembiakan.

Reproduksi Adalah kemampuan makhluk hidup untuk mereproduksi jenisnya sendiri. Hal ini menjamin kelangsungan dan kelangsungan hidup. Kontinuitas ditentukan oleh fakta bahwa dalam proses reproduksi, materi genetik ditransmisikan dari orang tua ke keturunannya, sebagai akibatnya, sifat-sifat orang tua dimanifestasikan pada tingkat tertentu dalam organisme anak.

Nilai reproduksi:

1. Menambah atau mempertahankan jumlah spesies. Karena reproduksi, tidak hanya terjadi reproduksi (yaitu reproduksi jenisnya sendiri), tetapi juga peningkatan jumlah organisme hidup.
2. Kesinambungan hidup. Karena reproduksi, kelompok individu yang lebih atau kurang besar (misalnya, populasi dan spesies) dapat bertahan cukup lama, karena penurunan jumlah mereka karena kematian alami individu dikompensasi oleh reproduksi organisme yang konstan dan penggantian orang mati dengan yang baru lahir.
3. Kesinambungan antar generasi. Dalam proses reproduksi, informasi genetik ditransmisikan dari individu-individu dari generasi orang tua, memastikan reproduksi karakteristik orang tua tertentu dan seluruh spesies tempat organisme itu berasal.
4. Sifat-sifat makhluk hidup seperti hereditas dan variabilitas terwujud.

2. Bentuk dan jenis reproduksi

Ada dua bentuk utama reproduksi: seksual dan aseksual.

Reproduksi aseksual

Dengan reproduksi aseksual, individu baru muncul dari sel non-seks tubuh yang tidak terspesialisasi - somatik. Oleh karena itu, satu individu berpartisipasi dalam reproduksi aseksual. Reproduksi aseksual menjamin reproduksi sejumlah besar individu identik, yang bermanfaat bagi spesies yang hidup dalam kondisi konstan. Reproduksi anak yang cepat dan banyak yang identik dengan ibu adalah arti biologis dari reproduksi aseksual.

Di alam, ada berbagai pilihan untuk reproduksi aseksual:pembelahan, sporulasi, fragmentasi, tunas, perbanyakan vegetatif, kloning.

Mereka dapat dibagi tergantung pada berapa banyak sel yang terlibat dalam proses reproduksi aseksual:

1. reproduksi aseksual, di mana generasi anak muncul dari satu sel:
   • pembelahan sel
   • pembelahan sel ganda (skizogoni)
   • sporulasi (sporulasi)
   • tunas pada organisme uniseluler (ragi)

2) reproduksi aseksual, yang didasarkan pada pembagian sekelompok sel:

• vegetatif
  • fragmentasi
  • tunas pada organisme multiseluler (hydra)

Ada klasifikasi lain, yang menurutnya pilihan untuk reproduksi aseksual adalah:

1. reproduksi vegetatif (yaitu pembagian oleh bagian-bagian tubuh ibu):

Divisi

Pembagian berganda (skizogoni)

pemula

Fragmentasi

Perbanyakan tanaman dengan stek, umbi, daun, rimpang

1. reproduksi dengan spora, yaitu sporulasi

Mari kita pertimbangkan jenis-jenis reproduksi aseksual secara lebih rinci.

Divisi. Bentuk paling sederhana dari reproduksi aseksual. Ada berbagai pilihan divisi:

• Pembelahan dengan penyempitan sederhana dengan pembentukan dua organisme anak dari satu organisme induk. Khas untuk bakteri dan cyanobacteria.
• Pembelahan dengan pembelahan mitosis dari nukleus diikuti oleh pembelahan sitoplasma. Ini adalah karakteristik organisme uniseluler (banyak protozoa - amuba, euglena hijau, dll.; ganggang uniseluler - chlamydomonas, dll.).

Dan dalam hal itu dan dalam kasus lain, ada biner divisi, yaitu menjadi dua sel. Namun, opsi lain juga dimungkinkan:

• Pembagian berganda (skizogoni). Pertama, nukleus dibagi berkali-kali dan kemudian sitoplasma dibagi menjadi beberapa bagian. Misalnya, reproduksi plasmodium malaria (penyebab malaria) dalam eritrosit manusia. Dalam hal ini, dalam plasmodia, pembelahan nukleus berulang terjadi berkali-kali, setelah itu sitoplasma membelah. Akibatnya, 1 plasmodium memunculkan 12-24 organisme anak.

Pembentukan spora (sporulasi)... Metode reproduksi aseksual yang sangat luas di antara organisme hidup dan ditemukan di hampir semua tanaman, jamur dan beberapa protozoa (misalnya, jenis sporozoa), serta organisme prokariotik (pada banyak bakteri, ganggang biru-hijau).

Sengketa - itu adalah sel yang ditutupi dengan penutup pelindung yang dikembangkan - membran spora yang memungkinkannya mentolerir aksi berbagai faktor lingkungan yang tidak menguntungkan.Karena ukuran perselisihan yang kecil, biasanya hanya berisi sedikit cadangan nutrisi ... Dalam banyak organisme, ini adalah unit utama penyebaran, karena sejumlah besar spora ringan yang terbentuk secara bebas diangkut dalam jarak yang cukup jauh oleh pergerakan massa udara dan aliran air.Seringkali, spora terbentuk dalam jumlah besar dan memiliki berat yang dapat diabaikan, yang memfasilitasi penyebarannya oleh angin, serta oleh hewan, terutama serangga.

Selain itu, dalam beberapa bentuk (protozoa, jamur), spora dapat bertindak sebagai tahap khusus dalam siklus hidup, memungkinkan Anda untuk "bertahan" dari tindakan faktor lingkungan yang tidak menguntungkan.Spora bakteri tidak berfungsi untuk reproduksi, tetapi untuk bertahan hidup di bawah kondisi yang tidak menguntungkan, karena setiap bakteri hanya membentuk satu spora. Spora bakteri termasuk yang paling persisten: misalnya, mereka sering tahan terhadap pengobatan dengan disinfektan yang kuat dan direbus dalam air.

Banyak tumbuhan memiliki proses pembentukan spora.(sporogenesis) dilakukan dalam struktur seperti kantung khusus - sporangia. Spora dapat bergerak, karena adanya alat flagel (dalam hal ini disebut zoospora), dan tidak bergerak, kehilangan kemampuan untuk bergerak secara aktif.

Zoospora ditemukan di beberapa ganggang hijau. Di antara hewan, sporulasi diamati pada plasmodium malaria dan seluruh kelompok sporozoa (uniseluler).

pemula. Ini ditemukan baik pada organisme uniseluler, misalnya, dalam ragi dan beberapa jenis ciliate, dan pada organisme multiseluler, misalnya, pada perwakilan dari tipe coelenterata (hydra), serta untuk tunicates (kelas ascidian).

Untuk organisme uniseluler, metode ini terdiri dari fakta bahwa tuberkel (pertumbuhan) dengan nukleus terbentuk pada sel induk, yang kemudian memisahkan dan menjadi organisme independen.

Untuk organisme multiseluler, metode ini terdiri dari fakta bahwa pertama-tama tuberkel kecil muncul di tubuh individu ibu, bertambah besar ukurannya, kemudian dasar-dasar semua struktur dan organ karakteristik organisme ibu muncul. Kemudian terjadi pemisahan (budding) individu anak perempuan. Setelah itu, organisme muda yang baru dipisahkan tumbuh dan mencapai ukuran spesimen asli.

Beras. Tunas di coelenterata (hydra), 1 - organisme dewasa, 2 - organisme tunas anak perempuan.

Bentuk tunas yang tidak biasa dijelaskan dalam tanaman sukulen Bryophyllum - xerophyte, sering ditanam sebagai tanaman hias dalam ruangan: di sepanjang tepi daunnya, tumbuh tanaman mini dengan akar kecil, "kuncup" ini akhirnya rontok dan mulai ada sebagai tanaman mandiri.

Fragmentasi - pembagian individu menjadi dua atau lebih bagian, yang masing-masing berkembang menjadi organisme baru. Fragmentasi terjadi, misalnya, pada ganggang berfilamen seperti spirogyra. Benang spirogyra dapat pecah menjadi dua bagian di mana saja, dari mana dua organisme kemudian terbentuk.

Fragmentasi juga diamati pada beberapa hewan yang lebih rendah, yang, berbeda dengan bentuk yang lebih terorganisir, mempertahankan kemampuan yang signifikan untuk beregenerasi dari sel yang berdiferensiasi relatif buruk. Misalnya, tubuh nemertean (sekelompok cacing primitif, terutama cacing laut) sangat mudah terkoyak menjadi banyak bagian, yang masing-masing dapat memunculkan individu baru sebagai hasil regenerasi. Dalam hal ini, regenerasi adalah proses yang normal dan teratur; namun, pada beberapa hewan (misalnya, bintang laut) pemulihan dari bagian-bagian individu hanya terjadi setelah fragmentasi yang tidak disengaja. Fragmentasi diamati pada spons, coelenterata (hydras), ubur-ubur, echinodermata, annelida, dan cacing pipih. Terkadang kemampuan ini dikembangkan dengan sangat baik sehingga seluruh individu dipulihkan dari fragmen yang terpisah.

Beras. ... Regenerasi bintang laut dari satu sinar. A, B, C - tahap regenerasi berturut-turut

Perbanyakan vegetatif- Ini adalah reproduksi, di mana organisme anak baru berkembang dari bagian yang telah terpisah dari tubuh ibu. Pada saat yang sama, bagian yang cukup baik dipisahkan dari spesimen ibu, yang selanjutnya berkembang menjadi tanaman mandiri. Atau tanaman membentuk struktur khusus yang dirancang khusus untuk perbanyakan vegetatif. Misalnya umbi, umbi, umbi, rimpang, kumis, kuncup. Beberapa dari struktur ini juga berfungsi untuk menyimpan nutrisi, memungkinkan tanaman untuk bertahan hidup dalam periode kondisi yang merugikan seperti dingin atau kekeringan. Perbanyakan vegetatif khas untuk banyak kelompok tanaman - dari ganggang hingga tanaman berbunga.

Pada prinsipnya, reproduksi vegetatif praktis tidak berbeda dengan fragmentasi atau tunas, tetapi secara tradisional istilah ini digunakan dalam kaitannya dengan organisme tumbuhan dan hanya kadang-kadang untuk hewan, sebagai lawan dari fragmentasi dan tunas.

Kloning. Ini adalah metode pemuliaan buatan yang tidak terjadi secara alami. Ini telah menyebar luas hanya dalam 30-40 tahun terakhir dan semakin banyak digunakan untuk tujuan ekonomi. Ada sejumlah teknik khusus yang memungkinkan Anda mengkloning beberapa tanaman dan hewan. Klon disebut keturunan identik secara genetik yang diperoleh dari satu individu sebagai hasil dari satu atau lain metode reproduksi aseksual. Oleh karena itu nama metode ini berasal.

Eksperimen kloning sangat tersebar luas pada tanaman karena kapasitas regeneratifnya yang tinggi. Sel individu ditempatkan pada media nutrisi di mana mereka membelah dan, menggunakan teknik khusus, mendapatkan massa sel yang tidak terorganisir, atau kapalan. Kemudian mereka menyebabkan diferensiasi kalus yang awalnya homogen dan pembentukan berbagai jaringan dan organ dan, pada akhirnya, seluruh organisme tumbuhan yang memiliki semua sifat yang sama dengan yang asli dari mana sel-sel itu diambil.

Dengan menggunakan metode kloning, berbagai bentuk hibrida dapat diperoleh. Jadi, dengan bantuan enzim atau ultrasound, dinding sel sel tumbuhan dihilangkan, setelah itu protoplas "telanjang" yang dihasilkan dapat bergabung, menghasilkan sel hibrida (misalnya, hibrida tomat-kentang atau tembakau-petunia). Setelah itu, dinding sel dipulihkan, kalus terbentuk, dan kemudian tanaman hibrida utuh.

Dalam kasus hewan, metode berikut digunakan: inti sel telur dihilangkan atau dihancurkan, dan inti beberapa sel somatik (misalnya, sel epitel) ditempatkan di tempatnya. Di masa depan, dari telur seperti itu, suatu organisme dapat diperoleh yang memiliki karakteristik yang identik dengan hewan - donor nukleus. Dengan cara ini, Anda bisa mendapatkan klon dari beberapa hewan - katak cakar.(Xenopus), kadal air (Triturus). Saat ini, bahkan klon mamalia telah diperoleh, seperti, misalnya, domba Dolly yang terkenal. Cabang khusus biologi terlibat dalam pengembangan teknik kloning - bioteknologi, yang tugasnya sama sekali tidak terbatas pada ini.

Reproduksi seksual

Reproduksi seksualdisebut pergantian generasi dan perkembangan organisme berdasarkan perpaduan sel germinal khusus ( gamet ) dan pembentukan zigot. Pembentukan gamet (betina dan jantan, ovum dan sperma) terjadi di gonad.

Reproduksi seksual adalah karakteristik sebagian besar makhluk hidup, lebih progresif daripada aseksual, dan memiliki keunggulan genetik yang sangat besar. Reproduksi seksual jalan terbaik memberikan keragaman genetik keturunan, karena ada kombinasi gen yang sebelumnya dimiliki oleh kedua orang tua. Keragaman genotipe individu yang membentuk spesies memberikan peluang untuk adaptasi spesies yang lebih sukses dan cepat terhadap perubahan kondisi habitat.

Selama pembuahan, gamet bergabung, membentuk diploid zigot, dari mana, dalam proses perkembangan, organisme dewasa diperoleh. Gamet adalah haploid - mereka mengandung satu set kromosom, zigot adalah diploid, mengandung satu set kromosom ganda. Ini adalah sel pertama dari organisme masa depan.

Gamet biasanya terdiri dari dua jenis - jantan dan betina. Mereka dihasilkan oleh induk jantan dan betina jika spesiesnya dioecious; ( seperti beberapa tanaman berbunga, sebagian besar hewan dan manusia) atau oleh individu yang sama (harmafroditisme).

Untuk jantan dan betina, hewan dicirikan oleh:dimorfisme seksual- yaitu perbedaan jenis kelamin dalam struktur, penampilan (ukuran, warna, dan sifat lainnya), serta dalam perilaku. Pada hewan, ia sudah ditemukan pada tahap perkembangan evolusioner yang lebih rendah, misalnya, pada cacing bundar, artropoda, dan mencapai ekspresi terbesarnya pada vertebrata, di mana perbedaan eksternal antara jantan dan betina sangat ekspresif. Pada tanaman dari spesies yang memiliki ciri khas jantan dan betina, dimorfisme seksual juga terjadi, tetapi sangat sedikit diekspresikan.

Perbandingan reproduksi seksual dan aseksual diberikan dalam tabel. 5

tab. 5

Perbandingan reproduksi aseksual dan seksual

Reproduksi seksual, tergantung pada rasio sel germinal dalam ukuran dan fungsinya, dapat dalam tiga versi:

Isogami (ganggang, protozoa). Sel reproduksi pria dan wanita memiliki ukuran, struktur, dan mobilitas yang sama.

Heterogami. Sel bervariasi dalam ukuran dan struktur.

Oogami. Ini adalah salah satu varian dari heterogami, ketika sel telur besar dan tidak bergerak, dan sperma lebih kecil, memiliki organ gerak dan memiliki mobilitas.

Ada bentuk khusus reproduksi seksual seperti hermafroditisme dan partenogenesis.

Hermafroditisme. Istilah "hermafroditisme" adalah kombinasi dari nama Yunani Hermes (dewa kecantikan pria) dan Aphrodite (dewi kecantikan wanita).

Namun, pada sebagian besar spesies hermaprodit, gamet yang berasal dari individu yang berbeda berpartisipasi dalam pembuahan, dan mereka memiliki banyak adaptasi genetik, morfologi dan fisiologis yang mencegah pembuahan sendiri dan mendukung fertilisasi silang. Misalnya, di banyak protozoa, pembuahan sendiri dicegah oleh ketidakcocokan genetik, di banyak tanaman berbunga - oleh struktur androeum dan gynoecium, dan di banyak hewan oleh fakta bahwa telur dan sperma terbentuk pada individu yang sama pada waktu yang berbeda.

Fenomena hermafroditisme sejati juga ditemukan pada makhluk yang lebih terorganisir. Secara khusus, itu ditemukan pada mamalia. Misalnya, pada babi, perkembangan ovarium kadang-kadang terlihat pada satu sisi tubuh, dan perkembangan testis (testis) di sisi lain, atau perkembangan struktur gabungan (ovotestis) terjadi, dan dalam kedua kasus terdapat sintesis sel telur dan spermatozoa yang aktif secara fungsional. Hewan-hewan tersebut termasuk dalam jenis kelamin "perantara", dan sebagian besar individu dari jenis kelamin menengah adalah betina dengan dua kromosom XX. Fenomena serupa telah dicatat pada kambing.

Hermafroditisme sejati juga terjadi pada manusia, yang timbul sebagai akibat dari gangguan perkembangan. Genotipe hermaprodit adalah 46XX atau 46 XY , dan sebagian besar kasus mengacu pada Xx (sekitar 60%). Hermafroditisme palsu juga dikenal, ketika individu memiliki organ genital eksternal dan karakteristik seksual sekunder yang khas dari kedua jenis kelamin, tetapi hanya menghasilkan satu jenis sel benih - pria atau wanita.

Sebagian besar tanaman berbunga memiliki bunga hermaprodit, yang biasa disebut biseksual, karena setiap bunga memiliki putik dan benang sari. Untuk alasan ini, buah-buahan berkembang dari semua bunga. Gandum, ceri, apel, dan banyak spesies tanaman lainnya adalah biseksual. Selain tanaman biseksual, dalam evolusi, tanaman dengan pemisahan jenis kelamin dalam spesies yang sama berkembang, yaitu tanaman berumah satu dan dioecious muncul. Tumbuhan yang mengandung bunga putik (betina) dan bunga jantan (jantan) disebut berumah satu. Pada tumbuhan berumah satu, buah berkembang hanya dari bunga putik. Monoecious adalah jagung,mentimun, labu dan lain-lain. Sebaliknya, tanaman yang mengandung bunga putik atau bunga jantan (dalam spesies yang sama) adalah dioecious. Pada tumbuhan dioecious, hanya yang memiliki bunga putik (betina) yang berbuah. Poplar, stroberi, dan jenis tanaman berkayu dan herba lainnya adalah dioecious.

Partenogenesis (dari bahasa Yunani. parthenos - perawan dan asal - lahir) adalah salah satu modifikasi reproduksi seksual, di mana gamet betina berkembang menjadi individu baru tanpa pembuahan oleh gamet jantan. Keuntungan partenogenesis adalah bahwa dalam beberapa kasus itu meningkatkan tingkat reproduksi, dan pada serangga sosial memungkinkan Anda untuk mengatur jumlah keturunan dari setiap jenis. Partenogenesis dapat bersifat wajib (wajib) dan opsional (pilihan).

Misalnya, pada lebah madu(Apis mellifera) rahim meletakkan telur yang telah dibuahi(2p = 32), yang, saat berkembang, memberikan betina (ratu atau pekerja), dan telur yang tidak dibuahi(NS = 16), yang menghasilkan jantan (drone) yang menghasilkan spermatozoa dengan mitosis, bukan meiosis.

Beras. Skema jenis partenogenesis.

1. Siklus sel. Mitosis. Meiosis

Pembelahan sel adalah dasar untuk reproduksi dan perkembangan individu organisme.

Semua organisme hidup terdiri dari sel. Perkembangan, pertumbuhan, pembentukan struktur khas suatu organisme dilakukan karena reproduksi satu atau sekelompok sel asli. Dalam proses aktivitas vital, sebagian sel tubuh mengalami aus, menua dan mati. Untuk mempertahankan struktur dan fungsi normal, tubuh harus memproduksi sel-sel baru untuk menggantikan yang lama. Satu-satunya cara untuk membentuk sel adalah dengan membagi yang sebelumnya.

Pembelahan sel - proses vital bagi semua organisme. Dalam tubuh manusia, terdiri dari sekitar 10 13 sel, beberapa juta di antaranya harus membelah setiap detik.

Tiga metode pembelahan sel eukariotik telah dijelaskan: amitosis (pembagian langsung), mitosis (pembagian tidak langsung) dan meiosis (pembagian reduksi).

amitosis Merupakan metode pembelahan sel yang relatif jarang dan kurang dipelajari. Ini dijelaskan untuk penuaan dan sel yang berubah secara patologis. Pada amitosis, nukleus interfase dibagi oleh penyempitan; distribusi materi herediter yang seragam tidak dipastikan. Seringkali, nukleus membelah tanpa pemisahan lebih lanjut dari sitoplasma dan sel-sel berinti dua terbentuk. Sel yang telah mengalami amitosis selanjutnya tidak dapat memasuki siklus mitosis normal. Oleh karena itu, amitosis terjadi, sebagai suatu peraturan, dalam sel dan jaringan yang ditakdirkan untuk mati, misalnya, dalam sel membran embrionik mamalia, dalam sel tumor.

Mitosis - cara universal membagi sel eukariotik. Durasinya dalam sel hewan adalah sekitar 1 jam.Mitosis adalah proses berkelanjutan, yang secara konvensional dibagi menjadi empat fase: profase, metafase, anafase dan telofase.

Urutan peristiwa yang terjadi antara pembentukan sel tertentu dan pembelahannya menjadi sel anak disebutsiklus sel... Siklus ini terdiri dari tiga tahap utama:

1. Interfase. Sebuah periode sintesis intens danpertumbuhan. Sel mensintesis banyak zat yang diperlukan untuk pertumbuhannya dan pelaksanaan semua fungsinya. Selama interfase, replikasi DNA terjadi.

