Karangan

pada topik: "Reproduksi"

Pendahuluan 3

1. Jenis reproduksi 4

1.1 Reproduksi aseksual 4

1.2 Reproduksi seksual 6

2. Perkembangan individu organisme 10

2.1 Masa perkembangan embrio 10

2.2 Periode perkembangan postembrionik 13

2.3 Pola umum perkembangan. Hukum Biogenetik 15

Kesimpulan 18

Referensi 18

Perkenalan

Kemampuan untuk bereproduksi, mis. menghasilkan generasi baru individu dari spesies yang sama adalah salah satu ciri utama organisme hidup. Selama proses reproduksi, materi genetik dipindahkan dari generasi induk ke generasi berikutnya, yang menjamin reproduksi karakteristik tidak hanya spesies tertentu, tetapi juga individu induk tertentu. Bagi suatu spesies, arti reproduksi adalah menggantikan wakil-wakilnya yang mati, yang menjamin kelangsungan keberadaan spesies tersebut; selain itu, dalam kondisi yang sesuai, reproduksi memungkinkan peningkatan jumlah spesies.

Setiap individu baru, sebelum mencapai tahap mampu bereproduksi, harus melalui beberapa tahap pertumbuhan dan perkembangan. Beberapa individu mati sebelum mencapai tahap reproduksi (atau kematangan seksual) akibat kehancuran oleh predator, penyakit, dan berbagai kejadian acak; oleh karena itu, suatu spesies hanya dapat bertahan hidup jika setiap generasi menghasilkan lebih banyak keturunan daripada jumlah individu induk yang ikut serta dalam reproduksi. Ukuran populasi berfluktuasi tergantung pada keseimbangan antara reproduksi dan kepunahan individu. Ada sejumlah strategi propagasi yang berbeda, masing-masing memiliki kelebihan dan kekurangan; semuanya akan dijelaskan dalam abstrak ini.

1. Jenis reproduksi

Berbagai bentuk reproduksi telah diketahui, namun semuanya dapat digabungkan menjadi dua jenis: seksual dan aseksual.

Reproduksi seksual mengacu pada perubahan generasi dan perkembangan organisme dari sel kelamin khusus yang terbentuk di gonad. Dalam hal ini, suatu organisme baru berkembang sebagai hasil peleburan dua sel germinal yang dibentuk oleh orang tua yang berbeda. Namun pada hewan invertebrata, sperma dan sel telur seringkali terbentuk dalam tubuh satu organisme. Fenomena biseksualitas ini disebut hermafroditisme. Tumbuhan berbunga juga biseksual. Pada sebagian besar spesies tumbuhan angiospermae (berbunga), bunga biseksual mencakup benang sari, yang membentuk sel kelamin jantan (sel sperma), dan putik, yang mengandung telur. Pada sekitar seperempat spesies, bunga jantan (staminate) dan betina (pistillate) berkembang secara mandiri, yaitu. bunganya berkelamin tunggal. Contohnya adalah rami. Pada beberapa tumbuhan (jagung, birch), bunga jantan dan betina muncul pada individu yang sama.

Beberapa spesies hewan dan tumbuhan berkembang

telur yang tidak dibuahi. Jenis reproduksi ini disebut perawan atau partenogenetik.

Reproduksi aseksual dicirikan oleh fakta bahwa individu baru berkembang dari sel somatik (tubuh) non-seksual.

1.1 Reproduksi aseksual

Dengan reproduksi aseksual, suatu organisme baru dapat muncul dari satu sel atau dari beberapa sel aseksual (somatik) ibu. Reproduksi aseksual hanya melibatkan satu orang tua. Karena sel-sel yang menghasilkan organisme anak muncul sebagai hasil mitosis, semua keturunan akan memiliki ciri-ciri keturunan yang serupa dengan individu ibu.

Beras. 1. Reproduksi euglena hijau

Banyak protozoa (amoeba, euglena hijau, dll.), alga uniseluler (Chlamydomonas) berkembang biak dengan pembelahan sel mitosis (Gbr. 1). Uniseluler lainnya, beberapa jamur tingkat rendah, alga (chlorella), hewan, misalnya agen penyebab malaria, plasmodium malaria, dicirikan oleh sporulasi. Dalam hal ini, sel terpecah menjadi sejumlah besar individu, sama dengan jumlah inti yang sebelumnya terbentuk di sel induk sebagai hasil pembelahan berulang dari intinya. Organisme multiseluler juga mampu melakukan sporulasi: lumut, jamur tingkat tinggi, alga multiseluler, pteridofita, dan beberapa lainnya.

Pada organisme uniseluler dan multiseluler, tunas juga merupakan metode reproduksi aseksual. Misalnya, pada jamur ragi dan beberapa ciliate (silia pengisap), ketika bertunas pada sel induk, tuberkulum kecil yang mengandung nukleus, tunas, pada awalnya terbentuk. Ia tumbuh, mencapai ukuran yang mendekati ukuran tubuh ibu, dan kemudian berpisah, berpindah ke keberadaan mandiri. Pada organisme multiseluler (hidra air tawar), ginjal terdiri dari sekelompok sel dari kedua lapisan dinding tubuh. Tunas tumbuh, memanjang, dan bukaan mulut muncul di ujung anteriornya, dikelilingi oleh tentakel. Tunas berakhir dengan pembentukan hydra kecil, yang kemudian terpisah dari organisme induk.

Pada hewan multiseluler, reproduksi aseksual terjadi dengan cara yang sama (ubur-ubur, annelida, cacing pipih, echinodermata). Dari setiap bagian tersebut berkembanglah individu yang utuh.

Perbanyakan vegetatif tersebar luas pada tumbuhan, yaitu. bagian tubuh stek, sulur, umbi. Jadi, kentang berkembang biak dengan memodifikasi bagian batang bawah tanah - umbi. Tunas dan stek melati dan willow mudah berakar. Anggur, kismis, dan gooseberry diperbanyak dengan stek.

Batang sulur stroberi yang panjang dan merambat membentuk tunas, yang jika berakar, akan memunculkan tanaman baru. Beberapa tanaman, seperti begonia, dapat diperbanyak dengan stek daun (helaian daun dan tangkai daun). Pada bagian bawah daun, pada tempat percabangan urat-urat besar, muncul akar, pada bagian atas terdapat tunas, kemudian tunas.

Akarnya juga digunakan untuk perbanyakan vegetatif. Dalam berkebun, raspberry, ceri, plum, dan mawar diperbanyak dengan stek dari akar lateral. Dahlia berkembang biak dengan menggunakan umbi akar. Modifikasi rimpang batang bagian bawah tanah juga membentuk tanaman baru. Misalnya, tabur thistle dengan bantuan rimpang dapat menghasilkan lebih dari seribu individu baru per 1 m2 tanah.

1.2 Reproduksi seksual

Reproduksi seksual memiliki keunggulan evolusioner yang sangat besar dibandingkan dengan reproduksi aseksual. Hal ini disebabkan genotipe keturunan muncul melalui penggabungan gen milik kedua orang tuanya. Akibatnya kemampuan organisme untuk beradaptasi dengan kondisi lingkungan meningkat. Karena kombinasi baru dilakukan pada setiap generasi, lebih banyak individu yang dapat beradaptasi dengan kondisi keberadaan baru dibandingkan dengan reproduksi aseksual. Munculnya kombinasi gen baru memastikan adaptasi spesies yang lebih sukses dan cepat terhadap perubahan kondisi lingkungan.

Dengan demikian, esensi reproduksi seksual terletak pada kombinasi informasi genetik dalam materi keturunan keturunan dari dua sumber berbeda - orang tua.

Sel kelamin berkembang di gonad: sperma pria, bakal biji wanita (atau sel telur). Dalam kasus pertama, perkembangannya disebut spermatogenesis, dalam kasus kedua - oogenesis (dari bahasa Latin ovo - telur).

Dalam proses pembentukan sel germinal, ada beberapa tahapan yang dibedakan. Tahap pertama adalah masa reproduksi, dimana sel germinal primordial membelah secara mitosis sehingga jumlahnya bertambah.

Tahap kedua adalah masa pertumbuhan. Pada gamet jantan yang belum matang, hal ini tidak diucapkan. Ukurannya sedikit bertambah. Sebaliknya, oosit telur di masa depan bertambah besar, terkadang ratusan, dan bahkan ribuan bahkan jutaan kali lipat. Pertumbuhan oosit dilakukan karena zat yang dibentuk oleh sel-sel tubuh lainnya. Jadi, pada ikan, amfibi dan, pada tingkat yang lebih besar, pada reptil dan burung, sebagian besar telurnya adalah kuning telur. Ini disintesis di hati, diangkut dalam bentuk larut khusus oleh darah ke ovarium, menembus ke dalam oosit yang sedang tumbuh dan disimpan di sana dalam bentuk lempeng kuning telur. Selain itu, di sel reproduksi masa depan itu sendiri, banyak protein dan sejumlah besar RNA berbeda disintesis: transportasi, ribosom, dan informasi. Kuning telur adalah kumpulan nutrisi (lemak, protein, karbohidrat, vitamin, dll.) yang diperlukan untuk memberi nutrisi pada embrio yang sedang berkembang, dan RNA memastikan sintesis protein pada tahap awal perkembangan, ketika informasi berbahayanya belum digunakan.

Tahap selanjutnya, masa pematangan atau meiosis, ditunjukkan pada Gambar 2. Sel yang memasuki masa pematangan mengandung satu set kromosom diploid dan jumlah DNA yang sudah dua kali lipat.

Beras. 2. Pematangan sel germinal (meiosis)

Inti dari meiosis adalah setiap sel kelamin menerima satu set kromosom haploid. Namun, pada saat yang sama, meiosis adalah tahap di mana kombinasi gen baru diciptakan dengan menggabungkan kromosom ibu dan ayah yang berbeda; rekombinasi kecenderungan herediter juga terjadi sebagai akibat dari pindah silang - pertukaran bagian antara kromosom homolog selama proses tersebut. dari meiosis.

Meiosis melibatkan dua pembelahan berturut-turut. Seperti pada mitosis, setiap pembelahan meiosis memiliki empat tahap: profase, metafase, anafase, dan telofase.

Pembelahan meiosis pertama (I). Profase I dimulai dengan spiralisasi kromosom. Seperti yang Anda ingat, setiap kromosom terdiri dari dua kromatid yang terhubung pada sentromer. Kemudian kromosom homolog saling mendekat, setiap titik dari setiap kromatid dari satu kromosom digabungkan dengan titik yang sesuai dari kromatid dari kromosom homolog lainnya. Proses penyatuan kromosom homolog secara tepat dan erat pada meiosis disebut konjugasi. Di masa depan, persilangan dapat terjadi antara kromosom-kromosom tersebut - pertukaran identik, atau homolog, yaitu mengandung gen, wilayah yang sama. Menjelang akhir profase, timbul gaya tolak menolak antara kromosom homolog. Pertama, mereka muncul di wilayah sentromer, dan kemudian di wilayah lain.

Pada metafase I, spiralisasi kromosom maksimal. Kromosom terkonjugasi terletak di sepanjang ekuator, dengan sentromer kromosom homolog menghadap kutub sel yang berbeda. Benang spindel melekat padanya.

Pada anafase I, lengan kromosom homolog akhirnya terpisah, dan kromosom berpindah ke kutub yang berbeda. Akibatnya, dari setiap pasangan kromosom homolog, hanya satu yang masuk ke dalam sel anak. Jumlah kromosom berkurang setengahnya, set kromosom menjadi haploid. Namun, setiap kromosom terdiri dari dua kromatid, yaitu masih mengandung dua kali jumlah DNA.