2. Pembelahan mitosis. Ini adalah proses pembelahan inti (kariokinesis), di mana kromatid dipisahkan satu sama lain dan didistribusikan kembali dalam bentuk kromosom di antara sel anak.

3. Sitokinesis - proses membagi sitoplasma (sitokinesis) antara dua sel anak.

Panjang siklus sel tergantung pada jenis sel dan faktor eksternal seperti suhu, nutrisi dan oksigen. Sel bakteri dapat membelah setiap 20 menit, sel epitel usus setiap 8-10, sel di ujung akar bawang setiap 20 jam, dan banyak sel sistem saraf tidak pernah membelah.

Hubungan proses dalam waktu ditunjukkan dalam Nasi.

Beras . Fase siklus sel

Interfase terdiri dari beberapa periode: G1, S, G2.

Periode G 1 disebut prasintetik... Paling bervariasi dalam durasi. Pada saat ini, proses sintesis biologis diaktifkan di dalam sel, terutama protein struktural dan fungsional. Sel tumbuh dan bersiap untuk periode berikutnya. Selama periode ini, proses biosintesis intensif berlangsung. Pembentukan mitokondria, kloroplas (pada tumbuhan), retikulum endoplasma, lisosom, aparatus Golgi, vakuola dan vesikel. Nukleolus menghasilkan rRNA, mRNA, dan tRNA; ribosom terbentuk; sel mensintesis protein struktural dan fungsional. Metabolisme seluler intensif dikendalikan oleh enzim. Pertumbuhan sel. Pembentukan zat yang menekan atau merangsang awal fase berikutnya.

Periode S disebut sintetis... Ini adalah periode utama dalam siklus mitosis. Dalam pembelahan sel mamalia berlangsung sekitar 6-10 jam, disinilah terjadi replikasi DNA. Sintesis molekul protein yang disebut histon yang mengikat setiap untai DNA. Setiap kromosom berubah menjadi dua kromatid.

Periode G2 disebut pasca-sintetis.Ini relatif singkat, dalam sel mamalia sekitar 2-5 jam.Pada saat ini, jumlah sentriol, mitokondria dan plastida berlipat ganda, proses metabolisme aktif berlangsung, protein dan energi menumpuk untuk pembelahan yang akan datang. Sel mulai membelah. Proses biosintesis intensif berlangsung. Pembagian mitokondria dan kloroplas. Peningkatan cadangan energi. Replikasi sentriol (dalam sel-sel di mana mereka hadir) dan awal pembentukan gelendong pembelahan

Mitosis konvensional dibagi menjadi empat fase: profase, metafase, anafase dan telofase

Profase ... Di dalam nukleus, spiralisasi DNA dimulai dan secara bertahap meningkat. Kromosom memendek, menebal, menjadi terlihat, memperoleh struktur dua kromatid yang khas. Nukleolus secara bertahap menghilang. Dalam sitoplasma, mikrotubulus berorientasi di sekitar setiap pasangan sentriol, membentuk pusat-pusat gelendong divisi. Sentriol bergerak ke kutub yang berbeda, mikrotubulus meregang di sepanjang sumbu sel - pembentukan gelendong akromatin dimulai. Amplop nuklir hancur menjadi fragmen kecil yang terpisah. Kromosom diarahkan ke pusat sel,

Metafase ... Kromosom dipilin secara maksimal dan diatur sedemikian rupa sehingga sentromernya terletak pada bidang yang sama - bidang ekuator sel. Pelat metafase terbentuk, dan pembentukan gelendong mitosis selesai. Sentriol terletak berpasangan di kutub yang berlawanan, dan filamen gelendong dari kutub yang berbeda melekat pada sentromer setiap kromosom.

Anafase ... Ini adalah fase terpendek dari mitosis. Di sini pemisahan longitudinal setiap kromosom terjadi, pengurangan filamenspindel dan divergensi kromatid (kromosom anak) menuju kutub sel.

Telofase ... Kromosom anak, terdiri dari satu kromatid, mencapai kutub sel. DNA yang menyusunnya mulai putus asa, nukleolus muncul, amplop nuklir terbentuk di sekitar setiap kelompok kromosom anak, benang-benang gelendong akromatin secara bertahap hancur. Fisi nuklir berakhir.

Pembelahan sitoplasma dimulai(sitotomi) dan pembentukan partisi antara sel anak. Sel hewan melakukan sitotomi dengan menyempitkan membran sitoplasma. Pada tumbuhan, di bidang ekuator sel, septum membran terbentuk, yang tumbuh ke samping, mencapai dinding sel. Akibatnya, dua sel anak yang benar-benar terpisah terbentuk.

Mari kita lacak perubahan materi herediterselama siklus mitosis. Peristiwa utama dari siklus mitosis adalah replikasi DNA, terjadi di interfase dan menyebabkan penggandaan jumlah informasi herediter, dandivergensi kromatid,terjadi pada anafase mitosis dan memberikan distribusi informasi herediter yang merata antara sel anak. Bahan turun-temurun melakukan proses ini, berada dalam bentuk struktural yang berbeda. Sintesis replikatif mengalamikromatin interfase, dalamkomposisi molekul DNA dalam keadaan relatif tidak tergulung. Distribusi informasi genetik dilakukankromosom mitosis,di mana DNA dipilin secara maksimal.

Dalam siklus mitosis, jumlah materi herediter juga berubah. Jika jumlah kromosom dalam himpunan haploid dilambangkan dengan huruf n (dalam himpunan diploid, masing-masing 2n), dan jumlah molekul DNA dilambangkan dengan huruf dengan, maka dimungkinkan untuk melacak perubahan rumus inti sel somatik ke tahapan yang berbeda siklus mitosis. Sebelum S - periode ketika setiap kromosom terdiri dari satu molekul DNA, jumlah total DNA dalam nukleus sesuai dengan jumlah kromosom di dalamnya, dan rumus sel diploid berbentuk 2p2s. Setelah replikasi, ketika DNA dari setiap kromosom menggandakan dirinya sendiri, jumlah total DNA dalam nukleus berlipat ganda dan formula sel mengambil bentuk 2n4c. Sebagai hasil dari divergensi kromatid pada anafase mitosis, inti anak menerima satu set diploid kromosom satu kromatid. Rumus sel anak menjadi lagi 2p2s.

Signifikansi biologis mitosisterletak pada kenyataan bahwa sebagai hasil dari metode pembelahan ini, sel-sel dengan informasi turun-temurun terbentuk, yang secara kualitatif dan kuantitatif identik dengan informasi sel induk. Distribusi materi herediter yang seragam dipastikan oleh proses replikasi DNA dan duplikasi kromosom dalam interfase siklus mitosis, serta dengan spiralisasi dan distribusi kromatid yang seragam antara sel anak selama mitosis. Mitosis mempertahankan keteguhan kariotipe dalam serangkaian generasi sel dan berfungsi sebagai mekanisme seluler untuk proses pertumbuhan dan perkembangan organisme, serta regenerasi dan reproduksi aseksual.

Tindakan sejumlah faktor lingkungan dapat mengganggu jalannya mitosis yang normal dan menyebabkan kerusakan pada kromosom, serta perubahan jumlah kromosom individu atau seluruh set kromosom dalam sel somatik tubuh. Mitosis patologis dapat menyebabkan sejumlah penyakit kromosom. Mitosis patologis terutama sering diamati pada sel tumor.

Skema mitosis:

MITOSIS

Meiosis (dari bahasa Yunani.meiosis - penurunan) - cara pembelahan sel yang aneh, yang menyebabkan penurunan jumlah kromosom di dalamnya hingga setengahnya. Meiosis adalah pusat gametogenesis pada hewan dan sporogenesis dalam tanaman. Meiosis terdiri dari dua pembelahan berurutan, yang didahului oleh replikasi DNA tunggal. Semua zat dan energi yang diperlukan untuk pelaksanaan kedua divisi disimpan selama interfase sebelum meiosis SAYA. Interfase II praktis tidak ada, dan divisi dengan cepat mengikuti satu demi satu. Dalam setiap pembelahan meiosis, empat tahap yang sama dibedakan: profase, metafase, anafase dan telofase, yang merupakan karakteristik mitosis, tetapi berbeda dalam sejumlah fitur.

Pembelahan meiosis pertama (meiosis) Saya ) menyebabkan separuh jumlah kromosom dan disebut reduksi. Akibatnya, dari satu sel diploid(2p 4c), dua haploid(n 2c) sel.

Profase I meiosis adalah yang paling lama dan kompleks. Selain proses spiralisasi DNA dan pembentukan gelendong pembelahan dalam profase, tipikal untuk profase mitosis, Saya ada dua peristiwa biologis yang sangat penting: konjugasi, atau sinapsis, kromosom homolog dan menyebrang.

Konjugasi adalah proses kedekatan kromosom homolog. Kromosom berpasangan seperti itu membentuk bivalent dan dipertahankan dalam komposisinya dengan bantuan protein khusus. Karena masing-masing kromosom terdiri dari dua kromatid, bivalen mencakup empat kromatid dan disebut juga buku catatan. Dalam sel diploid, NS bivalen. Setelah konjugasi, rumus sel mengambil bentuk lulus.

Di beberapa tempat bivalen, kromatid dari kromosom terkonjugasi bersilangan, putus, dan bertukar daerah yang sesuai. Proses pertukaran fragmen kromosom homolog ini disebut pindah silang. Ini memastikan pembentukan kombinasi baru gen ayah dan ibu dalam kromosom gamet masa depan. Pindah silang dapat terjadi di beberapa tempat (multiple crossing over), memberikan tingkat rekombinasi informasi herediter yang lebih tinggi dalam gamet. Pada akhir profase Saya derajat spiralisasi kromosom meningkat, kromatid menjadi dapat dibedakan dengan baik, filamen gelendong dari setiap kutub melekat pada sentromer salah satu kromosom bivalen. Selubung inti dihancurkan, dan bivalen diarahkan ke bidang ekuator sel.

Dalam metafase I meiosis, pembentukan spindel pembelahan selesai, bivalen didirikan di bidang ekuator sel. Benang spindel dari satu kutub melekat pada sentromer setiap kromosom.

Pada anafase I meiosis di bawah aksi filamen gelendong kromosom homolog bergerak menjauh satu sama lain, menuju ke kutub sel yang berlawanan. Akibatnya, pada masing-masing kutub sel,set haploidkromosom yang mengandung satu kromosom bikromatid dari setiap pasangan kromosom homolog. Dalam anafase Saya kromosom dari pasangan yang berbeda, yaitu kromosom non-homolog berperilaku sepenuhnya independen satu sama lain, memberikan pembentukan berbagai macam kombinasi kromosom ayah dan ibu dalam set haploid gamet masa depan. Jumlah kombinasi tersebut sesuai dengan rumus 2 N, dimana n - jumlah pasangan kromosom homolog. Pada manusia, nilai ini adalah 2, yaitu. 8.4 10 varian kombinasi kromosom ayah dan ibu dimungkinkan dalam gamet manusia.

Jadi, divergensi kromosom homolog pada anafase Saya meiosis tidak hanya memberikan pengurangan jumlah kromosom dalam sel germinal masa depan, tetapi juga variasi yang sangat besar dari yang terakhir karena kombinasi acak dari kromosom ayah dan ibu dari pasangan yang berbeda.

Pada telofase I meiosis, sel-sel terbentuk yang intinya memiliki satu set kromosom haploid dan jumlah DNA dua kali lipat, karena setiap kromosom terdiri dari dua kromatid. Sel-sel yang terbentuk sebagai hasil pembelahan meiosis pertama memiliki rumus: p2s dan setelah interfase singkat, lanjutkan ke divisi berikutnya.

Pembelahan meiosis kedua (meiosis) II ) berlangsung sebagai mitosis tipikal (Gbr. 5.3), tetapi berbeda karena sel-sel yang memasukinya mengandung satu set kromosom haploid. Sebagai hasil dari divisi ini NS kromosom dikromatid (R2c), membelah, membentuk NS Kromosom monokromatid(ps). Pembagian ini disebut persamaan (atau menyamakan).

Jadi, setelah dua pembelahan meiosis berturut-turut dari satu sel dengan satu set diploid kromosom dua kromatid (2n4c), empat sel dengan satu set haploid kromosom satu kromatid terbentuk.(ps).

Signifikansi biologis meiosisterdiri dari pembentukan sel-sel dengan set kromosom yang berkurang dan mempertahankan keteguhan kariotipe dalam sejumlah generasi organisme, reproduksi. menular seksual. Meiosis berfungsi sebagai dasar untuk variasi kombinatif, menyediakan keragaman genetik gamet melalui proses pindah silang, divergensi, dan kombinatorial kromosom ayah dan ibu. Perubahan struktur kromosom karena persilangan yang tidak seimbang, pelanggaran divergensi semua atau individu kromosom dalam anafase saya dan II pembelahan meiosis mengarah pada pembentukan gamet abnormal dan dapat berfungsi sebagai dasar kematian suatu organisme atau perkembangan sejumlah sindrom kromosom pada keturunannya.

Skema dan deskripsi singkat dari tahap berturut-turut meiosis dalam sel hewan.

Perbedaan tahapan mitosis dan meiosis

1. Struktur gamet. Gametogenesis

Reproduksi seksual dilakukan menggunakan sel benih khusus - gamet. Gamet betina disebut oosit, jantan - sperma.Gamet berbeda dari sel somatik terutama dengan setengah jumlah kromosom, serta tingkat proses metabolisme yang rendah.

Oosit - sel tidak bergerak yang relatif besar, biasanya berbentuk bulat; Selain organel khas, sitoplasma mengandung inklusi nutrisi cadangan dalam bentuk kuning telur ( Nasi .). Dalam inti telur, banyak salinan gen ribosom dan mRNA terbentuk, yang menyediakan sintesis protein penting dari embrio masa depan. Sel telur dari organisme yang berbeda berbeda dalam jumlah dan sifat distribusi kuning telur di dalamnya. Ada beberapa jenis telur.

Isolecitalmengacu pada telur yang relatif kecil dengan sedikit kuning telur yang didistribusikan secara merata. Nukleus di dalamnya terletak lebih dekat ke pusat. Telur tersebut ditemukan pada cacing, bivalvia dan gastropoda, echinodermata, dan lancelet.Telolecital sedangoosit ikan sturgeon dan amfibi memiliki diameter sekitar 1,5 - 2 mm dan mengandung jumlah kuning telur rata-rata, yang sebagian besar terkonsentrasi di salah satu kutub (vegetatif). Di kutub yang berlawanan (hewan), di mana ada sedikit kuning telur, ada inti telur.

Telolecital yang tajamtelur beberapa ikan, reptil, burung, dan mamalia ovipar mengandung banyak kuning telur, yang menempati hampir seluruh volume sitoplasma telur. Di kutub hewan ada cakram embrionik dengan sitoplasma aktif tanpa kuning telur. Ukuran telur ini besar - 10 - 15 mm dan lebih banyak lagi.

Alecital oosit praktis tanpa kuning telur, berukuran kecil secara mikroskopis (0,1 - 0,3 mm) dan merupakan karakteristik mamalia berplasenta, termasuk manusia.

Sperma atau sperma adalah gamet jantan bergerak yang sangat kecil (misalnya, sperma manusia panjangnya 50 - 70 mikron, dan buaya - 20 mikron), dibentuk oleh gonad jantan - testis; jumlah mereka dalam jutaan. Bentuk sperma pada hewan yang berbeda berbeda, tetapi strukturnya sama, kebanyakan dari mereka memiliki kepala, leher. Kepala sperma mengandung nukleus yang mengandung sejumlah kromosom haploid dan akrosom. Akrosom adalah struktur khusus, kompleks Golgi yang dimodifikasi, yang mengandung enzim untuk melarutkan membran sel telur selama pembuahan. Leher mengandung banyak mitokondria dan dua sentriol. Ekor tumbuh dari leher, dibentuk oleh mikrotubulus dan menyediakan motilitas sperma. Bagian tengah diperluas karena banyak mitokondria yang terkandung di dalamnya, dikumpulkan dalam spiral di sekitar flagel. Mitokondria ini menyediakan energi untuk mekanisme kontraktil yang menggerakkan flagel. Bagian utama dan ekor sperma memiliki ciri struktur flagela.

Jika Anda melihat kepala sperma manusia dari atas, tampak bulat, dan jika dilihat dari samping, tampak pipih. Gerakan flagellar saja tidak cukup bagi sperma untuk menempuh jarak dari vagina ke tempat pembuahan terjadi. Tugas lokomotor utama spermatozoa adalah menumpuk di sekitar oosit dan mengorientasikan diri dengan cara tertentu sebelum menembus membran oosit.

Pembentukan gamet (gametogenesis).Sel-sel epitel germinal pada pria dan Gonad betina (gonad) menjalani serangkaian pembelahan mitosis dan meiosis berturut-turut, yang secara kolektif disebut gametogenesis, menghasilkan gamet jantan dewasa (spermatogenesis) dan gamet betina (oogenesis). Dalam kedua kasus, proses dibagi menjadi tiga fase - fase pemuliaan, fase pertumbuhan dan fase pematangan. Fase reproduksi mencakup beberapa pembelahan mitosis, yang mengarah pada pembentukan banyak spermatogonia atau oogonia. Masing-masing dari mereka melewati periode pertumbuhan dalam persiapan untuk pembelahan meiosis pertama dan sitokinesis berikutnya. Kemudian fase pematangan dimulai, di mana pembelahan meiosis pertama dan kedua terjadi. dengan diferensiasi selanjutnya dari sel-sel haploid dan pembentukan gamet dewasa.

Perkembangan sperma (spermatogenesis).Spermatozoa (spermatozoa) terbentuk sebagai hasil dari serangkaian pembelahan sel berurutan yang disebut secara kolektifspermatogenesis,diikuti oleh proses diferensiasi kompleks yang disebut spermiogenesis (Gbr.20.31 ). Proses pembentukan sperma memakan waktu kurang lebih 70 hari; per 1 g berat testis, 10 7 sperma per hari. Epitel tubulus seminiferus terdiri dari lapisan luar selepitel primordialdan sekitar enam lapisan sel terbentuk sebagai hasil dari pembelahan sel multipel lapisan ini (Gbr. 20.32 dan 20.33); lapisan ini sesuai dengan tahap perkembangan sperma yang berurutan. Pada awalnya, pembelahan sel-sel epitel primordial menimbulkan banyak spermatogonia, yang tumbuh dalam ukuran dan menjadispermatosit orde pertama.Spermatosit ini, sebagai hasil dari pembelahan meiosis pertama, membentuk haploidspermatosit orde kedua,setelah itu mereka menjalani pembelahan meiosis kedua dan berubah menjadi spermatid. Di antara "untaian" sel yang sedang berkembang berukuran besar Sel Sertoli, atau sel trofik,terletak di seluruh ruang dari lapisan luar tubulus ke lumennya.

Spermatosit terletak di banyak invaginasi pada permukaan lateral sel Sertoli; di sini mereka berubah menjadi spermatid, dan kemudian pindah ke tepi sel Sertoli, yang menghadap lumen tubulus seminiferus, tempat mereka matang, membentuk spermin (gbr.20.33 ). Rupanya, sel Sertoli memberikan dukungan mekanis, perlindungan, dan nutrisi pada sperma yang matang. Semua nutrisi dan oksigen yang dikirim ke gamet yang sedang berkembang melalui pembuluh darah yang mengelilingi tubulus seminiferus dan sisa metabolisme yang dilepaskan ke dalam darah melewati sel Sertoli. Sel-sel ini juga mengeluarkan cairan, yang dengannya spermatozoa melewati tubulus.

Perkembangan telur pada manusia (oogenesis).Berbeda dengan pembentukan sperma, yang dimulai pada pria hanya pada masa pubertas, pembentukan sel telur pada wanita dimulai bahkan sebelum kelahiran mereka dan selesai untuk setiap sel telur yang diberikan hanya setelah pembuahan. Tahapan oogenesis ditunjukkan pada Gambar. 20.36. Selama perkembangan janin, sel germinal primer membelah beberapa kali melalui mitosis, membentuk banyak sel besar yang disebut oogoni. Oogonia menjalani mitosis lagi dan membentukoocygos dari orde pertama,yang tetap pada tahap profase hampir sampai ovulasi. Oosit tingkat pertama dikelilingi oleh satu lapis sel-membran granular-dan membentuk apa yang disebutfolikel primordial.Janin perempuan segera sebelum lahir mengandung sekitar 2 10 6 folikel ini, tetapi hanya sekitar 450 dari mereka mencapai tahap oosit urutan kedua dan meninggalkan ovarium (ovulasi). Sebelum ovulasi, oosit orde pertama melakukan pembelahan meiosis pertama, membentuk haploidoosit orde kedua dan badan kutub pertama.Pembelahan meiosis kedua mencapai tahap metafase, tetapi tidak berlanjut lebih jauh sampai oosit menyatu dengan sperma. Selama pembuahan, oosit orde kedua membuat pembelahan meiosis kedua, membentuk sel besar - telur juga badan kutub kedua.Semua badan kutub adalah sel kecil; mereka tidak memainkan peran dalam oogenesis dan akhirnya dihancurkan.

partenogenesis

mewajibkan

opsional

Perkembangan organisme hanya dari telur yang tidak dibuahi.

Hanya perempuan yang terbentuk.