Pada telofase I, selubung inti terbentuk dalam waktu singkat. Selama interfase antara pembelahan meiosis pertama dan kedua, reduplikasi DNA tidak terjadi. Sel-sel yang terbentuk sebagai hasil pembelahan pematangan pertama berbeda dalam komposisi kromosom ayah dan ibu dan, akibatnya, dalam kumpulan gen.

Misalnya, semua sel manusia, termasuk sel germinal primordial, mengandung 46 kromosom. Dari jumlah tersebut, 23 diterima dari ayah dan 23 dari ibu. Ketika sel germinal terbentuk setelah pembelahan meiosis pertama, spermatosit dan oosit juga menerima 23 kromosom. Namun, karena perbedaan acak antara kromosom ayah dan ibu pada anafase I, sel yang dihasilkan menerima berbagai macam kombinasi kromosom orang tua. Misalnya, salah satu dari mereka mungkin memiliki 3 kromosom ayah dan 20 kromosom ibu, yang lain 10 kromosom ayah dan 13 ibu, yang ketiga 20 kromosom ayah dan 3 ibu, dan seterusnya. Jumlah kemungkinan kombinasi sangat banyak. Jika kita juga memperhitungkan pertukaran bagian kromosom yang homolog pada profase pembelahan meiosis pertama, maka jelaslah bahwa setiap sel germinal yang dihasilkan unik secara genetik, karena ia membawa kumpulan gen uniknya sendiri.

Akibatnya, meiosis adalah dasar dari variabilitas genotipe kombinatif.

Pembelahan meiosis kedua (II). Pembelahan meiosis kedua umumnya berlangsung dengan cara yang sama seperti pembelahan mitosis biasa, perbedaannya hanya pada sel yang membelahnya bersifat haploid. Pada anafase II, sentromer yang menghubungkan kromatid saudara di setiap kromosom membelah, dan kromatid, seperti pada mitosis, mulai saat ini menjadi kromosom independen. Dengan selesainya telofase II, seluruh proses meiosis berakhir: empat sel haploid terbentuk dari sel germinal primer asli.

Pada laki-laki, semuanya diubah menjadi gamet - sperma. Pada wanita, karena meiosis yang tidak merata, hanya satu sel yang menghasilkan sel telur yang layak. Tiga sel anak lainnya berukuran jauh lebih kecil; mereka berubah menjadi badan pemandu, atau pereduksi, yang kemudian segera mati. Dari sudut pandang biologis, pembentukan hanya satu sel telur dan kematian tiga badan pemandu yang lengkap secara genetik disebabkan oleh kebutuhan untuk mengawetkan semua nutrisi cadangan yang diperlukan untuk perkembangan embrio masa depan dalam satu sel.

Masa pembentukannya terdiri dari sel-sel yang memperoleh bentuk dan ukuran tertentu sesuai dengan fungsinya.

Selama proses pematangan, sel germinal betina ditutupi selaput dan siap untuk pembuahan segera setelah selesainya meiosis. Dalam banyak kasus, misalnya pada reptil, burung, dan mamalia, akibat aktivitas sel-sel di sekitar telur, sejumlah membran tambahan muncul di sekitarnya. Fungsinya adalah untuk melindungi sel telur dan embrio yang sedang berkembang dari pengaruh buruk eksternal. Sperma dapat memiliki ukuran dan bentuk yang berbeda-beda.

Fungsi sperma adalah menyampaikan informasi genetik pada sel telur dan merangsang perkembangannya. Sperma yang terbentuk mengandung mitokondria, alat Golgi, yang mengeluarkan enzim yang melarutkan membran sel telur selama pembuahan, yaitu pada saat peleburan sperma dan sel telur. Sel diploid yang dihasilkan disebut zigot.

2. Perkembangan individu organisme

Perkembangan individu, atau entogenesis, mengacu pada seluruh periode kehidupan seseorang, dari saat sperma menyatu dengan sel telur dan pembentukan zigot hingga kematian organisme. Ontogenesis dibagi menjadi dua periode: 1) embrionik dari pembentukan zigot sampai lahir atau keluarnya membran telur; 2) postembrionik dari keluarnya selaput telur atau lahir sampai matinya suatu organisme.

Ilmu yang mempelajari pola perkembangan individu organisme pada tahap embrio disebut embriologi (dari bahasa Yunani embrio embrio).

2.1 Periode perkembangan embrio

Pada sebagian besar hewan multiseluler, terlepas dari kompleksitas organisasinya, tahapan perkembangan embrio yang dilalui embrio adalah sama. Pada periode embrionik, ada tiga tahap utama: pembelahan, gastrulasi dan organogenesis primer.

Berpisah. Perkembangan suatu organisme dimulai pada tahap sel tunggal. Telur yang telah dibuahi adalah sel dan sekaligus organisme pada tahap paling awal perkembangannya. Akibat pembelahan yang berulang-ulang, organisme bersel tunggal berubah menjadi organisme multiseluler. Inti diploid, yang muncul selama pembuahan melalui peleburan sperma dan sel telur, mulai membelah dalam beberapa menit, dan sitoplasma juga ikut membelah. Sel-sel yang dihasilkan mengecil ukurannya setiap kali terjadi pembelahan, sehingga proses pembelahan ini disebut pembelahan. Selama periode fragmentasi, materi seluler terakumulasi untuk pengembangan lebih lanjut. Fragmentasi berakhir dengan pembentukan embrio multiseluler, blastula. Blastula memiliki rongga berisi cairan, yang disebut rongga tubuh primer.

Dalam kasus di mana terdapat sedikit kuning telur di sitoplasma telur (seperti pada lancelet) atau relatif sedikit (seperti pada katak), fragmentasi selesai, yaitu telur membelah seluruhnya.

Jika tidak, burung akan mengalami periode fragmentasi. Sitoplasma bebas kuning telur hanya menyumbang 1% dari total volume telur ayam; seluruh sitoplasma telur yang tersisa, dan juga zigot, diisi dengan sejumlah kuning telur. Jika Anda memperhatikan telur ayam dengan cermat, di salah satu kutubnya langsung di kuning telur Anda dapat melihat titik kecil - blastula, atau cakram germinal, terbentuk sebagai hasil penghancuran bagian sitoplasma bebas kuning telur yang mengandung nukleus. Dalam kasus seperti itu, penghancuran disebut tidak lengkap. Fragmentasi yang tidak lengkap juga merupakan ciri beberapa ikan dan reptil.

Dalam semua kasus, baik pada lancelet, pada amfibi, dan pada burung, serta pada hewan lain, total volume sel pada tahap blastula tidak melebihi volume zigot. Dengan kata lain, pembelahan mitosis zigot tidak disertai dengan pertumbuhan sel anak yang dihasilkan sesuai volume induknya, dan ukurannya akibat serangkaian pembelahan berturut-turut semakin berkurang. Ciri pembelahan sel mitosis selama pembelahan ini diamati selama perkembangan telur yang telah dibuahi pada semua hewan.

Beberapa ciri penghancuran lainnya juga merupakan ciri khas berbagai spesies hewan. Misalnya, semua sel dalam blastula memiliki satu set kromosom diploid, strukturnya identik dan berbeda satu sama lain terutama dalam jumlah kuning telur yang dikandungnya. Sel-sel seperti itu, yang tidak memiliki tanda-tanda spesialisasi untuk menjalankan fungsi-fungsi tertentu, disebut sel-sel yang tidak terspesialisasi (atau tidak berdiferensiasi). Ciri lain pembelahan adalah siklus mitosis blastomer yang sangat pendek dibandingkan dengan sel organisme dewasa. Selama interfase yang sangat singkat, hanya terjadi duplikasi DNA.

Gastrulasi. Blastula, pada umumnya, terdiri dari sejumlah besar blastomer (misalnya, dalam lanset yang terdiri dari 3000 sel), dalam proses perkembangannya berpindah ke tahap baru, yang disebut gastrula (dari bahasa Yunani perut gaster). Embrio pada tahap ini terdiri dari lapisan sel yang dapat dibedakan dengan jelas - yang disebut lapisan kuman: bagian luar, atau ektoderm (dari bahasa Yunani ectos - terletak di luar), dan bagian dalam, atau endoderm (dari bahasa Yunani entos - terletak di dalam) . Serangkaian proses yang mengarah pada pembentukan gastrula disebut gastrulasi.

Pada lancelet, gastrulasi dilakukan dengan cara invaginasi salah satu kutub blastula ke dalam, ke arah yang lain; pada hewan lain, baik dengan delaminasi dinding blastula, atau dengan menumbuhkan kutub vegetatif masif secara berlebihan dengan sel-sel kecil dari blastula. tiang binatang.

Pada hewan multiseluler, kecuali coelenterates, bersamaan dengan gastrulasi atau, seperti pada lancelet, setelahnya muncul lapisan germinal ketiga mesoderm (dari bahasa Yunani mesos yang terletak di tengah), yaitu sekumpulan elemen seluler yang terletak di antara ekto- dan endoderm pada blastokel rongga tubuh primer. Dengan munculnya mesoderm, embrio menjadi berlapis tiga.

Jadi, inti dari proses gastrulasi adalah pergerakan massa sel. Sel-sel embrio praktis membelah dan tidak tumbuh. Namun, pada tahap ini, penggunaan informasi genetik sel embrionik dimulai, dan tanda-tanda diferensiasi pertama muncul.

Diferensiasi, atau diferensiasi, adalah proses terjadinya dan peningkatan perbedaan struktural dan fungsional antara sel individu dan bagian embrio. Dari sudut pandang morfologi, diferensiasi dinyatakan dalam pembentukan beberapa ratus jenis sel dengan struktur tertentu yang berbeda satu sama lain. Dari sel blastula yang tidak terspesialisasi, sel epitel kulit, epitel usus, paru-paru secara bertahap muncul, sel saraf dan otot, dll muncul. Dari sudut pandang biokimia, spesialisasi sel terletak pada kemampuan untuk mensintesis protein tertentu yang hanya merupakan karakteristik dari jenis sel tertentu. Limfosit mensintesis protein pelindung, antibodi, sel otot, protein kontraktil miosin. Setiap jenis sel menghasilkan proteinnya sendiri yang unik. Spesialisasi biokimia sel dipastikan melalui aktivitas gen yang selektif dan berbeda, yaitu, dalam sel-sel dari lapisan germinal yang berbeda, dasar-dasar organ dan sistem tertentu, kelompok gen yang berbeda mulai berfungsi.

Pada spesies hewan yang berbeda, lapisan germinal yang sama menghasilkan organ dan jaringan yang sama. Ini berarti mereka homolog. Jadi, dari sel-sel lapisan germinal luar - ektoderm - pada artropoda, chordata, termasuk ikan, amfibi, reptil, burung dan mamalia, kulit dan turunannya, serta sistem saraf dan organ indera terbentuk. Homologi lapisan germinal sebagian besar hewan merupakan salah satu bukti kesatuan dunia hewan.

Organogenesis. Setelah gastrulasi selesai, embrio membentuk kompleks organ aksial: tabung saraf, notokord, dan tabung usus. Pada lancelet, organ aksial terbentuk sebagai berikut: ektoderm di sisi punggung embrio menekuk sepanjang garis tengah, berubah menjadi alur, dan ektoderm yang terletak di kanan dan kirinya mulai tumbuh di tepinya. Alur, dasar sistem saraf, tenggelam di bawah ektoderm, dan ujung-ujungnya menutup. Sebuah tabung saraf terbentuk. Sisa ektoderm adalah sisa epitel kulit.