Misalnya, kadal batu Kaukasia

pintu masuk dapat berkembang baik tanpa pembuahan maupun dengan pembuahan

Tipe wanita

Jantan berkembang dari telur yang tidak dibuahi

Tipe pria

Beberapa alga isogami

Reproduksi adalah kemampuan makhluk hidup untuk mereproduksi jenisnya sendiri. Hal ini menjamin kelangsungan dan kelangsungan hidup. Merupakan kebiasaan untuk membedakan antara dua jenis utama reproduksi: aseksual dan seksual.

Karakteristik komparatif reproduksi aseksual dan seksual

Reproduksi aseksual

Bentuk utama reproduksi aseksual adalah pembelahan, sporulasi, tunas, fragmentasi, dan reproduksi vegetatif. Dalam dua kasus pertama, organisme baru terbentuk dari satu sel individu induk, sisanya - dari sekelompok sel.

Bentuk reproduksi aseksual

Reproduksi seksual

Reproduksi seksual adalah karakteristik dari sebagian besar makhluk hidup. Ini terdiri dari 4 proses utama:

1. Gametogenesis adalah pembentukan sel kelamin (gamet).
2. Fertilisasi adalah peleburan gamet dan pembentukan zigot.
3. Embriogenesis adalah pembelahan zigot dan pembentukan embrio.
4. Periode postembrionik- pertumbuhan dan perkembangan tubuh pada periode pasca-embrio.

Sel kelamin

Gamet adalah sel kelamin, ketika mereka bergabung, zigot terbentuk, dari mana individu baru berkembang. Gamet memiliki kromosom setengah dari jumlah sel tubuh lainnya (sel somatik). Mereka tidak mampu membelah, tidak seperti kebanyakan sel somatik. Membedakan sel kelamin betina dan sel kelamin jantan. Seksualitas dalam bentuk yang lebih tinggi (misalnya, pada vertebrata) ditentukan pada tingkat genetik.
Gamet jantan disebut sperma(jika mereka bergerak) atau sperma (jika mereka tidak memiliki alat flagel dan tidak dapat bergerak secara aktif). Ukuran sperma sangat kecil. Mereka terdiri dari kepala, leher, bagian tengah tubuh dan ekor (Gambar 5.11).

Kepala mengandung nukleus yang mengandung DNA. Di ujung depan kepala ada akrosom- kompleks Golgi yang dimodifikasi, yang mengandung enzim litik untuk melarutkan kulit telur selama pembuahan. Ekor dibentuk oleh mikrotubulus dan berfungsi untuk pergerakan sperma.

Gamet betina disebut ovum. Mereka, sebagai suatu peraturan, tidak bergerak, memiliki ukuran lebih besar dari spermatozoa, sitoplasma yang berkembang dengan baik dan pasokan nutrisi.
Telur dari organisme yang berbeda berbeda satu sama lain. Tergantung pada jumlah kuning telur dalam oosit, mereka dibagi menjadi alecitic, oligolecital, mesolecitic, polylecitic. Tergantung pada sifat distribusi kuning telur dalam oosit, oosit homo atau isosital, telolecital, sentrolesis dibedakan.

Jenis oosit

Pembentukan sel germinal

Proses pembentukan sel germinal gametogenesis- hasil di gonad (gonad). Pada hewan tingkat tinggi, gamet betina terbentuk di ovarium, laki-laki - in testis... Proses pembentukan sperma disebut spermatogenesis , oosit - oogenesis (atau oogenesis) ... Gametogenesis dibagi menjadi beberapa fase: reproduksi, pertumbuhan, pematangan dan fase pembentukan yang disekresikan selama spermatogenesis.

Fase gametogenesis

Pemupukan

Fertilisasi adalah proses peleburan sel germinal jantan dan betina (gamet), sehingga terbentuk sel telur (zigot) yang telah dibuahi. Artinya, satu sel diploid (zigot) terbentuk dari dua gamet haploid.
Bedakan antara pembuahan eksternal, ketika sel-sel kelamin bergabung di luar tubuh, dan internal, ketika sel-sel kelamin bergabung di dalam saluran reproduksi individu; fertilisasi silang, ketika sel-sel kelamin dari individu yang berbeda bergabung; pembuahan sendiri- dengan peleburan gamet yang dihasilkan oleh organisme yang sama; monospermia dan polispermia - tergantung pada jumlah spermatozoa yang membuahi satu telur.
Untuk sebagian besar spesies hewan yang hidup atau berkembang biak di air, pembuahan silang eksternal adalah karakteristik, yang dilakukan sesuai dengan jenis monospermia. Sebagian besar hewan darat dan beberapa spesies air memiliki fertilisasi silang internal, dan polispermia adalah karakteristik dari beberapa burung dan reptil. Fertilisasi sendiri terjadi di antara hermafrodit, dan bahkan dalam kasus luar biasa.
Pada manusia, proses pembuahan terjadi di tuba fallopi, di mana, setelah ovulasi, oosit orde kedua masuk dan banyak spermatozoa dapat ditemukan. Setelah kontak dengan sel telur, akrosom sperma mengeluarkan enzim yang menghancurkan membran sel telur dan memastikan penetrasi sperma ke dalam. Setelah penetrasi sperma, sel telur terbentuk di permukaan yang tebal, kedap air cangkang pemupukan mencegah polispermia.
Penetrasi sel sperma merangsang oosit urutan kedua untuk membelah lebih lanjut. Ini melakukan anafase dan telofase II dari pembelahan meiosis dan menjadi telur yang matang. Akibatnya, dua inti haploid, yang disebut pronukleus jantan dan betina, yang bergabung untuk membentuk inti diploid - zigot.
Pada tanaman berbunga, selain peleburan gamet haploid - salah satu sperma dengan sel telur dan pembentukan zigot diploid, dari mana embrio benih berkembang, fusi terjadi sperma kedua dengan diploid sel sekunder dan pendidikan sel triploid dari mana endosperma terbentuk. Proses ini disebut pemupukan ganda.
Untuk beberapa kelompok organisme, jenis reproduksi seksual (tanpa pembuahan) adalah karakteristik, salah satunya disebut partenogenesis. Partenogenesis adalah perkembangan organisme dari telur yang tidak dibuahi. Ini adalah karakteristik dari banyak serangga sosial (semut, lebah, rayap), serta rotifera, daphnia dan bahkan beberapa reptil. Hal ini juga ditemukan pada tanaman (dandelion).

PERKEMBANGAN ORGANISME INDIVIDU

Jenis-jenis ontogenesis

Ontogenesis adalah perkembangan individu suatu organisme dari awal hingga akhir kehidupan (kematian atau pembelahan baru). Pada spesies yang bereproduksi secara seksual, itu dimulai dengan pembuahan sel telur. Pada spesies dengan reproduksi aseksual, ontogeni dimulai dengan isolasi satu sel atau sekelompok sel tubuh ibu. Pada prokariota dan organisme eukariotik uniseluler, ontogeni sebenarnya adalah siklus sel, biasanya berakhir dengan pembelahan sel atau kematian.
Ontogenesis adalah proses realisasi informasi turun-temurun dari seorang individu dalam kondisi lingkungan tertentu.
Ada dua jenis utama ontogenesis: langsung dan tidak langsung.
Pada pengembangan langsung organisme yang dilahirkan pada dasarnya mirip dengan orang dewasa, dan tahap metamorfosis tidak ada.
Pada pengembangan tidak langsung larva terbentuk, yang berbeda dari organisme dewasa dalam struktur eksternal dan internal, serta dalam sifat nutrisi, mode pergerakan, dan sejumlah fitur lainnya.

Ontogenesis organisme multiseluler dibagi menjadi beberapa periode:

• embrionik (perkembangan embrio);
• postembrionik(perkembangan pasca-embrio).

Perkembangan embrio

Perkembangan embrio (embriogenesis) dimulai dari saat pembuahan, adalah proses transformasi zigot menjadi organisme multiseluler dan diakhiri dengan keluarnya sel telur atau membran embrio (dengan jenis perkembangan larva dan non-larva) atau kelahiran (dengan intrauterin). Embriogenesis meliputi proses pembelahan, gastrulasi, histo- dan organogenesis.

Embriogenesis

Perkembangan postembrionik

Perkembangan postembrionik (pasca-embrionik) dimulai dari saat kelahiran (selama perkembangan intrauterin embrio pada mamalia) atau dari saat organisme meninggalkan selaput telur dan berlanjut hingga kematian organisme hidup. Perkembangan postembrionik disertai dengan pertumbuhan. Selain itu, dapat terbatas pada periode tertentu atau berlangsung sepanjang hidup.

CONTOH TUGAS

Bagian A

A1. Struktur aliran dua lapis adalah karakteristik dari

1) Annelida 3) Coelenterata

2) serangga 4) protozoa

A2. Tidak ada mesoderm

1) cacing tanah 3) polip karang

A3. Perkembangan langsung terjadi di

1) katak 2) belalang 3) lalat 4) lebah

A4. Akibat penghancuran zigot,

1) gastrula 3) neurula

2) blastula 4) mesoderm

A5. Dari endoderm berkembang

1) aorta 2) otak 3) paru-paru 4) kulit

A6. Organ individu dari organisme multiseluler diletakkan di atas panggung

1) blastula 3) fertilisasi

2) gastrula 4) neurula

A7. Blastulasi adalah

1) pertumbuhan sel

2) penghancuran beberapa zigot

3) pembelahan sel

4) peningkatan ukuran zigot

A8. Gastrula embrio anjing adalah:

1) embrio dengan tabung saraf yang terbentuk

Kuliah nomor 3 Ontogenesis

1. Gametogenesis

2. Periode embrionik

3. Periode postembrionik

Ontogenesis- perkembangan individu suatu organisme dari zigot hingga kematian biologis. keturunan- periode sebelum ontogenesis, meliputi gametogenesis dan fertilisasi. Filogenesis- perkembangan evolusioner spesies.

Reproduksi seksual merupakan ciri khas manusia, ditandai dengan: adanya kelenjar kelamin, sel kelamin, proses fertilisasi, dimorfisme seksual.

Gametogenesis - proses pembentukan sel germinal, oogenesis - pematangan oosit, spermatogenesis- sperma. Gametogenesis terjadi di gonad tubuh. Gamet terbentuk dari sel-sel epitel embrionik, yang diletakkan selama periode embrio perkembangan tubuh.

Dalam proses pembentukannya, sel germinal melewati tiga tahap:

1. Masa reproduksi (sel-sel epitel embrionik membelah secara mitosis);

2. Masa pertumbuhan;

3. Periode pematangan, sel membelah secara meiosis, menghasilkan pembentukan gamet (Gbr. 5).

Beras. 5. Pembelahan sel germinal

Sperma matang di tubulus seminiferus testis. Di antara tubulus seminiferus terletak jaringan interstisial memproduksi hormon seks pria - testosteron... Hormon seks pria - androgen, mengatur fungsi reproduksi, gametogenesis, pembentukan karakteristik seksual sekunder. Sel sperma matang selama 70 hari. Tubulus seminiferus mengandung gamet pada berbagai tahap pematangan. Dalam 5ml. air mani pada manusia mengandung 12 juta sperma. Mereka bermuatan negatif, muatan mencegah mereka saling menempel. Sejumlah besar gamet jantan secara biologis bijaksana, penurunan jumlahnya sebesar 40% membuat proses pembuahan menjadi tidak mungkin. Spermatozoa adalah sel kecil yang bergerak, terdiri dari kepala, leher, dan ekor. Di kepala adalah akrosom, lisosom yang dimodifikasi, mengandung enzim yang melarutkan kulit telur selama pembuahan. Harapan hidup dari 6 hingga 72 jam.

Ovogenesis dimulai pada periode embrionik perkembangan tubuh wanita. Pada tahap profase pembelahan pertama meiosis, ketika konjugasi dan pindah silang terjadi, ada jeda sementara. Perkembangan lebih lanjut dari sel telur dilanjutkan selama masa pubertas gadis itu. Di bawah pengaruh hormon seks wanita - estrogen, folikel terbentuk di sekitar oosit tingkat pertama, vesikel seluler yang melindungi dan memberi nutrisi pada sel.

Saat folikel matang, ia bergerak ke tepi ovarium dan kemudian pecah, saya menyebutnya tahap perkembangan ovarium telur atau folikel, itu berlangsung selama 12 hari. Pecahnya folikel pelepasan sel telur dari ovarium ke dalam rongga perut disebut ovulasi.

Pemupukan dimungkinkan setelah ovulasi. Gamet betina ditangkap oleh fimbria tuba fallopi. Dengan bantuan epitel bersilia, ia bergerak ke dalam rahim, tahap rahim berlangsung 12-14 hari. Pada saat ini, di bawah pengaruh hormon seks wanita, epitel rahim mengendur. Jika pembuahan belum terjadi, epitel dan telur dikeluarkan dari tubuh, sebagai akibat dari kontraksi otot polos dinding rahim. Proses ini disebut menzis dan memakan waktu 3-4 hari. Dengan demikian, waktu dari awal pembentukan folikel sampai awal menstruasi adalah 20-30 hari dan disebut siklus ovarium-menstruasi. (gambar 6).

Beras. 6. Ovulasi dan implantasi sel telur ke dalam rahim

Itu termasuk stadium ovarium, uterus dan menstruasi. Selama siklus ovarium-menstruasi, seluruh sistem reproduksi wanita dibangun kembali, komposisi hormon kualitatif dan kuantitatif berubah, kapasitas kerja, kekuatan, fleksibilitas, daya tahan berubah. Perubahan fisiologis dalam tubuh wanita diperhitungkan saat mengatur proses pelatihan.

Pemupukan Adalah peleburan sel telur dan sel sperma. Ada tiga tahap fertilisasi:

1) reaksi akrosom (20 detik) - pembubaran membran sel telur oleh enzim akrosom dan penetrasi sperma ke dalam sel telur. Dipercaya bahwa sperma yang menciptakan potensi penetrasi (kegembiraan) terbesar pada membran sel telur memasuki sel telur;

2) jeda sementara - tidak ada perubahan yang terlihat pada telur, metabolisme meningkat;

3) fusi inti sel telur dan sperma, pemulihan set kromosom diploid.

Pembuahan terjadi di sepertiga bagian atas tuba falopi. Telur yang telah dibuahi disebut zigot... Dengan pembentukan zigot, ontogenesis manusia dimulai.

2. Ontogenesis manusia meliputi dua tahap: embrionik dan postembrionik.

Tahap perkembangan embrio berlanjut dari zigot sampai lahir. Meliputi tahapan: zigot, blastula, gastrula, histogenesis, organogenesis.

zigot- pembelahan multipel dengan mitosis, menghasilkan pembentukan embrio lapis tunggal multiseluler - blastula... Blastula tidak bertambah besar, karena saat ini berada di tuba fallopi dan harus bergerak bebas ke dalam rahim. Pada hari keenam, ia memasuki rahim dan menempel pada dindingnya, jatuh ke dalam epitel yang kendur. Proses ini disebut penanaman... Embrio terus berkembang dan menjadi dua, lalu tiga lapis. Pada tahap perkembangan ini disebut gastrula... Akibatnya, tiga lapisan benih terbentuk: ektoderm, endoderm, mesoderm. Dari sistem embrio, jaringan dan organ terbentuk.

Dengan demikian: blastula- embrio lapis tunggal, gastrula- embrio dua dan tiga lapis. Histogenesis- peletakan jaringan dari lapisan kuman. Organogenesis- peletakan organ. Pada usia 8 minggu, massa embrio manusia adalah 4 g, ukuran 5 mm. Pada saat ini, ia telah menjalani proses formatif, ia memperoleh kontur tubuh manusia. Setelah delapan minggu kehamilan, embrio disebut janin oleh orang tersebut.

Selama perkembangan embrio manusia, otoritas sementara, yang setelah lahir kehilangan fungsinya. Kewenangan sementara tersebut antara lain: bibit kerang, korion, amnion dan plasenta, tali pusat. Plasenta memastikan kontak dekat kapiler anak dan ibu. Organisme yang sedang berkembang menerima nutrisi, oksigen, antibodi melalui plasenta, dan mengeluarkan produk metabolisme. Plasenta melakukan fungsi penghalang, melindungi embrio dari mikroorganisme, obat-obatan tertentu dan racun (Gbr. 7).

Beras. 7. Plasenta

1 - rahim; 2 - amnion; 3 - embrio; 4 - cairan ketuban; 5 - plasenta; 6 - kapiler plasenta; 7 - vena; 8 - arteri

Mekanisme halus pembentukan organ dan jaringan seorang anak dapat terganggu oleh paparan racun, zat narkotika, alkohol, nikotin yang terkandung dalam darah ibu. Gangguan perkembangan embrio manusia disebut malformasi dan malformasi kongenital. Ini termasuk: "langit-langit sumbing" (tidak adanya langit-langit atas), "bibir sumbing" (tidak menyatunya tulang rahang atas), polydactyly (jari-jari ekstra), syndactyly (jari-jari yang menyatu). Faktor lingkungan yang merugikan yang menyebabkan malformasi kongenital disebut teratogenik(menyebabkan deformitas) (Gbr. 8).

Beras. 8. Faktor lingkungan yang mempengaruhi perkembangan tubuh manusia

Periode embrio perkembangan manusia berlangsung selama 36 minggu.

3. Periode setelah kelahiran dan sebelum kematian biologis disebut postembrionik. Itu termasuk remaja, pubertas periode perkembangan dan penuaan.

Remaja - periode sebelum pubertas. pubertas- masa pubertas.

Dalam praktik olahraga, fisiologi, pedagogi, psikologi, periodisasi usia berikut digunakan: ontogenesis postembrionik manusia.

Dalam periode 1 hingga 10 hari, anak itu disebut baru lahir;

Dari 10 hari hingga 1 tahun - dada;

dari 1 tahun hingga tiga - titik anak usia dini;

dari 4 hingga 7 tahun - masa kecil pertama;

dari 8 tahun hingga 12 tahun untuk anak perempuan, dan hingga 13 tahun untuk anak laki-laki masa kecil kedua;

dari 12 hingga 15 untuk anak perempuan dan dari 13 hingga 16 untuk anak laki-laki - remaja;

17-21 (laki-laki), 16-20 tahun (perempuan) - masa remaja;

Periode 20-55 pada wanita dan 21-60 pada pria masa pubertas(masa pubertas);

dari 55 dan 60 hingga 70 - orang tua;

dari 70 hingga 90 pria tua;

lebih dari 90 centenarian.

Dalam ontogeni manusia, ada sensitif dan kritis periode.

Periode kritis ditandai dengan peningkatan aktivitas gen individu dan kompleksnya yang mengontrol perkembangan tanda-tanda organisme. Selama periode ini, ada restrukturisasi proses regulasi yang signifikan, lompatan kualitatif dan kuantitatif dalam pengembangan organ individu dan sistem fungsional. Selama periode ini, tubuh paling sensitif terhadap efek faktor lingkungan. Implantasi, plasentasi, peletakan organ aksial, tabung saraf dan usus, notochord, pembentukan jantung, dan lain-lain dianggap periode kritis ontogenesis.

Jika seorang wanita jatuh sakit dengan rubella antara minggu ke-3 dan ke-9 kehamilan, maka ada risiko mengembangkan cacat pada janin seperti penyakit jantung, katarak, tuli. Di lain waktu, rubella tidak menyebabkan malformasi janin.

Periode sensitif- ini adalah periode penurunan kontrol genetik dan peningkatan sensitivitas tanda-tanda individu organisme terhadap pengaruh lingkungan, termasuk pedagogis dan pembinaan. Dengan demikian, periode sensitif manifestasi berbagai indikator kualitas kecepatan jatuh pada usia 11-14 tahun, dan pada usia 15, tingkat maksimumnya tercapai, ketika prestasi olahraga yang tinggi dimungkinkan. Gambaran serupa diamati dalam ontogeni dan untuk manifestasi kualitas ketangkasan dan fleksibilitas.

Untuk pelatih dan guru yang bekerja di bidang pendidikan jasmani dan olahraga, pengetahuan tentang periode sensitif sangat penting secara praktis, karena pada periode sensitif yang paling penting. efek pelatihan.

Reproduksi adalah sifat organisme untuk menghasilkan keturunan atau kemampuan organisme untuk memperbanyak diri. Menjadi milik makhluk hidup yang paling penting, reproduksi memastikan kelangsungan hidup, kelangsungan spesies.

Proses reproduksi sangat kompleks dan terkait tidak hanya dengan transfer informasi genetik dari orang tua ke keturunannya, tetapi juga dengan sifat anatomi dan fisiologis organisme, dengan perilaku mereka, dan kontrol hormonal. Reproduksi organisme disertai dengan proses pertumbuhan dan perkembangannya.

Makhluk hidup dicirikan oleh keragaman yang luar biasa dalam metode reproduksi. Namun demikian, ada dua metode utama reproduksi - aseksual dan seksual (Gbr. 16). Reproduksi aseksual, atau apomixis (dari bahasa Yunani. aro - tanpa, campuran - pencampuran) adalah proses di mana hanya satu orang tua (sel atau organisme multiseluler) yang terlibat. Sebaliknya, dua orang tua berpartisipasi dalam reproduksi seksual, yang masing-masing memiliki sistem reproduksi sendiri dan menghasilkan sel benih (gamet), yang, setelah fusi, membentuk zigot (telur yang dibuahi), yang kemudian berdiferensiasi menjadi embrio. Akibatnya, selama reproduksi seksual, campuran faktor keturunan terjadi, yaitu proses yang disebut amphimixis (dari bahasa Yunani. amfi - di kedua sisi, campuran - percampuran).