Bagian punggung endoderm, terletak tepat di bawah dasar saraf, dipisahkan dari sisa endoderm dan terlipat menjadi tali padat yang disebut notochord. Dari sisa endoderm, mesoderm dan epitel usus berkembang. Diferensiasi lebih lanjut dari sel-sel embrio menyebabkan munculnya banyak turunan dari lapisan germinal - organ dan jaringan. Dalam proses spesialisasi sel-sel penyusun lapisan germinal, sistem saraf, organ indera, epitel kulit, dan email gigi terbentuk dari ektoderm; dari epitel endoderm usus, kelenjar pencernaan hati dan pankreas, epitel insang dan paru-paru; dari jaringan otot mesoderm, jaringan ikat, termasuk jaringan ikat longgar, tulang rawan dan jaringan tulang, darah dan getah bening, serta sistem peredaran darah, ginjal, gonad.

2.2 Periode perkembangan postembrionik

Pada saat kelahiran atau pelepasan organisme dari cangkang telur, periode embrionik berakhir dan periode perkembangan postembrionik dimulai. Perkembangan postembrio dapat terjadi secara langsung atau disertai transformasi (metamorfosis).

Dalam perkembangan langsung (pada reptil, burung, mamalia), suatu organisme berukuran kecil muncul dari cangkang telur atau dari tubuh induknya, tetapi semua organ utama yang menjadi ciri hewan dewasa sudah terbentuk. Perkembangan postembrionik dalam hal ini direduksi terutama pada pertumbuhan dan pubertas.

Selama perkembangan dengan metamorfosis, larva muncul dari telur, biasanya strukturnya lebih sederhana daripada hewan dewasa, dengan organ larva khusus yang tidak ada pada keadaan dewasa. Larva makan, tumbuh, dan lama kelamaan organ larva digantikan oleh organ yang menjadi ciri individu dewasa. Akibatnya, selama metamorfosis, organ larva hancur dan muncul organ yang menjadi ciri hewan dewasa.

Mari kita lihat beberapa contoh perkembangan postembrionik tidak langsung. Larva ascidian (filum Chordata, subfilum Larval-Chordata) memiliki semua ciri utama chordata: notochord, tabung saraf, dan celah insang di faring. Ia berenang bebas, kemudian menempel pada permukaan padat di dasar laut, tempat terjadinya metamorfosis: ekor, notochord, dan ototnya menghilang, dan tabung saraf terpecah menjadi sel-sel individual, yang sebagian besar difagositosis. Yang tersisa dari sistem saraf larva hanyalah sekelompok sel yang membentuk ganglion saraf. Struktur tubuh ascidian dewasa, yang menjalani gaya hidup terikat, sama sekali tidak menyerupai ciri-ciri umum organisasi chordata. Hanya pengetahuan tentang ciri-ciri entogenesis yang memungkinkan untuk menentukan posisi sistematis ascidian: struktur larva menunjukkan asal usul mereka dari chordata yang menjalani gaya hidup bebas. Selama proses metamorfosis, ascidian beralih ke gaya hidup yang tidak banyak bergerak, dan oleh karena itu organisasi mereka disederhanakan.

Bentuk larva hewan amfibi adalah berudu, yang ditandai dengan celah insang, gurat sisi, jantung dua bilik, dan satu lingkaran peredaran darah. Selama proses metamorfosis yang terjadi di bawah pengaruh hormon tiroid, ekor menghilang, anggota badan muncul, gurat sisi menghilang, paru-paru dan peredaran darah lingkaran kedua berkembang. Yang perlu diperhatikan adalah kesamaan sejumlah ciri struktur berudu dan ikan (gurat sisi, struktur jantung dan sistem peredaran darah, celah insang).

Perkembangan serangga juga bisa menjadi contoh metamorfosis. Ulat kupu-kupu atau larva capung sangat berbeda dalam struktur, gaya hidup dan habitatnya dari hewan dewasa dan menyerupai nenek moyangnya, Annelida.

Masa perkembangan postembrionik memiliki durasi yang berbeda-beda. Misalnya, lalat capung hidup 2-3 tahun dalam keadaan larva, dan dari 2-3 jam hingga 2-3 hari dalam keadaan dewasa, tergantung spesiesnya. Dalam kebanyakan kasus, periode postembrionik lebih lama. Pada manusia meliputi tahap pubertas, tahap kedewasaan, dan tahap usia tua.

Pada mamalia dan manusia, diketahui adanya ketergantungan harapan hidup pada durasi pubertas dan kehamilan. Harapan hidup biasanya melebihi

periode entogenesis pra-reproduksi sebanyak 5-8 kali.

Perkembangan postembrionik disertai dengan pertumbuhan. Ada perbedaan antara pertumbuhan tak terbatas, yang berlanjut sepanjang hidup, dan pertumbuhan pasti, terbatas pada periode tertentu. Pertumbuhan tak terbatas diamati pada tanaman berkayu, beberapa moluska, vertebrata, ikan, dan tikus.

Pada banyak hewan, pertumbuhan berhenti segera setelah mencapai kematangan seksual. Pada manusia, pertumbuhan berakhir pada usia 20-25 tahun.

2.3 Pola umum perkembangan. Hukum biogenetik

Semua organisme multiseluler berkembang dari sel telur yang telah dibuahi. Perkembangan embrio pada hewan dari spesies yang sama sebagian besar serupa. Pada semua chordata, pada periode embrionik, kerangka aksial notochord terbentuk, tabung saraf muncul, dan celah insang terbentuk di bagian anterior faring. Rencana struktur chordata juga sama. Pada tahap awal perkembangannya, embrio vertebrata sangat mirip (Gbr. 3). Fakta-fakta ini menegaskan keabsahan hukum kesamaan embrio yang dirumuskan oleh K. Baer: “Embrio sudah menunjukkan, sejak tahap paling awal, suatu kesamaan umum tertentu dalam tipenya.” Kesamaan embrio dari kelompok sistematik yang berbeda menunjukkan asal muasalnya yang sama. Selanjutnya, struktur embrio mengungkapkan ciri-ciri kelas, genus, spesies, dan terakhir, ciri-ciri yang menjadi ciri individu tertentu. Divergensi karakteristik embrio selama perkembangan disebut divergensi embrionik dan mencerminkan evolusi kelompok hewan sistematis tertentu, sejarah perkembangan spesies tertentu.