PERNIKAHAN SEKSUAL

Reproduksi aseksual khas untuk organisme dari banyak spesies, baik tumbuhan maupun hewan. Hal ini ditemukan dalam virus, bakteri, ganggang, jamur, tumbuhan vaskular, protozoa, spons, coelenterata, bryozoa dan tunicates.

Bentuk paling sederhana dari reproduksi aseksual adalah karakteristik virus. Proses reproduksi mereka dikaitkan dengan molekul asam nukleat, dengan kemampuan molekul ini untuk menggandakan diri.

dan didasarkan pada spesifisitas ikatan hidrogen yang relatif lemah antara nukleotida.

Beras. 16.Metode reproduksi organisme

Berkenaan dengan organisme lain yang bereproduksi secara aseksual, reproduksi vegetatif dan reproduksi dengan sporulasi dibedakan.

Reproduksi vegetatif adalah reproduksi di mana organisme baru berkembang dari bagian yang telah terpisah dari tubuh ibu. Jenis reproduksi ini adalah karakteristik organisme uniseluler dan multiseluler, tetapi memiliki manifestasi yang berbeda di dalamnya.

Dalam organisme uniseluler, reproduksi vegetatif diwakili oleh bentuk-bentuk seperti pembelahan, pembelahan ganda dan tunas. Pembelahan dengan penyempitan sederhana dengan pembentukan dua organisme anak dari satu organisme induk melekat pada bakteri dan ganggang biru-hijau (cyanobacteria). Sebaliknya, reproduksi dengan pembagian ganggang coklat dan hijau, serta hewan uniseluler (sarcode, flagellata dan ciliates) terjadi dengan pembelahan mitosis nukleus dengan penyempitan sitoplasma berikutnya.

Reproduksi dengan pembelahan ganda (skizogoni) terdiri dari pembelahan nukleus, diikuti dengan pembagian sitoplasma menjadi beberapa bagian. Sebagai hasil dari pembelahan tersebut, beberapa organisme anak terbentuk dari satu sel. Contoh pembelahan ganda adalah reproduksi plasmodium malaria (P.vivax) dalam eritrosit manusia. Dalam hal ini, pada plasmodia terjadi pembelahan inti berulang kali tanpa sitokinesis, diikuti dengan sitokinesis. Akibatnya, satu plasmodium memunculkan 12-24 organisme anak.

Pada organisme tumbuhan multiseluler, reproduksi vegetatif dengan pembelahan dilakukan dengan stek, umbi, daun, rimpang. Tapi ini pada dasarnya adalah perbanyakan buatan yang digunakan dalam praktik pertanian. Reproduksi tanaman tingkat tinggi dalam kondisi buatan juga dimungkinkan dari satu sel. Organisme yang berkembang dari satu sel (klon) memiliki semua sifat organisme multiseluler asli. Reproduksi ini disebut mikropropagasi klon. Sebagai salah satu bentuk perbanyakan vegetatif, okulasi atau transplantasi dari banyak tanaman budidaya dapat berfungsi, terdiri dari transplantasi kuncup atau bagian pucuk dari satu tanaman ke tanaman lain. Tentu saja, ini juga merupakan metode pemuliaan yang tidak terjadi di alam, tetapi digunakan secara luas di bidang pertanian.

Pada hewan multiseluler, reproduksi vegetatif terjadi dengan fragmentasi tubuh mereka menjadi beberapa bagian, setelah itu masing-masing

sebagian berkembang menjadi hewan baru. Reproduksi seperti itu khas untuk spons, coelenterata (hydras), nemertean, cacing pipih, echinodermata (bintang laut) dan beberapa organisme lainnya. Bentuk yang dekat dengan reproduksi vegetatif hewan, fragmentasi adalah poliembrioni hewan, yang terdiri dari fakta bahwa pada tahap perkembangan tertentu embrio dibagi menjadi beberapa bagian, yang masing-masing berkembang menjadi organisme independen. Poliembrioni terjadi pada armadillo. Namun, yang terakhir bereproduksi secara seksual. Oleh karena itu, poliembrioni lebih merupakan semacam tahap dalam reproduksi seksual, dan keturunan yang dihasilkan dari poliembrioni diwakili oleh kembar monozigot.

Tunas terdiri dari pembentukan tuberkel (pertumbuhan) dengan nukleus pada sel ibu, yang kemudian memisahkan dan menjadi organisme independen. Tunas terjadi baik pada tanaman uniseluler, misalnya, ragi, dan pada hewan uniseluler, misalnya, pada spesies ciliate tertentu.

Reproduksi dengan sporulasi dikaitkan dengan pembentukan sel khusus - spora, yang mengandung nukleus, sitoplasma, ditutupi dengan membran padat dan mampu bertahan lama dalam kondisi yang tidak menguntungkan, yang, di samping itu, berkontribusi pada penyebarannya. Paling sering, reproduksi seperti itu terjadi pada bakteri, ganggang, jamur, lumut, pakis. Dalam beberapa ganggang hijau, yang disebut zoospora dapat terbentuk dari sel-sel individu.

Di antara hewan, reproduksi dengan sporulasi dicatat dalam sporozoa, khususnya di plasmodium malaria.

Pada organisme dari banyak spesies, reproduksi aseksual dapat bergantian dengan reproduksi seksual.

REPRODUKSI SEKSUAL

Reproduksi seksual terjadi pada tumbuhan dan hewan uniseluler dan multiseluler.

Sebagaimana telah dijelaskan pada Bab V dan XIII, reproduksi seksual pada bakteri dilakukan secara konjugasi, yang merupakan analogi dari proses seksual dan merupakan sistem rekombinasi organisme ini, sedangkan pada protozoa, reproduksi seksual juga terjadi dengan konjugasi atau melalui syngamy. dan autogami.

Pada organisme multiseluler (tanaman dan hewan), reproduksi seksual dikaitkan dengan pembentukan embrio atau sel reproduksi (gamet), pembuahan dan pembentukan zigot.

Reproduksi seksual adalah akuisisi evolusioner organisme yang signifikan. Di sisi lain, ini berkontribusi pada penataan ulang gen, munculnya keragaman organisme dan peningkatan daya saing mereka dalam lingkungan yang terus berubah.

Pada organisme uniseluler, reproduksi seksual mengambil beberapa bentuk. Pada bakteri, reproduksi seksual dapat dianalogikan dengan konjugasinya, yang terdiri dari transfer plasmid atau DNA kromosom dari sel donor (mengandung plasmid) ke sel penerima (tidak mengandung plasmid), serta dengan transduksi bakteri, yang terdiri dari transfer materi genetik dari beberapa sel bakteri ke fag lain. Konjugasi juga ditemukan pada ciliata, di mana, selama proses ini, inti berpindah dari satu individu ke individu lain, diikuti oleh pembagian yang terakhir.

Pada tumbuhan dan hewan multiseluler, reproduksi seksual sel terjadi melalui pembentukan sel germinal betina dan jantan (oosit dan spermatozoa), pembuahan oosit selanjutnya oleh sperma dan pembentukan zigot. Pada tumbuhan, sel germinal diproduksi dalam struktur reproduksi khusus; pada hewan, mereka diproduksi di gonad, yang disebut gonad (dari bahasa Yunani. hilang - benih).

Ada perbedaan penting antara sel somatik dan sel kelamin hewan. Terdiri dari fakta bahwa sel-sel somatik mampu membelah, yaitu, mereka mereproduksi diri mereka sendiri, dan, di samping itu, sel-sel seks terbentuk dari mereka. Sebaliknya, sel germinal tidak membelah, tetapi mereka "memulai" reproduksi seluruh organisme.

Sel somatik diploid, di mana sel-sel reproduksi pria terbentuk, disebut spermatogonia, dan di mana sel-sel reproduksi wanita terbentuk, ovogonia. Proses pembentukan (pertumbuhan dan diferensiasi) sel germinal jantan dan betina disebut gametogenesis.

Gametogenesis didasarkan pada meiosis (dari bahasa Yunani. meiosis - penurunan), yang merupakan pengurangan pembelahan inti sel, disertai dengan penurunan jumlah kromosom per inti. Meiosis terjadi pada sel-sel khusus organ reproduksi makhluk hidup yang bereproduksi secara seksual (Gbr. 17). Misalnya, pada tumbuhan paku, meiosis terjadi pada sel khusus sporangia yang terletak di permukaan bawah daun tumbuhan ini dan berkembang menjadi spora dan kemudian menjadi gametofit. Yang terakhir ada secara terpisah, akhirnya menghasilkan gamet jantan dan betina. Pada tumbuhan berbunga, meiosis terjadi pada sel khusus bakal biji, yang berkembang menjadi spora. Yang terakhir menghasilkan gametofit dengan satu telur. Selain itu, pada tumbuhan ini, meiosis juga terjadi pada sel antera khusus, yang juga berkembang menjadi spora, akhirnya menghasilkan serbuk sari dengan dua gamet jantan. Pada cacing tanah, yang hermafrodit dan mengandung alat kelamin jantan di satu segmen tubuh, dan alat kelamin betina di bagian lain dan yang menjadi ciri

Beras. 17. Meiosis pada organisme yang berbeda: 1 - manusia; 2 - tanaman berbunga; 3 - pakis; 4 - cacing tanah

Mereka mampu melakukan fertilisasi silang antara individu yang berbeda, ada kemampuan untuk secara bersamaan spermatogenesis dan oogenesis.

Meiosis terjadi pada sel-sel khusus testis dan ovarium, yang masing-masing menghasilkan gamet jantan dan betina. Protein - penginduksi meiosis telah diidentifikasi.

Pada proses meiosis, jumlah kromosom diploid (2n), yang merupakan ciri sel somatik (inti sel) dan embrio sel yang belum matang, berubah menjadi jumlah haploid (n) yang menjadi ciri sel germinal matang. Jadi, sebagai hasil dari gametogenesis, sel kelamin hanya menerima setengah dari kromosom sel somatik (Gbr. 18).

Beras. delapan belas.

Perilaku kromosom selama gametogenesis pada hewan adalah sama pada jantan dan betina. Namun, jenis kelamin berbeda dalam waktu asal dari berbagai tahap meiosis, yang terutama

Benno terlihat pada manusia. Pada pria pada periode pascapubertas, proses meiosis penuh selesai dalam waktu sekitar dua bulan, sedangkan pada wanita, pembelahan meiosis pertama dimulai pada ovarium janin dan tidak berakhir sampai ovulasi dimulai, yang terjadi pada mereka sekitar 15 tahun.

Pada hewan tingkat tinggi, dalam kasus jantan, meiosis disertai dengan pembentukan empat gamet yang aktif secara fungsional.

Sebaliknya, pada wanita, setiap oosit ordo II hanya menghasilkan satu oosit. Produk nuklir lainnya dari meiosis wanita adalah tiga badan reduksi yang tidak berpartisipasi dalam reproduksi dan merosot.

Meiosis terdiri dari dua pembelahan inti. Pembelahan meiosis pertama dari nukleus memisahkan anggota dari setiap pasangan kromosom homolog setelah mereka kawin satu sama lain (sinapsis) dan bertukar materi genetik (crossing over). Sebagai hasil dari pemisahan ini, dua inti haploid terbentuk. Pembelahan meiosis kedua memisahkan dua bagian longitudinal kromosom (kromatid) di masing-masing inti ini, menghasilkan empat inti haploid.

Dalam proses gametogenesis juga terjadi diferensiasi oosit (ovogenesis) dan spermatozoa (spermatogenesis) yang merupakan prasyarat fungsinya. Telur hewan jauh lebih besar daripada spermatozoa, biasanya tidak bergerak dan mengandung bahan nutrisi yang memastikan perkembangan embrio pada periode awal setelah pembuahan. Spermatozoa sebagian besar hewan memiliki flagel, yang memastikan independensi gerakan mereka.

Meiosis adalah kepentingan biologis yang luar biasa. Karena meiosis, jumlah kromosom yang konstan dipertahankan dalam sel organisme, terlepas dari jumlah generasi. Akibatnya, meiosis mempertahankan keteguhan spesies. Akhirnya, dalam meiosis, sebagai akibat dari persilangan, terjadi rekombinasi gen, yang merupakan salah satu faktor evolusi.

SPERMATOGENESIS DAN OVOGENESIS

Spermatogenesis adalah proses pembentukan sel germinal jantan dewasa. Spermatozoa berkembang di gonad jantan (testis, atau testis) dari sel somatik khusus (Gbr. 19). Sel-sel khusus tersebut berfungsi sebagai:

disebut sel germinal primordial, yang bermigrasi ke testis pada periode awal embriogenesis pria. Akibatnya, sel primordial adalah nenek moyang (prekursor) sel germinal dewasa.

Testis manusia terdiri dari banyak tubulus, yang dindingnya dibentuk oleh lapisan sel pada berbagai tahap perkembangan sperma. Lapisan luar tubulus dibentuk oleh sel-sel besar yang disebut spermatogonia. Sel-sel ini mengandung satu set kromosom diploid dan merupakan keturunan sel germinal primordial di testis. Selama masa pubertas seseorang, sebagian spermatogonia bergerak ke lapisan dalam tubulus, di mana sebagai hasil meiosis, mereka berkembang menjadi sel yang disebut spermatosit ordo I (spermatosit I), kemudian menjadi spermatosit ordo II (spermatosit II) dan , akhirnya,

Beras. 19.Spermatogenesis dan Ovogenesis

menjadi spermatid, yang merupakan sel germinal haploid yang akhirnya berdiferensiasi menjadi sperma matang. Jadi, secara umum, kita dapat mengatakan bahwa spermatogenesis dimulai pada sel somatik diploid (spermatogonia), diikuti oleh periode pematangan sel germinal, di mana dua pembelahan inti terjadi secara meiosis, yang mengarah pada pembentukan spermatid. Ini adalah gambaran manusia.

Meiosis (Gbr. 20) dalam spermatogenesis berlangsung dalam beberapa tahap (fase). Ada dua interfase antara divisi. Dengan demikian, pembelahan meiosis dapat direpresentasikan sebagai serangkaian peristiwa yang berurutan, yaitu: interfase I - pembelahan meiosis pertama (profase I awal, profase I akhir, metafase I, anafase I, telofase I) - interfase II (interokinesis) - kedua pembelahan meiosis (profase I, metafase II, anafase II, telofase II). Proses meiosis sangat dinamis, oleh karena itu, perbedaan mikroskopis antara tahap yang berbeda tidak mencerminkan sifat tahap itu sendiri, tetapi sifat kromosom pada tahap yang berbeda. Interfase I

Beras. dua puluh.Fase meiosis: 1 - pembelahan meiosis pertama; 2 - pembelahan meiosis kedua

dicirikan oleh fakta bahwa replikasi kromosom (penggandaan DNA) terjadi di dalamnya, yang hampir sepenuhnya selesai pada awal profase I awal.

Pembelahan meiosis pertama dimulai pada spermatosit primer dan ditandai dengan profase yang panjang, yang terdiri dari profase I dan profase II yang melewati satu sama lain. Pada profase I, lima tahap utama dibedakan - leptonema, zigonema, pachinema, diplonema, dan diakinesis.

Pada tahap leptonema, kromosom dalam nukleus disajikan dalam bentuk filamen spiral tipis yang mengandung banyak butiran berwarna gelap (kromomer). Pemisahan kromomer dan filamen tidak dicatat, tetapi diyakini bahwa kromosom pada tingkat tahap ini adalah ganda, yaitu diploid. Homolog dari setiap pasangan kromosom dihubungkan oleh kromosom sepanjang mereka sesuai dengan prinsip ritsleting.

Tahap zigonema ditandai dengan pembentukan sinapsis antara kromosom homolog, menghasilkan pembentukan kromosom berpasangan (bivalen). Kromosom X dan Y berperilaku agak berbeda dibandingkan dengan autosom. Mereka mengembun menjadi tubuh heterokromatik berwarna gelap yang kawin sebagai hasil dari daerah homolog di ujungnya.

Pada tahap pachynema, yang merupakan tahap terpanjang dalam profase meiosis, bivalen memadat dan setiap kromatid terbelah dua, akibatnya setiap bivalen adalah struktur heliks kompleks yang terdiri dari empat kromatid bersaudara (tetrad). Pada akhir tahap ini, pemisahan kromosom bivalen berpasangan dimulai. Sekarang kromosom homolog dapat diamati berdampingan. Oleh karena itu, pada beberapa preparat dapat terlihat empat kromosom yang terbentuk sebagai hasil duplikasi dari setiap homolog yang membentuk kromatid bersaudara. Pada tahap ini, pertukaran antara homolog dan pembentukan chiasmata dilakukan.

Pada tahap diplonema, terjadi pemendekan, penebalan, dan saling tolak menolak kromatid bersaudara, akibatnya kromatid dalam bivalen hampir terpisah. Pemisahan dianggap tidak lengkap karena sentromer belum membelah pada setiap pasangan kromosom. Adapun bivalen, mereka ditahan di berbagai lokasi sepanjang panjangnya oleh chiasmata, yang merupakan struktur yang terbentuk antara kromatid homolog sebagai hasilnya.

persilangan sebelumnya antara homolog yang terkait secara sinaptik. Dalam persiapan yang baik, satu hingga beberapa chiasmata dapat diamati, tergantung pada panjang bivalen. Setiap chiasm yang diamati pada tahap ini adalah hasil dari pertukaran yang terjadi antara kromatid non-saudara perempuan selama tahap pachinema. Ketika kompresi dan tolakan bivalen meningkat, chiasmata bergerak ke ujung kromosom, yaitu, kromosom diakhiri. Pada akhir diplonema, terjadi despiralisasi kromosom; homolog terus saling tolak menolak.

Pada tahap diakinesis, yang mirip dengan diploneme, pemendekan bivalen berlanjut dan terjadi pelemahan (penurunan) chiasm, akibatnya unit-unit diskrit terbentuk dalam bentuk kromatid (empat). Segera setelah selesainya tahap ini, membran inti larut.

Pada metafase I, bivalen mencapai konsentrasi tertinggi. Menjadi oval, mereka terletak di bagian ekuator nukleus, di mana mereka membentuk lempeng ekuator metafase meiosis I. Bentuk setiap bivalen ditentukan oleh jumlah dan lokasi chiasmata. Pada pria, jumlah kiasma per bivalen pada metafase I biasanya 1-5. Bivalen XY menjadi berbentuk batang akibat kiasma terminal tunggal.

Pada anafase I, sentromer yang berlawanan mulai bergerak menuju kutub sel yang berlawanan. Akibatnya, pemisahan kromosom homolog terjadi. Setiap kromosom sekarang terdiri dari dua kromatid yang dipegang oleh sentromer, yang tidak membelah dan tetap utuh. Dengan cara ini, anafase I meiosis berbeda dari anafase mitosis, di mana sentromer mengalami pemisahan. Penting untuk dicatat bahwa karena pindah silang, setiap kromatid secara genetik berbeda.

Pada tahap telofase I, kromosom mencapai kutub, yang mengakhiri pembelahan meiosis pertama. Setelah telofase I, ada interfase pendek (interkinesis), di mana kromosom mengalami despiralisasi dan menjadi difus, atau telofase I langsung masuk ke profase II dari pembelahan meiosis kedua. Replikasi DNA tidak diamati dalam kedua kasus. Setelah pembelahan meiosis pertama, sel-sel itu disebut spermatosit orde kedua. Jumlah kromosom di setiap sel tersebut berkurang dari 2n hingga 1n, tetapi konten DNA belum berubah.

Pembelahan meiosis kedua terjadi selama beberapa fase (profase II, metafase II, anafase II, telofase II) dan mirip dengan pembelahan mitosis. Pada profase II, kromosom spermatosit sekunder tetap berada di kutub. Pada metafase II, sentromer dari masing-masing kromosom ganda membelah, memberikan setiap kromosom baru dengan sentromernya sendiri. Pembentukan gelendong dimulai, ke kutub di mana kromosom baru bergerak. Pada telofase II, pembelahan meiosis kedua berakhir, sebagai akibatnya setiap spermatosit orde kedua menghasilkan dua spermatid, dari mana spermatozoa kemudian berdiferensiasi. Seperti pada spermatosit sekunder, jumlah kromosom pada spermatid adalah haploid (1n). Namun, kromosom spermatid adalah tunggal, sedangkan kromosom spermatosit sekunder II adalah ganda, yang dibangun dari dua kromatid. Akibatnya, inti setiap spermatid memiliki satu set kromosom non-homolog. Pembelahan meiosis sekunder merupakan pembelahan tipe mitosis (pembelahan khatulistiwa). Ini memisahkan kromatid kembar dan berbeda dari pembelahan reduksi, di mana kromosom homolog dipisahkan. Satu-satunya perbedaan yang signifikan dari mitosis klasik adalah bahwa ada satu set kromosom haploid.

Jadi, pembelahan meiosis pertama spermatosit ordo I mengarah pada pembentukan dua spermatosit sekunder (ordo II). Kedua kromatid struktur yang terbentuk sebagai hasil pembelahan reduksi adalah kromatid saudara. Yang terakhir muncul sebagai hasil dari replikasi sebelum pembelahan meiosis pertama. Pembelahan meiosis kedua dari setiap spermatosit sekunder menghasilkan produksi empat spermatid. Jadi, pada meiosis tipikal, sel membelah dua kali, sedangkan kromosom membelah hanya sekali (Gbr. 21).