Beras. 3. Kemiripan garis germinal pada vertebrata: 1 monotremata (echidna), 2 marsupial (kanguru), 3 artiodactyl (rusa), 4 karnivora (kucing), 5 primata (monyet), 6 manusia

Kemiripan besar antara embrio pada tahap awal perkembangan dan

Fenomena perbedaan pada tahapan selanjutnya memiliki penjelasan tersendiri.

Tubuh tunduk pada variabilitas sepanjang perkembangan.

Proses mutasi mempengaruhi gen yang menentukan ciri struktural dan metabolisme embrio termuda. Namun struktur-struktur yang muncul di dalamnya (ciri-ciri purbakala yang menjadi ciri nenek moyang jauh) memegang peranan yang sangat penting dalam proses perkembangan selanjutnya. Seperti yang ditunjukkan, primordium notochord menginduksi pembentukan tabung saraf, dan hilangnya tabung saraf menyebabkan terhentinya perkembangan. Oleh karena itu, perubahan pada tahap awal biasanya menyebabkan keterbelakangan dan kematian individu. Sebaliknya, perubahan pada tahap selanjutnya, yang mempengaruhi sifat-sifat yang kurang signifikan, dapat bermanfaat bagi organisme dan dalam kasus seperti itu disebabkan oleh seleksi alam.

Kemunculan ciri-ciri nenek moyang jauh mereka pada masa embrio perkembangan hewan modern mencerminkan transformasi evolusioner dalam struktur organ.

Dalam perkembangannya, organisme melewati tahap bersel tunggal (tahap zigot), yang dapat dianggap sebagai pengulangan tahap filogenetik amuba primitif. Pada semua vertebrata, termasuk perwakilan tertingginya, notochord terbentuk, yang kemudian digantikan oleh tulang belakang, dan pada nenek moyang mereka, dilihat dari lancelet, notochord tetap ada seumur hidup. Selama perkembangan embrio burung dan mamalia, termasuk manusia, celah insang dan septa yang sesuai muncul di faring. Fakta terbentuknya bagian-bagian alat insang pada embrio vertebrata darat dijelaskan oleh asal usulnya dari nenek moyang mirip ikan yang bernapas dengan insang. Struktur jantung embrio manusia pada masa awal pembentukannya menyerupai struktur organ ikan ini: memiliki satu atrium dan satu ventrikel. Paus ompong mengembangkan gigi selama periode embrionik. Gigi-gigi ini tidak erupsi; mereka hancur dan larut.

Contoh-contoh yang diberikan di sini dan banyak contoh lainnya menunjukkan hubungan yang mendalam antara perkembangan individu organisme dan perkembangan historisnya. Keterkaitan ini terungkap dalam hukum biogenetik yang dirumuskan oleh F. Müller dan E. Haeckel pada abad ke-19: ontogenesis (perkembangan individu) setiap individu adalah pengulangan filogeni (perkembangan sejarah) yang singkat dan cepat dari spesies yang dimiliki individu tersebut. .

Kesimpulan

Menyelesaikan karya abstrak, kita dapat sampai pada kesimpulan bahwa kemampuan bereproduksi, atau reproduksi diri, adalah salah satu ciri terpenting dari alam organik. Reproduksi merupakan suatu sifat yang melekat pada semua makhluk hidup tanpa terkecuali, mulai dari bakteri hingga mamalia.

Keberadaan segala jenis hewan dan tumbuhan, bakteri dan jamur, kesinambungan antara individu induk dengan keturunannya hanya dapat dipertahankan melalui reproduksi. Berhubungan erat dengan reproduksi diri adalah sifat lain dari makhluk hidup.perkembangan organisme. DiaHal ini juga melekat pada semua kehidupan di Bumi: organisme bersel tunggal terkecil, serta tumbuhan dan hewan multiseluler.

Bibliografi

Bogen G. Biologi modern. - M.: Mir, 1970.

Green N., Stout W., Taylor D. Biology: dalam 3 volume T. 3: trans. dari bahasa Inggris/ed. R.Soper. - M.: Mir, 1990.

Mamontov S.G. Biologi. Pola umum. M.: Bustard, 2002.

Mulai dari hewan hingga manusia. M.: Nauka, 1971.

Slyusarev A.A. Biologi dengan genetika umum. - M.: Kedokteran, 1978.

Kuliah No.3 Ontogenesis

1. Gametogenesis

2. Masa embrio

3. Periode postembrionik

Ontogenesis– perkembangan individu suatu organisme dari zigot hingga kematian biologis. Progenesis– periode sebelum entogenesis, meliputi gametogenesis dan fertilisasi. Filogenesis– perkembangan evolusioner spesies.

Manusia dicirikan oleh reproduksi seksual, ditandai dengan: adanya gonad, gamet, proses pembuahan, dan dimorfisme seksual.

Gametogenesis – proses pembentukan sel germinal ovogenesis – pematangan oosit, spermatogenesis– spermatozoa. Gametogenesis terjadi di gonad tubuh. Gamet terbentuk dari sel epitel embrionik, yang terbentuk selama periode embrio perkembangan organisme.

Dalam proses pembentukannya, sel germinal melalui tiga tahap:

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

2. Masa pertumbuhan;

3. Masa pematangan, sel membelah secara meiosis, sehingga terjadi pembentukan gamet (Gbr. 5).

Beras. 5. Pembelahan sel germinal

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

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

Ketika folikel matang, ia bergerak ke tepi ovarium dan kemudian pecah; tahap perkembangan sel telur ini disebut ovarium atau folikel; berlangsung selama 12 hari. Pecahnya folikel dan keluarnya sel telur dari ovarium ke rongga perut disebut ovulasi.