Tahap akhir dalam spermatogenesis dikaitkan dengan diferensiasi, yang berakhir dengan fakta bahwa masing-masing spermatid yang relatif besar dan tidak bergerak berubah menjadi sperma motil kecil yang memanjang.

Pada kebanyakan hewan jantan dewasa (matur secara seksual), spermatogenesis terjadi di testis baik secara terus menerus maupun berkala (musiman). Sebagai contoh, pada serangga, hanya dibutuhkan beberapa hari untuk menyelesaikan siklus spermatogenesis, sedangkan pada mamalia siklus ini tertunda selama berminggu-minggu atau bahkan berminggu-minggu.

Beras. 21.Distribusi kromosom selama gametogenesis

bulan. Pada orang dewasa, spermatogenesis berlangsung sepanjang tahun. Waktu perkembangan spermatogonia primitif menjadi spermatozoa matang adalah sekitar 74 hari.

Sel germinal jantan yang dihasilkan oleh organisme dari spesies yang berbeda dicirikan oleh mobilitas dan keragaman ekstrim dalam ukuran dan struktur (Gbr. 22). Setiap sperma manusia terdiri dari tiga bagian - kepala, bagian tengah dan ekor (Gbr. 23). Di kepala sperma, nukleus terletak, yang berisi satu set kromosom haploid.

Kepala dilengkapi dengan akrosom, yang berisi enzim litik yang diperlukan untuk isi sperma untuk memasuki sel telur. Dua sentriol juga terlokalisasi di kepala - proc-

Beras. 22. Bentuk sperma

Beras. 23. Struktur sperma: A - gambar mikroskopis cahaya di bidang yang berbeda: 1 - kepala, 2 - bagian tengah, 3 - ekor; B - rekonstruksi skema gambar mikroskopis elektron: 1 - nukleus, 2 - akrosom, 3 - sentrosom (sentriol proksimal), 4 - cincin pusat, 5 - heliks mitokondria,

6 - benang aksial

proksimal, yang menginduksi pembelahan sel telur yang dibuahi oleh sperma, dan distal, yang menimbulkan poros aksial ekor. Badan basal ekor dan mitokondria terletak di bagian tengah sperma. Ekor (proses) sperma dibentuk oleh batang aksial bagian dalam dan selubung luar, yang berasal dari sitoplasma. Spermatozoa manusia dicirikan oleh mobilitas yang signifikan.

OVOGENESIS DAN TELUR

Proses pembentukan sel telur disebut ovogenesis. Fungsinya untuk menyediakan satu set kromosom haploid dalam inti sel telur dan kebutuhan nutrisi zigot. Ovogenesis dalam manifestasinya pada dasarnya sebanding dengan spermatogenesis.

Pada mamalia dan manusia, ovogenesis dimulai bahkan pada periode prenatal (sebelum kelahiran). Ovogonia, yang merupakan sel kecil dengan nukleus yang agak besar dan terlokalisasi di folikel ovarium, mulai berdiferensiasi menjadi oosit primer. Yang terakhir sudah terbentuk pada bulan ketiga perkembangan intrauterin, setelah itu mereka memasuki profase divisi meiosis pertama. Pada saat gadis itu lahir, semua oosit primer sudah berada dalam profase pembelahan meiosis pertama. Oosit primer tetap berada dalam profase sampai permulaan kematangan seksual individu betina. Satu oosit mengandung hingga 100.000 mitokondria. Ketika folikel ovarium matang pada awal pubertas, profase meiosis dalam oosit primer dilanjutkan. Pembelahan meiosis pertama untuk setiap sel telur yang sedang berkembang selesai sesaat sebelum waktu ovulasi sel telur itu. Sebagai hasil dari pembelahan meiosis pertama dan distribusi sitoplasma yang tidak merata, satu sel yang terbentuk menjadi oosit sekunder, yang lain - tubuh kutub (reduksi).

Pembelahan meiosis sekunder terjadi ketika oosit sekunder (telur yang sedang berkembang) berpindah dari ovarium ke tuba fallopi. Namun, pembelahan ini tidak selesai sampai sperma telah memasuki oosit sekunder, yang biasanya terjadi di tuba fallopi. Ketika sperma memasuki oosit sekunder, yang terakhir membelah, menghasilkan pembentukan ovotida (telur matang) dengan pronukleus yang berisi satu set

dari 23 kromosom ibu. Sel lain yang terbentuk sebagai hasil pembelahan ini adalah badan kutub kedua, tidak mampu berkembang lebih lanjut. Pada saat ini, tubuh kutub (reduksi) juga terbagi dua. Dengan demikian, perkembangan satu oosit orde 1 disertai dengan pembentukan satu ovotida dan tiga badan reduksi. Di ovarium, 300-400 oosit biasanya matang dengan cara ini sepanjang hidup, tetapi hanya satu oosit yang matang per bulan. Selama diferensiasi oosit, membran terbentuk, dan ukurannya mengecil.

Pada beberapa spesies hewan, ovogenesis berlangsung dengan cepat dan terus menerus dan mengarah pada pembentukan sejumlah besar telur.

Terlepas dari kesamaan dengan spermatogenesis, oogenesis dicirikan oleh beberapa fitur spesifik. Bahan nutrisi (kuning telur) oosit primer tidak terdistribusi secara merata di antara keempat sel, yang terbentuk sebagai hasil pembelahan meiosis. Sebagian besar kuning telur disimpan dalam satu sel besar, sedangkan badan kutub mengandung sangat sedikit zat ini. Badan kutub pertama dan kedua menerima, sebagai hasil pembelahan, set kromosom yang sama dengan oosit sekunder, tetapi mereka tidak menjadi sel germinal. Oleh karena itu, telur jauh lebih kaya akan bahan gizi dibandingkan dengan sperma. Perbedaan ini terutama terlihat dalam kasus hewan ovipar.

Oosit mamalia berbentuk oval atau agak memanjang (Gbr. 24) dan dicirikan oleh ciri khas struktur seluler. Mereka mengandung semua karakteristik struktur sel somatik, namun, organisasi intraseluler telur sangat spesifik dan ditentukan oleh fakta bahwa telur juga merupakan lingkungan yang memastikan perkembangan zigot. Salah satu ciri khas oosit adalah kompleksitas struktur membrannya. Pada banyak hewan, membran primer, sekunder dan tersier oosit dibedakan. Membran primer (dalam) terbentuk pada tahap oosit. Menjadi lapisan permukaan oosit, ia memiliki struktur yang kompleks, karena ditembus oleh pertumbuhan sel-sel folikel yang berdekatan dengannya. Membran sekunder (tengah) sepenuhnya dibentuk oleh sel-sel folikel, dan membran tersier (luar) dibentuk oleh zat-zat yang merupakan produk sekresi kelenjar saluran telur yang dilalui telur. Pada burung, misalnya,

membran tersier oosit adalah protein, sub-kulit dan membran cangkang. Oosit mamalia ditandai dengan adanya dua membran. Struktur komponen intraseluler oosit adalah spesifik spesies, dan terkadang bahkan memiliki karakteristik individual.

Beras. 24. Struktur sel telur: 1 - sel folikel; 2 - cangkang; 3 - sitoplasma; 4- inti

PEMUPUKAN

Fertilisasi adalah proses menggabungkan gamet jantan dan betina, yang mengarah pada pembentukan zigot dan perkembangan selanjutnya dari organisme baru. Dalam proses pembuahan, satu set kromosom diploid terbentuk dalam zigot, yang menentukan signifikansi biologis yang luar biasa dari proses ini.

Tergantung pada spesies organisme yang bereproduksi secara seksual, pembuahan eksternal dan internal dibedakan. Fertilisasi eksternal terjadi di lingkungan yang menerima sel reproduksi pria dan wanita. Misalnya, pembuahan pada ikan bersifat eksternal. Sel-sel reproduksi jantan (susu) dan betina (kaviar) yang dikeluarkan oleh mereka memasuki air, di mana mereka bertemu dan bersatu.

Fertilisasi internal dipastikan dengan transfer sperma dari tubuh pria ke wanita. Pemupukan seperti itu terjadi pada mamalia, titik pusatnya adalah peleburan inti sel benih. Diyakini bahwa isi satu sperma menembus ke dalam sel telur. Dalam mekanisme pembayaran

Banyak yang masih belum jelas setelah penciptaan. Data pembuahan pada bulu babi menunjukkan bahwa dalam waktu 2 detik setelah kontak spermatozoa dan sel telur, terjadi perubahan pada sifat listrik membran plasma yang terakhir. Fusi gamet terjadi dalam 7 detik. Diasumsikan bahwa penetrasi isi oosit hanya satu dari banyak spermatozoa dijelaskan oleh perubahan sifat listrik membran plasmanya. Telur yang telah dibuahi akan menghasilkan zigot. Ada dua pendapat tentang alasan diaktifkannya metabolisme sel telur oleh sperma. Beberapa percaya bahwa pengikatan sperma ke reseptor eksternal pada permukaan sel adalah sinyal yang masuk ke sel telur melalui membran dan mengaktifkan inositol trifosfat dan ion kalsium di sana. Yang lain percaya bahwa sperma mengandung faktor pemicu khusus.

Perkembangan eksperimental dalam beberapa tahun terakhir telah menunjukkan bahwa pembuahan telur mamalia, termasuk manusia, dimungkinkan secara in vitro. Selain itu, embrio yang dikembangkan dalam tabung reaksi dapat ditanamkan ke dalam rahim wanita, di mana mereka menjalani perkembangan normal lebih lanjut. Banyak kasus kelahiran anak-anak "tabung reaksi" diketahui.

Tidak seperti hewan yang bereproduksi dengan zigogenesis, banyak organisme yang mampu bereproduksi dengan partenogenesis (dari bahasa Yunani. parthenos - perawan dan genos - kelahiran), yang dipahami sebagai reproduksi organisme dari telur yang tidak dibuahi. Membedakan partenogenesis obligat dan fakultatif. Partenogenesis wajib telah menjadi cara utama reproduksi spesies organisme tertentu, misalnya, kadal batu Kaukasia. Hewan dari spesies ini hanya betina. Sebaliknya, partenogenesis fakultatif berarti bahwa telur dapat berkembang baik tanpa pembuahan maupun setelah pembuahan. Partenogenesis fakultatif, pada gilirannya, adalah perempuan dan laki-laki. Partenogenesis betina sering diamati pada lebah, semut, rotifera, di mana jantan berkembang dari telur yang tidak dibuahi. Partenogenesis jantan terjadi pada beberapa alga isogami.

Partenogenesis bersifat alami dan buatan (diinduksi). Mekanisme partenogenesis buatan adalah stimulasi oosit dengan bantuan fisik atau kimia

faktor kimia, yang mengarah pada aktivasi oosit dan, sebagai akibatnya, pada perkembangan telur yang tidak dibuahi. Partenogenesis buatan diamati dalam kasus hewan dari banyak kelompok taksonomi - echinodermata, cacing, moluska, dan bahkan mamalia.

Suatu bentuk partenogenesis dikenal, disebut androgenesis (dari bahasa Yunani. andro - Pria, asal - kelahiran). Jika nukleus tidak aktif dalam sel telur dan setelah itu beberapa spermatozoa menembus ke dalamnya, maka dari sel telur tersebut, sebagai hasil peleburan inti jantan (sperma), tubuh jantan berkembang.

Ada kasus ketika partenogenesis memanifestasikan dirinya secara siklis, tergantung pada musim. Misalnya, rotifera, daphnia, dan kutu daun berkembang biak di musim panas dengan partenogenesis, di musim gugur - pembuahan sel telur dan pembentukan zigot, yaitu dengan zigogenesis.

Peran partenogenesis dan bentuknya di alam tidak signifikan, karena tidak memberikan kemampuan adaptasi organisme yang luas.

Tidak seperti zigogenesis dan partenogenesis, ada ginogenesis, yang merupakan pseudogami, ketika sperma memasuki sel telur dan mengaktifkannya, tetapi inti sperma tidak menyatu dengan inti sel telur. Dalam hal ini, keturunan yang muncul hanya terdiri dari betina. Ginogenesis terjadi secara alami pada nematoda dan ikan, tetapi juga dapat diinduksi secara buatan. Secara khusus, kasus ginogenesis buatan pada ulat sutra, ikan dan amfibi dijelaskan.

PERUBAHAN HAPLOIDIA DAN DIPLOIDY.

PERUBAHAN GENERASI

Organisme yang bereproduksi secara seksual dicirikan oleh pergantian fase haploid dan diploid dalam perkembangannya. Di banyak organisme, termasuk mamalia, pergantian ini teratur, dan pelestarian karakteristik spesies organisme didasarkan padanya.

Bagi banyak organisme, perubahan generasi juga merupakan karakteristik, ketika generasi individu yang bereproduksi secara aseksual digantikan oleh generasi individu yang bereproduksi secara seksual dengan pembentukan gamet. Ini disebut perubahan generasi primer. Ini ditemukan di sporozoa, flagellata dan banyak tanaman. Perubahan utama dari generasi adalah teratur, dan itu adalah

apa yang di alam bersaksi tentang pelestarian banyak organisme dalam filogenesis, baik reproduksi aseksual maupun seksual. Pada organisme lain, ada pergantian reproduksi seksual dengan partogenesis. Ini disebut perubahan generasi sekunder. Misalnya, pada cacing, reproduksi seksual secara teratur digantikan oleh partenogenesis. Pergantian generasi sekunder ini disebut heterogoni. Pada coelenterata, pada beberapa tahap perkembangan, terjadi transisi dari reproduksi seksual ke aseksual (vegetatif). Bentuk pergantian generasi sekunder ini disebut metagenesis.

DIMORFISME SEKSUAL. HERMAFRODITISME

Ciri-ciri fenotipik spesifik adalah karakteristik pria dan wanita. Perbedaan antara betina dan jantan dalam sifat mereka disebut dimorfisme seksual. Pada hewan, ia sudah ditemukan pada tahap perkembangan evolusioner yang lebih rendah, misalnya, pada cacing bundar, artropoda, dan mencapai ekspresi terbesarnya pada vertebrata.

Jika sel kelamin jantan dan betina dihasilkan oleh individu yang sama, yang memiliki kelenjar kelamin jantan dan betina, maka fenomena ini disebut hermafroditisme sejati. Ini ditemukan pada cacing pipih, annelida, dan moluska. Pada cacing pipih, kelenjar kelamin jantan dan betina berfungsi sepanjang kehidupan individu. Sebaliknya, pada moluska, gonad menghasilkan telur dan sperma secara bergantian.

Hermafroditisme sejati juga terjadi pada manusia, sebagai akibat dari gangguan perkembangan. Genotipe hermafrodit adalah 46 XX atau 46 XY, dengan sebagian besar kasus adalah XX (sekitar 60%). Genotipe XX paling sering ditemukan pada hermafrodit hitam Afrika, sedangkan XY paling sering ditemukan di Jepang. Pada kedua jenis hermaprodit, ada kecenderungan asimetri bilateral gonad. Di antara hermafrodit sejati, ada juga mosaik kromosom, yang pada beberapa sel somatik memiliki sepasang kromosom XX, pada yang lain - sepasang XY.

Hermafroditisme palsu juga dikenal, ketika individu memiliki organ genital eksternal dan karakteristik seksual sekunder dari kedua jenis kelamin, tetapi hanya menghasilkan sel kelamin dari jenis yang sama - pria atau wanita.

ASAL METODE PEMBIAKAN

Diasumsikan bahwa yang paling kuno adalah reproduksi aseksual, khususnya reproduksi vegetatif. Dari yang terakhir, reproduksi dengan sporulasi dikembangkan, keuntungan yang tidak diragukan lagi terletak pada kenyataan bahwa ia memberikan peluang terbaik untuk pelestarian spesies dan terutama dalam penyebarannya.

Reproduksi seksual adalah cara reproduksi organisme yang paling efektif. Diyakini bahwa itu berkembang dari aseksual, muncul sekitar 1 miliar tahun yang lalu, dan tahap pertama dikaitkan dengan komplikasi dalam pengembangan gamet. Gamet primitif dicirikan oleh diferensiasi morfologis yang tidak memadai, akibatnya isogami adalah yang utama bagi banyak organisme (dari bahasa Yunani. iso - setara, gamo - perkawinan), ketika sel germinal adalah isogamet motil, tidak dibedakan menjadi bentuk jantan dan betina.

Selanjutnya, anisogami berkembang (dari bahasa Yunani. anisos - tidak setara, gamo - perkawinan), ditandai dengan adanya gamet yang berbeda, hanya berbeda dalam ukuran. Pada tahap evolusi selanjutnya, perbedaan tajam muncul dalam mobilitas, bentuk, dan ukuran gamet. Dalam proses evolusi, vertebrata juga telah mengembangkan sejumlah adaptasi tambahan yang memfasilitasi transfer sperma pria ke dalam saluran reproduksi wanita dan menciptakan kondisi untuk perkembangan sel telur yang telah dibuahi. Adaptasi ini berkembang dalam perjalanan evolusi dari sistem ekskresi, yang mengarah pada pembentukan sistem genitourinari.

Keadaan diploid memberikan manfaat luar biasa bagi organisme karena mengakumulasi berbagai alel. Oleh karena itu, reproduksi seksual juga memiliki keuntungan yang memberikan organisme denganHAIkemungkinan terbesar variabilitas dibandingkan dengan aseksual, dan ini memainkan peran penting dalam evolusi.

Partenogenesis memiliki keuntungan reproduksi yang jelas, karena hanya menghasilkan keturunan betina. Namun, itu jarang terjadi. Untuk menjelaskan frekuensi rendah penggantian partenogenesis untuk reproduksi seksual pada populasi alami organisme, dua hipotesis digunakan. Menurut salah satunya (mutational-akumulatif), seks adalah adaptasi adaptif, karena “membersihkan” genom dari mutasi yang berulang dalam waktu, sedangkan menurut hipotesis lain (ekologis), seks adalah

Gagasan pertama tentang pertumbuhan dan perkembangan kembali ke dunia kuno. Bahkan Hippocrates (460-377 SM) berasumsi bahwa telur sudah mengandung organisme yang sepenuhnya terbentuk, tetapi dalam bentuk yang sangat berkurang. Ide ini kemudian berkembang menjadi doktrin preformisme (dari lat. bentuk awal - pra-pendidikan), yang ternyata sangat populer pada abad ke-17-18. Preformis termasuk Harvey, Malpighi, dan banyak ahli biologi dan dokter terkemuka lainnya saat itu. Bagi para preformis, masalah kontroversial hanya di mana sel-sel germinal tubuh dibentuk sebelumnya - perempuan atau laki-laki. Mereka yang lebih suka telur disebut ovis, dan mereka yang lebih mementingkan sel reproduksi laki-laki disebut animalculists. Preformisme adalah ajaran metafisik dari awal sampai akhir, karena menolak perkembangan. Pukulan yang menentukan terhadap preformisme dilakukan oleh Charles Bonnet (1720-1793), yang menemukan partenogenesis pada tahun 1745 dengan contoh perkembangan kutu daun dari telur yang tidak dibuahi. Setelah itu, preformisme tidak bisa lagi pulih dan mulai kehilangan signifikansinya.

Di dunia kuno, ajaran lain muncul, berlawanan dengan preformisme dan kemudian disebut epigenesis (dari bahasa Yunani. epi- setelah, asal - perkembangan). Seperti preformisme, epigenesis juga tersebar luas pada abad 17-18. Dalam penyebaran epigenesis, pandangan K.F. Wolf (1733-1794), terangkum dalam bukunya “Theory of Development” (1759). K.F. Wolff percaya bahwa telur tidak mengandung organisme yang telah terbentuk sebelumnya maupun bagian-bagiannya, dan ia terdiri dari massa yang awalnya homogen. Berbeda dengan para preformis, pandangan K.F. Wolff dan pendukung epigenesis lainnya bersifat progresif pada masanya, karena mengandung gagasan pengembangan. Namun, di masa depan, momen baru muncul. Secara khusus, pada tahun 1828 K. Baer menerbitkan karyanya History of the Development of Animals, di mana ia menunjukkan bahwa isi telur bersifat heterogen, yaitu terstruktur, dan tingkat strukturnya meningkat seiring dengan perkembangan embrio. Dengan demikian, K. Baer menunjukkan inkonsistensi baik preformisme dan epigenesis.

Pertumbuhan dan perkembangan adalah sifat yang paling penting dari makhluk hidup. Pertumbuhan adalah pertambahan massa seluruh organisme sebagai akibat bertambahnya jumlah sel, sedangkan perkembangan adalah perubahan kualitatif organisme, yang ditentukan oleh diferensiasi sel dan morfogenesis, yang memberikan perubahan progresif pada individu, dari telur. ke keadaan dewasa mereka.

Ontogenesis (dari bahasa Yunani. ke atas - makhluk, asal - perkembangan) adalah sejarah (siklus) perkembangan individu, dimulai dengan pembentukan sel germinal yang memberinya asal dan berakhir dengan kematiannya. Konsep ontogeni didasarkan pada data tentang pertumbuhan, perkembangan, dan diferensiasi. Studi tentang dasar-dasar dasar ontogeni sangat penting untuk memahami biologi manusia.

Data modern tentang perkembangan organisme menolak baik preformisme maupun epigenesis. Dalam kerangka konsep modern, perkembangan organisme dipahami sebagai proses di mana struktur yang terbentuk lebih awal mendorong perkembangan struktur selanjutnya. Proses perkembangan ditentukan secara genetik dan erat kaitannya dengan lingkungan. Akibatnya, pembangunan ditentukan oleh kesatuan faktor internal dan eksternal.

KESATUAN PERTUMBUHAN DAN PERKEMBANGAN

Pertumbuhan suatu organisme adalah peningkatan bertahap dalam massa dan perubahan bentuk sebagai akibat dari peningkatan jumlah sel dan diferensiasinya, pembentukan jaringan dan organ, dan perubahan biokimia dalam sel dan jaringan. Dengan demikian, pertumbuhan merupakan hasil dari perubahan kuantitatif berupa pertambahan jumlah sel (berat badan) dan perubahan kualitatif berupa diferensiasi sel dan morfogenesis. Diferensiasi sel adalah proses di mana beberapa sel menjadi berbeda secara morfologis, biokimia, dan fungsional dari sel lain. Reproduksi dan diferensiasi beberapa sel selalu dikoordinasikan dengan pertumbuhan dan diferensiasi sel lainnya. Kedua proses ini terjadi di seluruh siklus hidup suatu organisme. Karena sel yang berdiferensiasi mengubah bentuknya, dan kelompok sel terlibat dalam perubahan bentuk, ini disertai dengan morfogenesis, yang merupakan serangkaian proses yang menentukan organisasi struktural sel dan jaringan, serta morfologi umum organisme.

Pertumbuhan dapat diukur dengan memplot kurva ukuran tubuh, berat badan, berat kering, jumlah sel, kandungan nitrogen, dan indikator lain dari pengukuran.

ONTOGENESIS DAN JENISNYA. PERIODISASI ONTOGENESIS

Ontogenesis, tergantung pada sifat perkembangan organisme, diketik secara langsung dan tidak langsung, sehubungan dengan itu perkembangan langsung dan tidak langsung dibedakan. Perkembangan langsung organisme di alam terjadi dalam bentuk perkembangan non-larva dan intrauterin, sedangkan perkembangan tidak langsung diamati dalam bentuk perkembangan larva. Berbeda dengan ontogeni, kategori spesies adalah filogeni.

Perkembangan larva. Perkembangan ini dipahami sebagai perkembangan tidak langsung, karena organisme dalam perkembangannya memiliki satu atau lebih tahap larva. Perkembangan larva khas untuk serangga, amfibi, dan echinodermata. Larva hewan-hewan ini menjalani cara hidup yang mandiri, kemudian mengalami transformasi. Oleh karena itu, perkembangan ini disebut juga perkembangan dengan metamorfosis (lihat di bawah).

Perkembangan non-larva. Bentuk perkembangan ini merupakan ciri organisme yang berkembang secara langsung, misalnya pada ikan, reptil, dan burung, yang telurnya kaya akan kuning telur (bahan hara). Karena itu, sebagian besar ontogenesis terjadi pada telur yang diletakkan di lingkungan eksternal. Metabolisme embrio disediakan dengan mengembangkan organ sementara, yaitu membran embrio (kantung kuning telur, amnion, allantois).

Perkembangan intrauterin. Perkembangan ini juga merupakan ciri organisme yang berkembang secara langsung, misalnya mamalia, termasuk manusia. Karena telur organisme ini sangat miskin nutrisi, semua fungsi vital embrio disediakan oleh tubuh ibu melalui pembentukan organ sementara dari jaringan ibu dan embrio, di antaranya plasenta adalah yang utama. Secara evolusi, perkembangan intrauterin adalah bentuk terbaru, tetapi paling bermanfaat bagi embrio, karena secara efektif memastikan kelangsungan hidup mereka.

Ontogenesis dibagi menjadi periode pro-embrionik, embrionik dan postembrionik. Dalam kasus seseorang, periode perkembangan sebelum kelahiran disebut prenatal atau antenatal, setelah lahir - postnatal. Embrio yang berkembang sebelum pembentukan dasar organ disebut embrio, setelah pembentukan dasar organ - janin.

PERKEMBANGAN PROEMBRYONAL

Periode dalam perkembangan individu organisme ini dikaitkan dengan pembentukan gamet dalam proses gametogenesis. Sel germinal jantan tidak berbeda secara signifikan dari sel lain, sedangkan telur berbeda karena mengandung banyak kuning telur. Dengan mempertimbangkan jumlah kuning telur dan distribusinya dalam oosit, yang terakhir diklasifikasikan menjadi tiga jenis:

1) oosit isosit, mengandung sedikit kuning telur, yang terlokalisasi secara merata di seluruh sel. Telur-telur ini dihasilkan oleh echinodermata (bulu babi), chordata bawah (lancelet), mamalia;

2) telur telolecital berisi sejumlah besar kuning telur, yang terkonsentrasi pada salah satu kutub - vegetatif. Telur tersebut dihasilkan oleh moluska, amfibi, reptil, dan burung. Misalnya, telur katak terdiri dari 50% kuning telur, telur ayam (dalam kehidupan sehari-hari telur ayam) - sebesar 95%. Sitoplasma dan nukleus terkonsentrasi pada kutub (hewan) lain dari oosit telolecital;

3) oosit sentrolesis, di mana ada sedikit kuning telur dan menempati posisi sentral. Sitoplasma terletak di pinggiran telur tersebut. Oosit centrolecytic diproduksi oleh arthropoda.

Periode pro-embrionik juga dicirikan oleh fakta bahwa selama periode ini proses metabolisme yang terkait dengan akumulasi molekul DNA terjadi pada gamet.

PERKEMBANGAN EMBRIO

Embriogenesis (dari bahasa Yunani. etbriop - embrio), atau periode embrionik, dimulai dengan peleburan sel germinal jantan dan betina, yang merupakan proses pembuahan sel telur.

Pada organisme yang ditandai dengan perkembangan intrauterin, periode embrio berakhir dengan kelahiran, dan pada organisme yang dicirikan oleh jenis perkembangan larva dan non-larva, periode embrionik berakhir dengan pelepasan organisme dari sel telur atau membran embrio. . Dalam periode embrionik, tahapan zigot, pembelahan, blastula, pembentukan lapisan germinal, histogenesis dan organogenesis dibedakan.

zigot.Fertilisasi adalah serangkaian proses di mana sel reproduksi pria memulai perkembangan sel telur. Dalam sel telur gamet jantan yang diaktifkan, sejumlah proses fisik dan kimia terjadi, termasuk peningkatan sintesis protein. Pergerakan protoplasma mengarah pada pembentukan simetri bilateral sel telur. Inti bergabung, set kromosom diploid dipulihkan. Dengan demikian, organisme bersel tunggal dibuat.

Berpisah.Ini mewakili periode awal perkembangan zigot (telur yang dibuahi), yang terdiri dari pembelahan zigot dengan mitosis. Pembelahan dimulai dengan munculnya alur pada permukaan sel telur. Alur pertama mengarah pada pembentukan dua sel - dua blastomer, yang kedua - empat blastomer, yang ketiga - delapan blastomer (Gbr. 25). Sekelompok sel yang terbentuk sebagai hasil pembelahan berturut-turut disebut morula (dari lat. morum- murbei).

Signifikansi biologis dari tahap ini terletak pada kenyataan bahwa dari sel besar, yaitu telur, sel-sel yang lebih kecil terbentuk, di mana rasio sitoplasma terhadap nukleus berkurang.

Fragmentasi zigot berakhir dengan pembentukan struktur multiseluler yang disebut blastula (dari bahasa Yunani. blasto - tumbuh). Struktur ini berbentuk gelembung yang disebut blastoderm dan terdiri dari satu lapis sel. Sel-sel ini sekarang disebut sel embrionik. Ukuran blastula mirip dengan sel telur. Selama periode pembelahan, jumlah inti dan jumlah total DNA meningkat. Sejumlah kecil mRNA dan tRNA juga disintesis, sedangkan RNA ribosomal belum terdeteksi.

Semua hewan melewati tahap blastula, tetapi dalam setiap kasus ada kekhasan. Pada mamalia, pembelahan tidak merata, sehingga morula terdiri dari jumlah sel yang berbeda. Selain itu, struktur yang disebut trofoblas terbentuk dari bagian sel,

Larva Blastocel Kecebong

formulir

Beras. 25.Penghancuran zigot dan pembentukan blastula pada organisme yang berbeda: 1 - sel telur asli; 2 - dua blastomer; 3 - empat blastomer; 4 - delapan blastomer; 5 - blastula; 6 - bentuk dewasa

yang sel-selnya memberi makan embrio dan, berkat enzim, memastikan masuknya yang terakhir ke dinding rahim. Kemudian, sel-sel trofoblas terkelupas dari embrio dan membentuk gelembung, yang berisi cairan dari jaringan rahim.

Signifikansi biologis dari tahap ini terletak pada kenyataan bahwa dari sel besar, yang merupakan ovum, sel-sel yang lebih kecil terbentuk, di mana rasio sitoplasma terhadap nukleus berkurang dan nukleus memiliki lingkungan sitoplasma baru.

Gastrulasi(dari bahasa Yunani. lambung - rongga pembuluh). Ini adalah proses pergerakan sel embrio setelah pembentukan blastula, yang disertai dengan pembentukan dua atau tiga (tergantung pada jenis hewan) lapisan embrio, atau disebut lapisan germinal (Gbr. 26) .

Perkembangan (gastrulasi) telur isosital terjadi dengan invaginasi (invaginasi) kutub vegetatif ke dalam blastula, akibatnya kutub yang berlawanan hampir menyatu, dan blastocoel (rongga blastula) hampir atau sepenuhnya menghilang. Luar

Beras. 26.Gastrulasi pada berbagai organisme: 1 - blastosel; 2 - mesenkim primer; 3, 4, 5 - usus utama

lapisan sel embrio disebut ektoderm (dari bahasa Yunani. ectos - di luar, kulit - kulit), atau lapisan germinal luar, sedangkan lapisan dalam adalah endoderm (dari bahasa Yunani. ento - dalam), atau lapisan germinal bagian dalam. Rongga yang dihasilkan disebut gastrocoel, atau usus primer, pintu masuknya disebut blastopore (mulut primer).

Perkembangan dua lapisan germinal adalah karakteristik spons dan coelenterata. Namun, chordata selama gastrulasi dicirikan oleh perkembangan lapisan kuman ketiga - mesoderm (dari bahasa Yunani. meso - tengah), terbentuk antara ektoderm dan endoderm.

Gastrulasi adalah prasyarat yang diperlukan untuk tahap perkembangan selanjutnya, karena menempatkan sel pada posisi yang membuka kemungkinan pembentukan organ. Materi embrio yang berdiferensiasi menjadi tiga bagian embrio memunculkan semua jaringan dan organ embrio yang sedang berkembang.

Perkembangan (diferensiasi) lapisan germinal disertai dengan fakta bahwa berbagai jaringan dan organ terbentuk darinya. Secara khusus, epidermis kulit, kuku dan rambut, kelenjar sebaceous dan keringat, sistem saraf (otak, sumsum tulang belakang, ganglia, saraf), sel reseptor organ sensorik, lensa mata, epitel mulut , rongga hidung dan anus, gigi -

naya email. Endoderm mengembangkan epitel kerongkongan, lambung, usus, kandung empedu, trakea, bronkus, paru-paru, uretra, serta hati, pankreas, tiroid, paratiroid dan kelenjar timus. Otot polos, otot rangka dan jantung, dermis, jaringan ikat, tulang dan tulang rawan, dentin gigi, darah dan pembuluh darah, mesenterium, ginjal, testis dan ovarium berkembang dari mesoderm. Pada manusia, otak dan sumsum tulang belakang adalah yang pertama terpisah. Setelah 2 bulan, hampir semua struktur tubuh muncul. Hubungan embrio dengan lingkungan dilakukan melalui organ sementara. Organogenesis berakhir pada akhir periode embrionik. Jika bukaan mulut definitif terbentuk di lokasi mulut primer (blastopore), maka hewan ini disebut protostom (cacing, moluska, artropoda).

Jika mulut definitif terbentuk di tempat yang berlawanan, maka hewan ini disebut deuterostoma (echinodermata, chordata).

Untuk memastikan hubungan embrio dengan lingkungan, digunakan apa yang disebut organ sementara, yang ada sementara. Tergantung pada jenis oosit, organ sementara adalah struktur yang berbeda. Pada ikan, reptil, dan burung, kantung kuning telur termasuk dalam organ sementara. Pada mamalia, kantung kuning telur terbentuk pada awal embriogenesis, tetapi tidak berkembang. Nanti dikurangi. Kulit luar embrio disebut korion. Itu tumbuh ke dalam rahim. Tempat pertumbuhan terbesar ke dalam rahim disebut plasenta. Janin terhubung ke plasenta melalui tali pusat, atau tali pusat, yang berisi pembuluh darah yang menyediakan sirkulasi darah plasenta. Metabolisme janin disediakan melalui plasenta.

Interaksi pembentukan-bentuk dari bagian-bagian embrio didasarkan pada proses metabolisme yang terkoordinasi dengan cara tertentu. Keteraturan perkembangan adalah heterokronisme, yang dipahami sebagai perbedaan waktu pembentukan tunas organ dan intensitas perkembangannya yang berbeda. Organ dan sistem yang seharusnya mulai berfungsi lebih awal berkembang lebih cepat. Misalnya, pada manusia, dasar tungkai atas berkembang lebih cepat daripada yang lebih rendah.

Embrio sangat sensitif terhadap berbagai pengaruh. Oleh karena itu, ada masa-masa kritis, yaitu masa-masa ketika embrio paling peka terhadap faktor-faktor yang merusak. Dalam kasus manusia, periode kritis ontogenesis embrionik

adalah hari-hari pertama setelah pembuahan, waktu pembentukan plasenta dan persalinan.

Inti sel somatik mampu memastikan perkembangan normal oosit, yang ditemukan dalam percobaan transplantasi inti sel somatik ke dalam oosit tanpa inti.

Eksperimen juga menunjukkan bahwa transformasi blastomer individu dari embrio domba 8 dan 16 sel dari satu breed menjadi setengah bebas inti dari telur (setelah memotong yang terakhir menjadi dua) dari breed lain disertai dengan pengembangan yang layak. embrio dan kelahiran anak domba.

Sejak zaman Hippocrates (abad ke-5 SM), pertanyaan tentang alasan yang memulai kelahiran janin telah dibahas. Secara khusus, Hippocrates sendiri berasumsi bahwa perkembangan janin memulai kelahirannya sendiri. Karya eksperimental terbaru dari peneliti Inggris, yang dilakukan pada domba, menunjukkan bahwa pada domba, inisiasi beranak dikendalikan oleh kompleks hipotalamus + kelenjar hipofisis + kelenjar adrenal janin. Kerusakan inti hipotalamus, pengangkatan lobus anterior kelenjar pituitari atau kelenjar adrenal memperpanjang kehamilan pada domba. Sebaliknya, pemberian hormon adenokortikotropik (sekresi kelenjar hipofisis anterior) atau kortisol (sekresi kelenjar adrenal) pada domba memperpendek kebuntingan.

Jadi, dalam proses perkembangan eukariota yang lebih tinggi, satu sel zigot yang dibuahi dalam perkembangan lebih lanjut sebagai hasil mitosis memunculkan sel-sel dari berbagai jenis - epitel, saraf, tulang, sel darah, dan lainnya, yang dicirikan oleh berbagai morfologi dan komposisi makromolekul. Namun, sel-sel dari jenis yang berbeda juga dicirikan oleh fakta bahwa mereka mengandung set gen yang sama, tetapi sangat terspesialisasi, hanya melakukan satu atau beberapa fungsi spesifik, yaitu, beberapa gen "bekerja" dalam sel, sementara yang lain tidak aktif. Sebagai contoh,

Beras. 27. Perkembangan kembar monozigot

hanya eritrosit yang spesifik dalam sintesis dan penyimpanan hemoglobin. Demikian pula, hanya sel-sel epidermis yang mensintesis keratin. Oleh karena itu, untuk waktu yang lama, muncul pertanyaan tentang identitas genetik inti sel somatik dan tentang mekanisme kontrol perkembangan telur yang dibuahi sebagai prasyarat dalam pengetahuan tentang mekanisme yang mendasari diferensiasi sel. Sel punca sangat penting dalam diferensiasi sel (lihat di bawah). Percobaan pada tikus telah menunjukkan bahwa sel-sel dari satu jenis mampu diubah menjadi sel-sel dari jenis lain. Secara khusus, telah ditunjukkan bahwa sel-sel hati yang berdiferensiasi atau berdiferensiasi diubah menjadi sel-sel pankreas.

Sejak tahun 50-an. abad XX Di banyak laboratorium, percobaan telah dilakukan pada transplantasi inti sel somatik yang berhasil ke dalam oosit yang secara artifisial kehilangan inti mereka sendiri. Studi DNA dari inti sel yang berbeda telah menunjukkan bahwa di hampir semua kasus, genom mengandung rangkaian pasangan nukleotida yang sama. Pengecualian diketahui ketika eritrosit mamalia kehilangan intinya selama tahap terakhir diferensiasi. Tapi saat ini kolam berhenti

mRNA hemoglobin ini telah disintesis, sehingga nukleus tidak lagi dibutuhkan oleh eritrosit. Contoh lain adalah gen untuk imunoglobulin dan sel T yang dimodifikasi selama perkembangan.

Salah satu tahap utama dalam memahami mekanisme kontrol ontogenesis embrionik adalah hasil eksperimen yang dilakukan pada tahun 1960-1970. oleh peneliti Inggris D. Gerdon untuk mengetahui apakah inti sel somatik memiliki kemampuan untuk memastikan perkembangan oosit lebih lanjut, jika inti ini dimasukkan ke dalam oosit, dari mana inti mereka sendiri sebelumnya telah dihilangkan. dalam gambar. 28 menunjukkan diagram salah satu eksperimen ini, di mana inti sel somatik kecebong ditransplantasikan ke telur katak dengan inti yang sebelumnya dihilangkan. Eksperimen ini menunjukkan bahwa inti sel somatik memang dapat menyediakan perkembangan lebih lanjut dari oosit, karena mereka mampu membuahi oosit dan "memaksa" mereka untuk berkembang lebih lanjut. Ini membuktikan kemungkinan kloning hewan.

Beras. 28.Skema percobaan transplantasi inti sel somatik ke dalam telur non-nuklir (D. Gerdon, 1968)

Kemudian, peneliti lain melakukan eksperimen di mana ditunjukkan bahwa transfer blastomer individu dari embrio domba berumur 8 dan 16 hari dari satu breed ke setengah sel telur yang tidak berinti (setelah memotong yang terakhir menjadi dua) dari jenis lain disertai dengan pembentukan embrio yang layak, diikuti dengan kelahiran anak domba.

Pada awal tahun 1997, penulis Inggris menemukan bahwa pengenalan inti sel somatik (sel embrio, janin atau ambing domba dewasa) ke dalam inti telur domba yang dihilangkan secara artifisial, dan kemudian implantasi telur yang dibuahi dengan cara ini ke dalam rahim domba. , disertai dengan terjadinya kehamilan, diikuti dengan kelahiran anak domba ( gbr. 29). Salah satu domba itu bernama Dolly. Dolly meninggal pada tahun 2003. Selama waktu ini, embrio tikus, sapi, kelinci, kuda, tikus, dan hewan lainnya diperoleh.

Pengenalan budaya ke dalam tubuh ibu

Beras. 29.Transplantasi inti sel somatik menjadi telur non-nuklir

Evaluasi hasil ini menunjukkan bahwa mamalia dapat direproduksi secara aseksual, menghasilkan keturunan hewan yang selnya mengandung bahan inti dari pihak ayah atau ibu, tergantung pada jenis kelamin domba donor. Dalam sel seperti itu

hanya sitoplasma dan mitokondria yang berasal dari ibu. Kesimpulan ini memiliki signifikansi biologis umum yang sangat penting, memperluas pandangan kita tentang potensi reproduksi hewan. Tetapi penting juga untuk menambahkan itu itu datang tentang manipulasi genetik yang tidak ada di alam. Di sisi lain, dalam istilah praktis, manipulasi genetik ini mewakili cara langsung untuk mengkloning hewan yang sangat terorganisir dengan sifat yang diinginkan, yang sangat penting secara ekonomi. Dalam istilah medis, jalan ini dapat digunakan di masa depan untuk mengatasi infertilitas pria.

Jadi, informasi genetik yang diperlukan untuk perkembangan normal embrio tidak hilang selama diferensiasi sel oleh apa yang disebut sel punca, yang memiliki potensi untuk berkembang menjadi berbagai jenis sel dalam tubuh. Ketika sel punca membelah, setiap sel baru memiliki potensi untuk tetap menjadi sel punca atau menjadi sel dengan fungsi yang lebih khusus (sel otot, sel darah, atau sel otak). Telur yang dibuahi bersifat totipotensi karena menghasilkan berbagai jenis sel dalam tubuh. Sel punca totipoten dapat menghasilkan semua jenis sel selain yang diperlukan untuk perkembangan janin. Sel induk, yang dapat menimbulkan berbagai jenis sel, biasanya disebut sebagai: multi-kuat sel. Telah ditetapkan bahwa sel punca dewasa dapat menghasilkan sel yang berdiferensiasi dari jaringan embrionik yang tidak terikat. Sel somatik juga memiliki sifat yang disebut totipotensi, yaitu genomnya mengandung semua informasi yang mereka terima dari sel telur yang dibuahi, yang memunculkannya sebagai hasil diferensiasi. Kehadiran data ini tidak diragukan lagi berarti bahwa diferensiasi sel tunduk pada kontrol genetik. Penelitian sel induk memiliki implikasi untuk kedokteran.