Setelah ovulasi, pembuahan dapat dilakukan. Gamet betina ditangkap oleh fimbria tuba falopi. 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 sudah mengendur. Jika pembuahan tidak terjadi, epitel dan sel telur dikeluarkan dari tubuh akibat kontraksi otot polos dinding rahim. Proses ini disebut mensis dan berlangsung 3-4 hari. Jadi, waktu dari awal pembentukan folikel sampai timbulnya menstruasi adalah 20-30 hari dan disebut siklus ovarium-menstruasi. (Gbr. 6).

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

Itu termasuk tahap ovarium, uterus dan mensis. Selama siklus ovarium-menstruasi, seluruh sistem reproduksi wanita direkonstruksi, komposisi hormon kualitatif dan kuantitatif berubah, kinerja, kekuatan, fleksibilitas, dan daya tahan berubah. Perubahan fisiologis pada tubuh wanita diperhitungkan saat mengatur proses pelatihan.

Pemupukan- Ini adalah peleburan sel telur dan sperma. Ada tiga tahap pembuahan:

1) reaksi akrosomal (20 detik) – pembubaran cangkang telur oleh enzim akrosom dan penetrasi sperma ke dalam sel telur. Dipercaya bahwa sperma yang menciptakan potensi penetrasi (eksitasi) terbesar pada membran sel telur menembus sel telur;

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

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

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

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

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

Zigot– membelah berulang kali melalui mitosis, menghasilkan pembentukan embrio satu lapis multiseluler – blastula. Blastula tidak bertambah besar, karena saat ini berada di tuba falopi dan harus bergerak bebas ke dalam rahim. Pada hari keenam, ia memasuki rahim dan menempel pada dindingnya, terjun ke dalam epitel yang kendur. Proses ini disebut penanaman. Embrio terus berkembang dan menjadi dua, kemudian tiga lapis. Pada tahap perkembangan ini disebut gastrula. Akibatnya, tiga lapisan germinal terbentuk: ektoderm, endoderm, mesoderm. Jaringan dan organ terbentuk dari sistem embrio.

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

Selama perkembangan embrio manusia, otoritas sementara, yang setelah lahir kehilangan fungsinya. Otoritas sementara meliputi: benih kerang, korion, amnion dan plasenta, tali pusat. Plasenta memastikan kontak dekat antara kapiler anak dan ibu. Organisme yang sedang berkembang menerima nutrisi, oksigen, antibodi melalui plasenta, dan membuang 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 anak dapat terganggu bila terkena zat beracun, narkotika, alkohol, nikotin yang terkandung dalam darah ibu. Gangguan pada perkembangan embrio manusia disebut kelainan dan malformasi kongenital. Ini termasuk: “langit-langit sumbing” (tidak adanya langit-langit atas), “bibir sumbing” (tidak menyatunya tulang rahang atas), polidaktili (jari ekstra), sindaktili (jari menyatu). Faktor lingkungan yang kurang baik yang menyebabkan terjadinya kelainan bawaan disebut teratogenik(menyebabkan kelainan bentuk) (Gbr. 8).

Beras. 8. Faktor lingkungan yang mempengaruhi perkembangan tubuh manusia

Masa embrio perkembangan manusia berlangsung selama 36 minggu.

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

Remaja – titik sebelum pubertas. Masa pubertas– masa pubertas.

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

Dalam kurun waktu 1 sampai 10 hari anak tersebut dipanggil baru lahir;

Dari 10 hari hingga 1 tahun – dada;

dari 1 tahun hingga tiga tahun – periode 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 tahun hingga 15 tahun untuk anak perempuan dan dari 13 hingga 16 tahun untuk anak laki-laki - remaja;

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

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

dari 55 dan 60 hingga 70 – orang lanjut usia;

dari 70 hingga 90 laki laki tua;

lebih dari 90 orang berusia seratus tahun.

Dalam entogenesis manusia ada sensitif dan kritis periode.

Periode kritis ditandai dengan peningkatan aktivitas gen individu dan kompleksnya yang mengontrol perkembangan tanda-tanda tubuh. Selama periode ini, terjadi restrukturisasi signifikan dalam proses regulasi, lompatan kualitatif dan kuantitatif dalam pengembangan organ individu dan sistem fungsional. Selama periode ini, tubuh paling sensitif terhadap pengaruh faktor lingkungan. Periode kritis entogenesis dianggap implantasi, plasentasi, pembentukan organ aksial, saluran saraf dan usus, notochord, pembentukan jantung, dan lain-lain.

Jika seorang wanita tertular rubella antara minggu ke-3 dan ke-9 kehamilan, maka terdapat risiko janin mengalami cacat seperti penyakit jantung, katarak, dan tuli. Di lain waktu, rubella tidak menyebabkan kelainan bentuk janin.

Periode sensitif– ini adalah periode penurunan kontrol genetik dan peningkatan sensitivitas karakteristik individu tubuh terhadap pengaruh lingkungan, termasuk pedagogi dan pembinaan. Dengan demikian, masa sensitif manifestasi berbagai indikator kualitas kecepatan terjadi pada usia 11-14 tahun dan pada usia 15 tahun tercapai tingkat maksimalnya, ketika prestasi olahraga yang tinggi dapat dicapai. Gambaran serupa diamati dalam entogenesis untuk manifestasi kualitas ketangkasan dan fleksibilitas.

Bagi pelatih dan guru yang bekerja di bidang pendidikan jasmani dan olahraga, pengetahuan tentang periode sensitif sangatlah penting secara praktis, karena selama periode sensitif, pengetahuan terbesar efek pelatihan.

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...

Bagikan pekerjaan Anda di jejaring sosial

Jika karya ini tidak cocok untuk Anda, di bagian bawah halaman terdapat 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 ciri makhluk hidup adalah kebijaksanaan, itu. di tingkat organisasi mana pun, makhluk hidup diwakili oleh unit struktural dasar. Setiap individu dari suatu spesies bersifat fana, dan keberadaan spesies tersebut tetap dipertahankan reproduksi organisme. Jadi, kebijaksanaan kehidupan mengandaikan reproduksinya, yaitu. proses reproduksi.