Ditemukan bahwa sintesis protein intensif setelah pembuahan pada sebagian besar eukariota tidak disertai dengan sintesis mRNA. Studi oogenesis pada vertebrata, khususnya pada amfibi, menunjukkan bahwa transkripsi intensif terjadi bahkan selama profase I (terutama diplonema) meiosis. Oleh karena itu, transkrip gen dalam bentuk molekul mRNA atau pro-mRNA disimpan dalam oosit dalam keadaan dorman. Telah ditetapkan bahwa dalam sel embrio ada apa yang disebut asimetri.

Pembelahan tiga dimensi, yang terdiri dari fakta bahwa pembelahan sel embrio menghasilkan dua sel, di mana hanya satu yang mewarisi protein yang terlibat dalam transkripsi. Dengan demikian, distribusi faktor transkripsi yang tidak merata antara sel anak menyebabkan ekspresi set gen yang berbeda di dalamnya setelah pembelahan, yaitu, diferensiasi sel.

Pada amfibi dan, mungkin, pada sebagian besar vertebrata, program genetik yang mengendalikan perkembangan awal (hingga tahap blastula) ditetapkan selama ovogenesis. Tahap perkembangan selanjutnya, ketika diferensiasi sel dimulai (kira-kira, dari tahap gastrula), memerlukan program baru untuk ekspresi gen. Dengan demikian, diferensiasi sel dikaitkan dengan pemrograman ulang informasi genetik dalam satu arah atau lainnya.

Ciri khas diferensiasi sel adalah bahwa hal itu secara ireversibel mengarah ke satu jenis sel atau lainnya. Proses ini disebut tekad dan juga di bawah kendali genetik, dan sekarang diasumsikan bahwa diferensiasi dan penentuan sel diatur oleh interaksi sel berdasarkan sinyal yang dilakukan oleh faktor pertumbuhan peptida melalui reseptor tirosin kinase. Mungkin ada banyak sistem seperti itu. Salah satunya adalah diferensiasi sel otot dan saraf diatur oleh neuroregulin, yaitu protein membran yang bekerja melalui satu atau lebih reseptor tirosin kinase.

Kontrol genetik penentuan juga ditunjukkan oleh adanya apa yang disebut mutasi homeiotropik atau homeotik, yang, seperti yang ditunjukkan pada serangga, menyebabkan perubahan selama penentuan dalam cakram imajinal tertentu. Akibatnya, beberapa bagian tubuh berkembang tidak pada tempatnya. Misalnya, pada lalat buah, mutasi mengubah penentuan piringan antena menjadi piringan yang berkembang menjadi apendiks anggota badan yang memanjang dari kepala. Pada serangga dari genus Oftalmoptera struktur sayap dapat berkembang dari cakram mata. Pada tikus, ditunjukkan keberadaan kluster (kompleks) gen Hox, yang terdiri dari 38 gen dan mengontrol perkembangan anggota badan.

Pertanyaan tentang regulasi aktivitas gen selama periode perkembangan embrio adalah penting secara independen. Diyakini bahwa selama diferensiasi, gen bertindak pada waktu yang berbeda, yang diekspresikan

dalam transkripsi di berbagai sel yang berbeda dari mRNA yang berbeda, yaitu, ada represi dan derepresi gen. Misalnya, jumlah gen yang ditranskripsi menjadi RNA dalam blastosit landak laut, sama dengan 10%, pada sel hati tikus - juga 10%, dan pada sel timus sapi - 15%. Diasumsikan bahwa protein non-histone terlibat dalam kontrol status transkripsi gen. Dugaan ini didukung oleh data berikut. Ketika kromatin sel berada dalam fase S ditranskripsikan dalam sistem in vitro, maka hanya histon mRNA yang disintesis, diikuti oleh histon. Sebaliknya, ketika kromatin sel dari fase digunakan, maka tidak ada mRNA histon yang disintesis. Ketika protein non-histon dikeluarkan dari kromatin (fase 1 dan digantikan oleh protein kromosom non-histon yang disintesis dalam fase S, kemudian setelah transkripsi kromatin tersebut in vitro mRNA histon disintesis. Selain itu, tidak ada mRNA histon yang disintesis ketika protein non-histon berasal dari (1 fase seluler, dan DNA dan histon dari sel fase S. Hasil ini menunjukkan bahwa protein non-histon yang terkandung dalam kromatin menentukan kemampuan transkripsi gen yang mengkode histon. percaya bahwa protein kromosom non-histone mungkin memainkan peran penting dalam regulasi dan ekspresi gen pada eukariota.

Data yang tersedia menunjukkan bahwa protein dan hormon steroid terlibat dalam regulasi transkripsi pada hewan. Hormon protein (insulin) dan steroid (estrogen dan testosteron) adalah dua sistem pensinyalan yang digunakan dalam komunikasi antar sel. Pada hewan tingkat tinggi, hormon disintesis dalam sel sekretori khusus. Ketika dilepaskan ke dalam aliran darah, mereka memasuki jaringan. Karena molekul hormon protein relatif besar, mereka tidak menembus ke dalam sel, oleh karena itu efeknya disediakan oleh protein reseptor yang terlokalisasi di membran sel target dan tingkat intraseluler AMP siklik (cAMP). Sebaliknya, hormon steroid adalah molekul kecil, akibatnya mereka dengan mudah menembus ke dalam sel melalui membran. Begitu berada di dalam sel, mereka mengikat protein reseptor spesifik yang ditemukan di sitoplasma hanya sel target. Dipercayai bahwa kompleks hormon - reseptor protein, berkonsentrasi dalam inti sel target, mereka mengaktifkan transkripsi gen tertentu melalui interaksi dengan tertentu

mi protein non-histone yang mengikat ke daerah promotor gen tertentu. Oleh karena itu, pengikatan kompleks hormon + protein (reseptor protein) dengan protein non-histone, membebaskan daerah promotor untuk pergerakan RNA polimerase. Meringkas data tentang kontrol genetik periode embrionik dalam ontogeni organisme, kita dapat menyimpulkan bahwa jalannya dikendalikan oleh pengaktifan dan penonaktifan diferensial aksi gen dalam sel (jaringan) yang berbeda melalui derepresi dan represinya.

PERKEMBANGAN PASCA-EMBRIO

Setelah kelahiran suatu organisme, perkembangan postembrioniknya dimulai (postnatal untuk manusia), yang pada organisme yang berbeda berlangsung dari beberapa hari hingga ratusan tahun, tergantung pada spesiesnya. Akibatnya, harapan hidup adalah karakteristik spesies organisme yang tidak bergantung pada tingkat organisasi mereka (lihat di bawah).

Dalam ontogenesis postembrionik, periode remaja dan pubertas dibedakan, serta periode usia tua yang berakhir dengan kematian.

Masa remaja. Periode ini (dari lat. remaja- muda) ditentukan oleh waktu dari kelahiran organisme hingga pubertas. Ini berlangsung dengan cara yang berbeda dan tergantung pada jenis ontogenesis organisme. Periode ini ditandai dengan perkembangan baik langsung maupun tidak langsung.

Dalam kasus organisme yang dicirikan oleh perkembangan langsung (banyak invertebrata, ikan, reptil, burung, mamalia, manusia), menetas dari selaput telur atau bayi baru lahir mirip dengan bentuk dewasa, berbeda dari yang terakhir hanya dalam ukuran yang lebih kecil, serta keterbelakangan organ individu dan proporsi tubuh yang tidak sempurna (Gbr. 30).

Ciri khas pertumbuhan pada periode remaja organisme yang mengalami perkembangan langsung adalah bahwa terjadi peningkatan jumlah dan ukuran sel, dan proporsi tubuh berubah. Pertumbuhan seseorang pada periode yang berbeda dari ontogenesisnya ditunjukkan pada Gambar. 31. Pertumbuhan organ manusia yang berbeda tidak merata. Misalnya, pertumbuhan kepala berakhir pada masa kanak-kanak, kaki mencapai ukuran proporsional sekitar 10 tahun. Alat kelamin luar tumbuh sangat cepat pada usia 12-14 tahun. Bedakan antara pertumbuhan pasti dan tidak terbatas. Pertumbuhan tertentu adalah ciri organisme yang berhenti tumbuh pada umur tertentu,

misalnya serangga, mamalia, manusia. Pertumbuhan yang tidak menentu merupakan ciri organisme yang tumbuh sepanjang hidupnya, misalnya moluska, ikan, amfibi, reptil, dan berbagai jenis tumbuhan.

Beras. tigapuluh.Perkembangan langsung dan tidak langsung organisme dari berbagai jenis

Dalam kasus perkembangan tidak langsung, organisme mengalami transformasi yang disebut metamorfosis (dari lat. metamorfosis - transformasi).

Beras. 31.Pertumbuhan dan perkembangan dalam berbagai periode ontogenesis manusia

Mereka mewakili modifikasi organisme dalam proses perkembangan. Metamorfosis tersebar luas pada coelenterata (hydra, ubur-ubur, polip karang), cacing pipih (fasciola), cacing gelang (roundworms), moluska (tiram, remis, gurita), artropoda (udang karang, kepiting sungai, lobster, udang, kalajengking, laba-laba, tungau, serangga) dan bahkan di beberapa chordata (tunikata dan amfibi). Pada saat yang sama, metamorfosis lengkap dan tidak lengkap dibedakan. Bentuk metamorfosis yang paling ekspresif diamati pada serangga, yang mengalami metamorfosis tidak sempurna dan sempurna.

Transformasi tidak sempurna adalah perkembangan di mana suatu organisme muncul dari membran telur, yang strukturnya mirip dengan organisme dewasa, tetapi ukurannya jauh lebih kecil. Organisme seperti itu disebut larva. Dalam proses pertumbuhan dan perkembangan, ukuran larva meningkat, tetapi penutup kitin yang ada mencegah peningkatan lebih lanjut dalam ukuran tubuh, yang menyebabkan molting, yaitu pelepasan penutup kitin, di mana kutikula lunak berada. . Yang terakhir diluruskan, dan ini disertai dengan peningkatan ukuran hewan. Setelah beberapa kali berganti kulit, hewan tersebut mencapai kedewasaan. Transformasi yang tidak lengkap adalah karakteristik, misalnya, dalam kasus kutu busuk.

Transformasi lengkap adalah perkembangan di mana larva dilepaskan dari membran telur, yang sangat berbeda

dalam struktur dari orang dewasa. Misalnya, ulat adalah larva pada kupu-kupu dan banyak serangga. Ulat rentan terhadap molting, dan mereka dapat berganti kulit beberapa kali, kemudian berubah menjadi kepompong. Dari yang terakhir, bentuk dewasa (imago) berkembang, yang tidak berbeda dari yang asli.

Pada vertebrata, metamorfosis ditemukan di antara amfibi dan ikan bertulang. Tahap larva ditandai dengan adanya organ visual, yang mengulangi karakteristik nenek moyang, atau memiliki makna adaptif yang jelas. Misalnya kecebong, yang merupakan bentuk larva katak dan mengulangi ciri-ciri bentuk aslinya, dicirikan oleh bentuk seperti ikan, adanya pernapasan insang dan satu lingkaran peredaran darah. Ciri-ciri adaptif berudu adalah pengisap dan usus panjangnya. Ini juga merupakan karakteristik bentuk larva bahwa, dibandingkan dengan bentuk dewasa, mereka ternyata beradaptasi dengan kehidupan dalam kondisi yang sama sekali berbeda, menempati ceruk ekologis yang berbeda dan tempat yang berbeda dalam rantai makanan. Misalnya, larva katak memiliki pernapasan insang, sedangkan bentuk dewasa memiliki pernapasan paru. Tidak seperti bentuk dewasa, yang merupakan karnivora, larva katak memakan makanan nabati.

Urutan peristiwa dalam perkembangan organisme sering disebut sebagai siklus hidup, yang bisa sederhana atau kompleks. Siklus perkembangan paling sederhana adalah karakteristik, misalnya, untuk mamalia, ketika suatu organisme berkembang dari telur yang dibuahi, yang lagi-lagi menghasilkan telur, dll. Siklus biologis kompleks adalah siklus pada hewan, yang dicirikan oleh perkembangan dengan metamorfosis. Pengetahuan tentang siklus biologis sangat penting secara praktis, terutama dalam kasus di mana organisme adalah agen penyebab atau vektor penyakit hewan dan tumbuhan.

Perkembangan dan diferensiasi yang terkait dengan metamorfosis adalah hasil seleksi alam, karena banyak bentuk larva, seperti ulat serangga dan berudu katak, lebih baik beradaptasi dengan lingkungan daripada bentuk dewasa dewasa.

Masa pubertas. Periode ini juga disebut matang, dan ini terkait dengan kematangan seksual organisme. Perkembangan organisme selama periode ini mencapai maksimum.

Pertumbuhan dan perkembangan pada masa postembrionik sangat dipengaruhi oleh faktor lingkungan. Untuk tanaman, faktor yang menentukan adalah cahaya, kelembaban, suhu, kuantitas dan kualitas nutrisi dalam tanah. Untuk hewan, pemberian makan yang lengkap sangat penting (keberadaan protein, karbohidrat, lipid, garam mineral, vitamin, unsur mikro dalam pakan). Oksigen, suhu, cahaya (sintesis vitamin D) juga penting.

Pertumbuhan dan perkembangan individu organisme hewan tunduk pada regulasi neurohumoral oleh mekanisme regulasi humoral dan saraf. Pada tumbuhan ditemukan zat aktif mirip hormon yang disebut fitohormon. Yang terakhir mempengaruhi fungsi vital organisme tanaman.

Dalam sel hewan, dalam proses aktivitas vital, zat aktif kimia disintesis yang memengaruhi proses aktivitas vital. Sel saraf invertebrata dan vertebrata menghasilkan zat yang disebut neurosecretaries. Kelenjar endokrin, atau internal, sekresi juga mengeluarkan zat yang disebut hormon. Kelenjar endokrin, khususnya yang berhubungan dengan pertumbuhan dan perkembangan, diatur oleh neurosekresi. Pada arthropoda, pengaturan pertumbuhan dan perkembangan sangat baik ditunjukkan oleh contoh efek hormon pada molting. Sintesis sekresi larva oleh sel diatur oleh hormon yang menumpuk di otak. Di kelenjar khusus krustasea, hormon yang menghambat molting diproduksi. Tingkat hormon ini menentukan frekuensi molting. Serangga memiliki regulasi hormonal pematangan telur dan diapause.

Pada vertebrata, kelenjar endokrin adalah kelenjar pituitari, kelenjar pineal, tiroid, paratiroid, pankreas, kelenjar adrenal, dan gonad, yang terkait erat satu sama lain. Kelenjar pituitari pada vertebrata menghasilkan hormon gonadotropik yang merangsang aktivitas gonad. Pada manusia, hormon hipofisis mempengaruhi pertumbuhan. Dengan kekurangan, dwarfisme berkembang, dengan kelebihan, gigantisme. Kelenjar pineal menghasilkan hormon yang mempengaruhi fluktuasi musiman dalam aktivitas seksual hewan. Hormon tiroid mempengaruhi metamorfosis serangga dan amfibi. Pada mamalia, keterbelakangan kelenjar tiroid menyebabkan keterbelakangan pertumbuhan, keterbelakangan alat kelamin. Pada manusia, karena cacat pada kelenjar tiroid, pengerasan, pertumbuhan

(dwarfisme), pubertas tidak terjadi, perkembangan mental berhenti (kretinisme). Kelenjar adrenal menghasilkan hormon yang mempengaruhi metabolisme sel, pertumbuhan, dan diferensiasi. Kelenjar seks menghasilkan hormon seks yang menentukan karakteristik seks sekunder. Pengangkatan gonad menyebabkan perubahan ireversibel dalam sejumlah gejala. Misalnya, pada ayam yang dikebiri, pertumbuhan punggungan berhenti, naluri seksual hilang. Seorang pria yang dikebiri memperoleh kemiripan eksternal dengan seorang wanita (jenggot dan rambut di kulit tidak tumbuh, lemak disimpan di dada dan di daerah panggul, timbre suara dipertahankan, dll.).

Fitohormon tumbuhan adalah auksin, sitokinin, dan giberelin. Mereka mengatur pertumbuhan dan pembelahan sel, pembentukan akar baru, perkembangan bunga dan sifat-sifat tanaman lainnya.

Pada semua periode ontogenesis, organisme mampu memulihkan bagian tubuh yang hilang atau rusak. Sifat organisme ini disebut regenerasi, yang fisiologis dan reparatif.

Regenerasi fisiologis - itu adalah penggantian bagian tubuh yang hilang selama kehidupan tubuh. Regenerasi jenis ini sangat umum di dunia hewan. Misalnya, pada arthropoda, itu diwakili oleh molting, yang dikaitkan dengan pertumbuhan. Pada reptil, regenerasi diekspresikan dalam penggantian ekor dan sisik, pada burung - bulu, cakar, dan taji. Pada mamalia, contoh regenerasi fisiologis adalah penumpahan tanduk rusa tahunan.

Regenerasi reparatif - itu adalah pemulihan bagian tubuh organisme yang telah dirobek dengan paksa. Regenerasi jenis ini dimungkinkan pada banyak hewan, tetapi manifestasinya berbeda. Misalnya, sering terjadi di hydra dan dikaitkan dengan reproduksi yang terakhir, karena meregenerasi seluruh tubuh dari satu bagian. Pada organisme lain, regenerasi dimanifestasikan dalam bentuk kemampuan organ individu untuk beregenerasi setelah kehilangan bagian mana pun olehnya. Pada manusia, jaringan epitel, ikat, otot dan tulang memiliki kapasitas regeneratif yang cukup tinggi.

Tumbuhan dari banyak spesies juga mampu beregenerasi.

Data regenerasi sangat penting tidak hanya dalam biologi. Mereka banyak digunakan dalam pertanian, kedokteran, khususnya dalam operasi.

Usia tua sebagai tahap ontogenesis. Usia tua adalah tahap terakhir dari ontogenesis hewan, dan durasinya ditentukan

rentang hidup total, yang berfungsi sebagai karakteristik spesies dan tidak sama untuk hewan yang berbeda. Usia tua telah dipelajari paling akurat pada manusia.

Berbagai definisi tentang usia tua manusia dikenal. Secara khusus, salah satu definisi yang paling populer adalah bahwa usia tua adalah akumulasi dari perubahan berturut-turut yang menyertai peningkatan usia suatu organisme dan meningkatkan kemungkinan penyakit atau kematian. Ilmu tentang usia lanjut manusia disebut gerontologi (dari bahasa Yunani. geron - orang tua, orang tua, logo - ilmu). Tugasnya adalah mempelajari pola transisi usia antara kedewasaan dan kematian.

Penelitian ilmiah dalam gerontologi meluas ke berbagai bidang, mulai dari studi tentang perubahan aktivitas enzim seluler dan diakhiri dengan penjelasan tentang pengaruh mitigasi psikologis dan sosiologis dalam tekanan lingkungan terhadap perilaku orang tua.

Dalam kasus seseorang, usia tua fisiologis dibedakan; usia tua yang terkait dengan usia kalender; dan penuaan dini karena faktor sosial dan penyakit. Sesuai dengan rekomendasi WHO, orang tua harus dipertimbangkan usia urutan 60-75 tahun, dan tua - 75 tahun atau lebih.

Usia tua seseorang ditandai dengan sejumlah tanda eksternal dan internal.

Di antara tanda-tanda eksternal usia tua, yang paling terlihat adalah penurunan kelancaran gerakan, perubahan postur, penurunan elastisitas kulit, berat badan, elastisitas dan elastisitas otot, munculnya kerutan di wajah. dan bagian lain dari tubuh, dan kehilangan gigi. Jadi, misalnya, menurut data umum, seseorang pada usia 30 kehilangan 2 gigi (akibat kehilangan), pada usia 40 tahun - 4 gigi, pada usia 50 tahun - 8 gigi, dan pada usia 60 tahun - sudah 11 gigi. Sistem sinyal pertama mengalami perubahan yang nyata (ketajaman organ indera menjadi tumpul). Misalnya, jarak maksimum di mana orang sehat membedakan suara identik tertentu adalah 12 m pada usia 20-30 tahun, 10 m pada usia 50 tahun, 7 m pada usia 60 tahun, dan hanya 4 m pada usia 70 tahun. sistem sinyal (intonasi bicara berubah, suara menjadi tuli).

Di antara tanda-tanda internal, pertama-tama, kita harus menyebutkan tanda-tanda seperti perkembangan terbalik (involusi) organ. Ada penurunan ukuran hati dan ginjal, serta jumlahnya

jumlah nefron di ginjal (pada usia 80, hampir setengahnya), yang mengurangi fungsi ginjal dan mempengaruhi metabolisme air-elektrolit. Elastisitas pembuluh darah menurun, perfusi darah ke jaringan dan organ menurun, dan resistensi pembuluh darah perifer meningkat. Garam anorganik menumpuk di tulang, tulang rawan berubah (mengapur), dan kemampuan organ untuk beregenerasi menurun. Perubahan signifikan terjadi dalam sel, pembelahan dan pemulihan nada fungsionalnya melambat, kadar air berkurang, aktivitas enzim seluler berkurang, dan koordinasi antara asimilasi dan disimilasi terganggu. Sintesis protein terganggu di otak, mengakibatkan produksi protein abnormal. Viskositas membran sel meningkat, sintesis dan pemanfaatan hormon seks terganggu, dan terjadi perubahan struktur neuron. Perubahan struktural terjadi pada protein jaringan ikat dan elastisitas jaringan ini. Reaksi imunologis melemah, kemungkinan reaksi autoimun meningkat. Fungsi sistem endokrin, khususnya gonad, menurun. Perilaku tanda-tanda lain di usia tua ditunjukkan pada Gambar. 32.

Beras. 32.Perubahan beberapa karakteristik seseorang dengan bertambahnya usia: 1 - kecepatan konduksi impuls saraf; 2 - tingkat metabolisme dasar; 3 - indeks jantung; 4 - tingkat filtrasi ginjal untuk insulin; 5 - volume tidal paru-paru; 6 - tingkat aliran plasma di ginjal

Keinginan untuk memahami sifat penuaan tubuh telah muncul sejak lama. Di Yunani kuno, Hippocrates percaya bahwa penuaan dikaitkan dengan makanan yang berlebihan, kurangnya konsumsi udara segar... Menurut Aristoteles, penuaan disebabkan oleh pengeluaran energi panas oleh tubuh. Pentingnya makanan sebagai faktor penuaan juga dicatat oleh Galen. Tetapi untuk waktu yang lama, tidak ada cukup data ilmiah untuk memahami masalah ini secara objektif. Baru pada abad ke-19. dalam studi penuaan, ada beberapa kemajuan, teori penuaan mulai muncul.

Salah satu teori pertama yang terkenal tentang penuaan tubuh manusia adalah teori dokter Jerman H. Hufeland (1762-1836), yang menekankan pentingnya umur panjang. aktivitas tenaga kerja... Kami telah mendengar pernyataannya bahwa tidak ada satu pun orang malas yang hidup sampai tua. Bahkan lebih dikenal teori penuaan endokrin, yang berasal dari eksperimen yang dilakukan pada pertengahan abad kesembilan belas oleh Berthold (1849), yang menunjukkan bahwa transplantasi testis dari satu hewan ke hewan lain disertai dengan perkembangan karakteristik seksual sekunder. Kemudian, ahli fisiologi Prancis C. Brown-Séquard (1818-1894), berdasarkan hasil penyuntikan sendiri dengan ekstrak testis, berpendapat bahwa suntikan ini menghasilkan efek yang menguntungkan dan meremajakan. Pada awal abad XX. keyakinan telah berkembang bahwa permulaan usia tua dikaitkan dengan kepunahan aktivitas kelenjar endokrin, khususnya gonad. Pada 20-30-an. abad XX Berdasarkan kepercayaan ini, banyak operasi telah dilakukan di berbagai negara untuk meremajakan orang tua atau orang tua. Misalnya, G. Steinach di Austria mengikat korda spermatika pada pria, yang menyebabkan penghentian sekresi eksternal gonad dan konon menyebabkan beberapa peremajaan. S.A. Voronov di Prancis mentransplantasikan testis dari hewan muda ke hewan tua dan dari monyet ke pria, dan Tushnov di Uni Soviet meremajakan ayam jantan dengan menyuntikkan histolisat gonad kepada mereka. Semua operasi ini menyebabkan beberapa efek, tetapi hanya sementara. Setelah pengaruh ini, proses penuaan berlanjut, dan bahkan lebih intensif.

Pada awal abad XX. muncul teori mikrobiologi penuaan, penciptanya adalah I.I. Mechnikov, yang membedakan antara usia tua fisiologis dan patologis. Dia percaya bahwa usia tua seseorang adalah patologis, yaitu. prematur. Dasar dari I.I. Mechnikov membuat doktrin orthobiosis (orto -

benar, bios - kehidupan), yang menurutnya penyebab utama penuaan adalah kerusakan sel saraf oleh produk keracunan akibat pembusukan di usus besar. Mengembangkan doktrin gaya hidup normal (menghormati aturan kebersihan, pekerjaan teratur, pantangan dari kebiasaan buruk), I.I. Mechnikov juga mengusulkan metode untuk menekan bakteri pembusuk di usus dengan menggunakan produk susu fermentasi.

Di usia 30-an. abad XX tersebar luas teori tentang peran sistem saraf pusat (SSP) dalam penuaan. Pencipta teori ini adalah I.P. Pavlov, yang menetapkan peran integrasi sistem saraf pusat dalam fungsi normal organisme. Pengikut I.P. Pavlova dalam percobaan pada hewan menunjukkan bahwa penuaan dini disebabkan oleh guncangan saraf dan ketegangan saraf yang berkepanjangan.

Layak disebutkan teori perubahan terkait usia dalam jaringan ikat, diformulasikan pada tahun 30-an. abad XX A A. Bogomolet (1881-1946). Dia percaya bahwa aktivitas fisiologis tubuh disediakan oleh jaringan ikat (jaringan tulang, tulang rawan, tendon, ligamen, dan jaringan ikat fibrosa) dan bahwa perubahan keadaan koloid sel, hilangnya turgor, dll., menentukan usia- perubahan terkait pada organisme. Data modern menunjukkan pentingnya akumulasi kalsium dalam jaringan ikat, karena berkontribusi pada hilangnya elastisitasnya, serta pemadatan pembuluh darah.

Pendekatan modern untuk memahami esensi dan mekanisme penuaan ditandai dengan meluasnya penggunaan data dari biologi fisikokimia, dan khususnya pencapaian genetika molekuler. Konsep modern yang paling luas dari mekanisme penuaan bermuara pada fakta bahwa selama hidup, mutasi somatik menumpuk di sel-sel tubuh, sebagai akibatnya terjadi sintesis protein yang rusak atau ikatan silang DNA-protein yang tidak dapat diperbaiki. Karena protein yang rusak memainkan peran dosintegrasi dalam metabolisme sel, ini menyebabkan penuaan. Dalam kasus fibroblas yang dikultur, protein dan mRNA yang terkait dengan sel tua telah terbukti menekan sintesis DNA pada fibroblas muda.

Ada juga hipotesis yang menyatakan bahwa penuaan dianggap sebagai hasil dari perubahan metabolit mitokondria dengan disfungsi enzim berikutnya.

Pada manusia, keberadaan gen telah ditunjukkan yang menentukan waktu perkembangan proses degeneratif herediter yang terkait dengan penuaan. Sejumlah peneliti percaya bahwa penuaan disebabkan oleh perubahan sistem pertahanan imunologis tubuh, khususnya reaksi autoimun terhadap struktur tubuh yang sangat penting. Akhirnya, dalam menjelaskan mekanisme penuaan, para ahli menaruh perhatian besar pada kerusakan protein yang terkait dengan pembentukan radikal bebas. Akhirnya, kadang-kadang penting melekat pada hidrolase yang dilepaskan setelah pemecahan lisosom, yang menghancurkan sel.

Namun, teori penuaan yang lengkap belum dibuat, karena jelas bahwa tidak satu pun dari teori ini dapat secara independen menjelaskan mekanisme penuaan.

Kematian.Kematian adalah tahap akhir dari ontogenesis. Pertanyaan tentang kematian dalam biologi menempati tempat khusus, karena perasaan kematian "... secara naluriah secara mutlak melekat pada sifat manusia dan selalu menjadi salah satu perhatian terbesar manusia" (II Mechnikov, 1913). Lagi pula, pertanyaan tentang kematian pernah dan menjadi pusat perhatian semua ajaran filosofis dan agama, meskipun filsafat kematian di masa sejarah yang berbeda disajikan secara berbeda. Di dunia kuno, Socrates dan Plato membuktikan keabadian jiwa, sementara Aristoteles menyangkal gagasan Platonis tentang keabadian jiwa dan percaya pada keabadian jiwa manusia, yang terus hidup setelah kematian seseorang. Cicero dan Seneca juga mengakui kehidupan masa depan, tetapi Marcus Aurelius menganggap kematian sebagai fenomena alam yang harus diterima tanpa keluhan. Pada abad XVIII. I. Kant dan I. Fichte (1762-1814) juga percaya pada kehidupan masa depan, dan G. Hegel menganut keyakinan bahwa jiwa diserap oleh "makhluk absolut", meskipun sifat "makhluk" ini tidak terungkap .

Sesuai dengan semua ajaran agama yang diketahui, kehidupan duniawi seseorang berlanjut setelah kematiannya, dan seseorang harus tanpa lelah mempersiapkan kematian di masa depan ini. Namun, para ilmuwan dan filsuf alam yang tidak mengakui keabadian percaya dan masih percaya bahwa kematian adalah, sebagaimana I.I. Mechnikov, hasil alami dari kehidupan organisme. Definisi kematian yang lebih kiasan adalah bahwa "... adalah kemenangan yang jelas dari ketidakbermaknaan atas makna, kekacauan atas ruang" (V. Soloviev, 1894).

Bukti ilmiah menunjukkan bahwa kematian harus dibedakan dari penghentian pada organisme uniseluler (tanaman dan hewan).

keberadaan mereka. Kematian adalah kematian mereka, sedangkan penghentian keberadaan dikaitkan dengan pembagian mereka. Akibatnya, kerapuhan organisme uniseluler dikompensasi oleh reproduksi mereka. Pada tumbuhan dan hewan multiseluler, kematian, dalam arti kata yang sebenarnya, adalah akhir dari kehidupan suatu organisme.

Pada manusia, kemungkinan kematian meningkat selama masa pubertas. Di negara maju, khususnya, kemungkinan kematian meningkat hampir secara eksponensial setelah 28 tahun.

Bedakan antara kematian klinis dan biologis seseorang. Kematian klinis dinyatakan dalam hilangnya kesadaran, berhentinya detak jantung dan pernapasan, tetapi sebagian besar sel dan organ masih tetap hidup. Pembaruan diri sel terjadi, peristaltik usus berlanjut. Kematian klinis tidak "mencapai" kematian biologis, karena bersifat reversibel, karena dalam keadaan kematian klinis dimungkinkan untuk "kembali" ke kehidupan. Misalnya, anjing "dihidupkan kembali" dalam 5-6 menit, manusia - dalam 6-7 menit sejak awal kematian klinis. Kematian biologis ditandai oleh fakta bahwa itu tidak dapat diubah. Berhentinya detak jantung dan pernapasan disertai dengan berhentinya proses pembaruan diri, kematian sel dan pembusukan. Namun, kematian sel tidak dimulai di semua organ secara bersamaan. Pertama, korteks serebral mati, kemudian sel epitel usus, paru-paru, hati, sel otot, dan jantung mati.

Langkah-langkah untuk resusitasi (revitalisasi) organisme, yang sangat penting dalam pengobatan modern, didasarkan pada konsep kematian klinis.

PANJANG HIDUP

Perbandingan data tentang harapan hidup perwakilan flora dan fauna menunjukkan bahwa di antara tumbuhan dan hewan, organisme yang berbeda hidup untuk waktu yang berbeda. Misalnya, tumbuhan herba (liar dan dibudidayakan) hidup selama satu musim. Sebaliknya, tanaman berkayu mereka dicirikan oleh rentang hidup yang lebih lama. Misalnya, ceri hidup 100 tahun, cemara - 1000 tahun, ek -

2000 tahun, pinus - hingga 2000-4000 tahun.

Ikan dari banyak spesies hidup 55-80 tahun, katak - 16 tahun, buaya - 50-60 tahun, beberapa burung - hingga 100 tahun. Umur mamalia lebih pendek.

Misalnya, sapi kecil hidup 20-25 tahun, sapi - 30 tahun atau lebih, kuda - hingga 30 tahun, anjing - 20 tahun atau lebih, serigala - 15 tahun, beruang - 50 tahun, gajah - 100 tahun. Di antara mamalia, seseorang memiliki hati yang panjang. Banyak orang hidup sampai 115-120 tahun atau lebih.

Sesuai dengan konsep yang ada, rentang hidup adalah sifat kuantitatif spesies yang dikendalikan oleh genotipe. Diyakini bahwa umur yang ditentukan secara genetik berkorelasi dengan periode ontogenesis (Tabel 5).

Tabel 5.Ketergantungan tingkat fibroblas selama budidaya pada usia donor

Diasumsikan bahwa rentang hidup spesies adalah akuisisi spesies secara evolusioner. Adapun umur panjang individu individu, penjelasannya dimungkinkan dengan asumsi adanya kombinasi gen tertentu dalam genotipe mereka, atau sejumlah kecil atau tidak adanya mutasi sama sekali dalam sel mereka.

A A. Bogomolets dan I.I. Schmalhausen menghitung bahwa harapan hidup alami seseorang harus 120-150 tahun. Namun, hanya sedikit yang bertahan hingga usia ini. Oleh karena itu, umur sebenarnya tidak sesuai dengan umur alami.

Pada durasi rata-rata hidup dipengaruhi oleh sejumlah faktor (mengurangi kematian anak, efektivitas memerangi infeksi, keberhasilan operasi, perbaikan gizi dan kondisi umum kehidupan). Alasan utama penurunan harapan hidup adalah kematian akibat kelaparan, penyakit, dan perawatan medis yang tidak memadai. Di Rusia, dalam beberapa tahun terakhir, telah terjadi populasi negatif di semua kota dan daerah pedesaan Rusia karena penurunan tingkat kelahiran dan kematian yang tinggi.

Dalam istilah medis, angka harapan hidup merupakan salah satu indikator kesehatan suatu bangsa. Uni Soviet menempati peringkat pertama di dunia dalam hal jumlah orang tua. Misalnya, untuk 1 juta penduduk ada 104 orang yang berusia di atas 90 tahun, sedangkan di Inggris - 6, Prancis - 7

dan AS - 15 orang. Saat ini terjadi perubahan batas penduduk usia kerja dibandingkan, misalnya, dengan usia 30-an. abad XX Kesenjangan antara usia pensiun dan aktivitas orang juga berbeda. Pada tahun 1982, Wina menjadi tuan rumah Majelis Dunia tentang Penuaan Penduduk Dunia, di mana prakiraan dirumuskan tentang masalah ini hingga tahun 2025. Diasumsikan bahwa jumlah orang berusia 60 dan lebih tua dibandingkan tahun 1950 akan meningkat 5 kali lipat, orang di atas 80 tahun. tahun - 7 kali. Menurut forum internasional ini, terdapat perbedaan tingkat penuaan penduduk untuk berbagai bangsa, negara dan wilayah.

Geriatri adalah ilmu yang tugasnya mengembangkan cara untuk menormalkan perubahan fungsi organisme yang menua. Namun, pengobatan modern belum memiliki metode dan sarana untuk mempengaruhi proses fisiologis normal. Oleh karena itu, peran geriatri terbatas pada pengobatan penyakit yang muncul di usia tua dan lanjut usia dan penghapusan (jika mungkin) faktor risiko penyebab penuaan dini.

PERMASALAHAN UNTUK DISKUSI

1. Apa yang Anda maksud dengan reproduksi seksual organisme dan apa peran biologisnya?

2. Jelaskan reproduksi aseksual dan sebutkan bentuknya.

3. Jelaskan ciri-ciri proses seksual pada organisme uniseluler dan multiseluler.

4. Apa itu gametogenesis?

5. Apa fungsi dari masing-masing jenis gamet?

6. Tahapan perkembangan gamet apa yang kamu ketahui?

7. Apa persamaan dan perbedaan spermatogenesis dan ovogenesis?

8. Apa itu meiosis dan apa arti biologisnya?

9. Jelaskan fase-fase meiosis.

10. Apakah pindah silang mempengaruhi hasil meiosis dan bagaimana caranya?

11. Mendeskripsikan intisari pembuahan.

12. Apa perbedaan antara zigogenesis dan partenogenesis?

13. Apa peran biologis silih bergantinya haploidy dan diploidy?

14. Apa itu dimorfisme seksual? Apakah yang Anda maksud: hermafroditisme Apakah ada kasus hermafroditisme pada manusia dan seberapa sering?

15. Bagaimana Anda membayangkan evolusi metode pemuliaan?

16. Apa yang dimaksud dengan pertumbuhan dan perkembangan organisme? Apa hubungan antara pertumbuhan sel dan diferensiasi?

17. Apa dasar molekuler diferensiasi sel? Apa yang kamu ketahui tentang sel punca?

18. Merumuskan konsep ontogeni dan menyebutkan periode ontogeni.

19. Apa perbedaan antara pembangunan langsung dan tidak langsung?

20. Apa pengaruh fertilisasi pada oosit?

21. Pada tahap realisasi informasi genetik apa kontrol aksi gen dilakukan?

22. Bagaimana sel telur yang telah dibuahi berkembang menjadi struktur multiseluler?

23. Bagaimana sel dan jaringan yang berkembang menjadi berbeda satu sama lain dalam proses perkembangan?

24. Apakah bagian tubuh yang hilang atau rusak dapat dipulihkan?

25. Apa hubungan ontogeni antara usia tua dan harapan hidup?

26. Merumuskan dan menentukan perbedaan antara harapan hidup alami (kemungkinan) dan aktual.

27. Apa teori penuaan organisme yang Anda ketahui?

29. Faktor-faktor apa saja yang mempengaruhi harapan hidup?

30. Berdasarkan apa kloning organisme? Berikan contoh organisme kloning

31. Apakah sperma atau isinya masuk ke dalam sel?

32. Apa yang disarankan oleh data kloning?

33. Preformisme dan epigenesis dalam sejarah biologi. Apakah mereka signifikan secara ilmiah?

34. Apa perbedaan antara kematian klinis dan biologis?

Reproduksi sebagai ciri khas makhluk hidup

Salah satu perbedaan utama antara makhluk hidup dan alam mati adalah kemampuan untuk mereproduksi dirinya sendiri. Bagaimanapun, setiap organisme hidup mati cepat atau lambat. Jika tidak ada kemampuan untuk bereproduksi, kehidupan tidak akan ada lagi sebagai bentuk materi.

Definisi 1

Reproduksi - ini adalah milik organisme hidup untuk mereproduksi jenisnya sendiri.

Semua organisme hidup mampu bereproduksi - dari virus dan bakteri hingga manusia. Keberadaan setiap jenis organisme hidup, transfer sifat kualitatif dari generasi ke generasi tidak mungkin tanpa reproduksi.

Pada tingkat molekuler, contoh reproduksi adalah kemampuan unik molekul DNA untuk menggandakan. Mitokondria dan kloroplas dapat berkembang biak dalam sel dengan cara pembelahan.

Tetapi dasar dari proses reproduksi pada tingkat organisme adalah proses reproduksi sel. Mari kita pertimbangkan lebih detail.

Pembelahan sel sebagai dasar reproduksi

Sel-sel organisme hidup berkembang biak dengan pembelahan. Ada beberapa opsi untuk mekanisme proses ini. Seluruh periode waktu dari awal satu pembelahan sel ke berikutnya disebut siklus sel.

Beberapa protozoa berkembang biak dengan pembelahan sel langsung. Sel memanjang, isinya menyimpang ke kutub yang berbeda, nukleus membentang dan membelah, membran terbentuk di antara sel anak.

Cara utama pembelahan sel eukariotik adalah mitosis... Mitosis terdiri dari empat fase berturut-turut:

• profase,
• metafase,
• anafase,
• telofase.

Periode antara pembelahan sel disebut interfase. Proses mitosis itu sendiri pada organisme yang berbeda dapat berlangsung dari beberapa menit hingga beberapa jam.

Proses mitosis dimulai dengan pemadatan kromatin pada profase. Filamen kromatin berkontraksi, membentuk spiral, membentuk kromosom. Amplop nuklir menghilang (lebih tepatnya, hancur menjadi fragmen). Kromosom memasuki sitoplasma. Pada saat ini, gelendong fisi mulai terbentuk di dalam sel. Filamennya membentang di antara sentromer dan kromosom.

Selama metafase, kromosom terletak di bagian tengah sel, di bidang yang sama. Kemudian kromatid dari setiap kromosom dipisahkan satu sama lain.

Pada anafase, kromosom menyimpang ke kutub sel yang berbeda. Karena hanya ada satu benang kromatid di setiap kromosom, terjadi distribusi materi genetik yang sama dan seragam antara sel anak.

Dengan permulaan telofase, kromosom mengalami despiralisasi (tidak lagi terlihat di bawah mikroskop cahaya). Dalam sel anak, gelendong fisi menghilang dan selubung inti terbentuk. Mitosis berakhir dengan pembentukan dua sel anak dengan set kromosom yang sama.

Definisi 2

Meiosis - Ini adalah metode khusus pembelahan sel pada organisme eukariotik, akibatnya set kromosom dibelah dua.

Selama meiosis, dua pembelahan berturut-turut terjadi, di antaranya praktis tidak ada interfase. Masing-masing divisi ini, seperti mitosis, memiliki empat fase.

Pada profase divisi pertama, konjugasi kromosom terjadi. Pindah silang dapat terjadi selama waktu ini. Setelah beberapa saat, kromosom mulai terpisah. Dalam hal ini, setiap kromosom terdiri dari dua untaian kromatid. Kromosom homolog tidak terletak di satu bidang (seperti pada mitosis), tetapi satu di atas yang lain. Dengan bantuan gelendong pembelahan, kromosom homolog menyimpang ke kutub sel yang berbeda. Telofase $I$ berakhir dengan terbentuknya dua sel anak dengan set kromosom setengah dibandingkan dengan sel induk.

Karena praktis tidak ada interfase antara dua pembelahan berturut-turut dalam meiosis, setelah akhir telofase $ $ pembelahan baru dimulai - profase $ II $. Mekanisme pembelahannya menyerupai proses sebelumnya, tetapi pada anafase $II$, benang kromatid menyimpang ke kutub sel.

Selama meiosis, empat sel anak terbentuk dari satu sel ibu dengan setengah jumlah kromosom dari sel ibu. Dengan meiosis, informasi herediter dipertukarkan, kombinasi gen dalam kromosom.