Reproduksi ini adalah kemampuan makhluk hidup untuk mereproduksi jenisnya sendiri. Hal ini menjamin kelangsungan dan keberlangsungan kehidupan. Kontinuitas ditentukan oleh fakta bahwa selama proses reproduksi, materi genetik dipindahkan dari orang tua ke keturunannya, sebagai akibatnya karakteristik orang tua sampai tingkat tertentu dimanifestasikan dalam organisme anak.

Nilai reproduksi:

1. Meningkatkan atau mempertahankan jumlah suatu spesies. Karena reproduksi, tidak hanya terjadi reproduksi (yaitu reproduksi jenisnya sendiri), tetapi juga peningkatan jumlah organisme hidup.
2. Kesinambungan hidup. Berkat reproduksi, kelompok individu yang kurang lebih besar (misalnya populasi dan spesies) dapat bertahan cukup lama, karena penurunan jumlah mereka akibat kematian alami individu diimbangi oleh reproduksi organisme yang konstan dan kematian. penggantian yang mati dengan yang baru lahir.
3. Kontinuitas antar generasi. Selama proses reproduksi, informasi genetik ditransmisikan dari individu-individu dari generasi induk, memastikan reproduksi karakteristik induk tertentu dan seluruh spesies yang dimiliki organisme tersebut.
4. Sifat-sifat makhluk hidup seperti hereditas dan variabilitas diwujudkan.

2. Bentuk dan jenis reproduksi

Ada dua bentuk reproduksi utama: seksual dan aseksual.

Reproduksi aseksual

Selama reproduksi aseksual, individu baru muncul dari sel somatik tubuh non-reproduksi yang tidak terspesialisasi. Oleh karena itu, reproduksi aseksual melibatkan satu individu. Reproduksi aseksual memastikan reproduksi sejumlah besar individu identik, yang bermanfaat bagi spesies yang hidup dalam kondisi konstan. Reproduksi yang cepat dan banyak dari keturunan yang identik dengan induknya merupakan makna biologis dari reproduksi aseksual.

Di alam, ada berbagai varian reproduksi aseksual:pembelahan, sporulasi, fragmentasi, pertunasan, perbanyakan vegetatif, kloning.

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

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

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

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

Ada klasifikasi lain, yang menurutnya varian reproduksi aseksual adalah:

1. perbanyakan vegetatif (yaitu pembagian berdasarkan bagian tubuh induk):

Divisi

Fisi ganda (skizogoni)

pemula

Fragmentasi

Perbanyakan tanaman dengan stek, umbi, daun, rimpang

1. reproduksi dengan spora, mis. sporulasi

Mari kita lihat jenis-jenis reproduksi aseksual lebih detail.

Divisi. Bentuk reproduksi aseksual yang paling sederhana. Ada beberapa opsi pembagian yang berbeda:

• Pembelahan dengan penyempitan sederhana dengan pembentukan dua organisme anak dari satu organisme induk. Karakteristik bakteri dan cyanobacteria.
• Pembelahan inti secara mitosis diikuti dengan pemisahan sitoplasma. Karakteristik organisme uniseluler (banyak protozoa - amuba, euglena hijau, dll.; alga uniseluler - chlamydomonas, dll.).

Dalam kedua kasus, hal itu terjadi biner pembagian, yaitu menjadi dua sel. Namun, opsi lain juga dimungkinkan:

• Pembelahan ganda (skizogoni). Pertama, nukleus membelah berulang kali dan kemudian sitoplasma membelah menjadi beberapa bagian. Misalnya reproduksi Plasmodium falciparum (agen penyebab malaria) pada eritrosit manusia. Dalam hal ini, plasmodia mengalami pembelahan nukleus berulang kali, setelah itu sitoplasma membelah. Hasilnya, 1 plasmodium menghasilkan 12-24 organisme anak.

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

Spora Ini adalah sel yang ditutupi dengan lapisan pelindung yang dikembangkan - membran spora, yang memungkinkannya menahan pengaruh berbagai faktor lingkungan yang merugikan.Karena ukurannya yang kecil, spora biasanya hanya mengandung sedikit cadangan nutrisi. Pada banyak organisme, ini adalah unit penyebaran utama, karena sejumlah besar spora cahaya yang terbentuk diangkut secara bebas dalam jarak yang cukup jauh melalui pergerakan massa udara dan aliran air.Seringkali, spora terbentuk dalam jumlah besar dan memiliki bobot yang dapat diabaikan, sehingga lebih mudah disebarkan melalui angin, serta oleh hewan, terutama serangga.

Selain itu, dalam beberapa bentuk (protozoa, jamur), spora dapat bertindak sebagai tahap khusus dalam siklus hidup, memungkinkan mereka untuk “bertahan” dari pengaruh faktor lingkungan yang merugikan.Spora bakteri, sebenarnya, tidak berfungsi untuk reproduksi, tetapi untuk bertahan hidup dalam kondisi buruk, karena setiap bakteri hanya menghasilkan satu spora. Spora bakteri termasuk yang paling resisten: misalnya, mereka sering kali tahan terhadap pengobatan dengan disinfektan yang kuat dan perebusan dalam air.

Pada banyak tumbuhan, proses pembentukan spora(sporogenesis) dilakukan dalam struktur seperti kantung khusus yang disebut sporangia. Spora dapat bergerak karena adanya alat flagela (dalam hal ini disebut zoospora), dan tidak bergerak, kehilangan kemampuan untuk bergerak aktif.

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

pemula. Ini ditemukan baik pada organisme uniseluler, misalnya, pada ragi dan beberapa jenis ciliata, dan pada organisme multiseluler, misalnya, pada perwakilan tipe coelenterate (hydra), serta pada tunikata (kelas ascidian).

Untuk organisme uniseluler, metode ini terdiri dari pembentukan tuberkel (pertumbuhan) dengan inti pada sel induk, yang kemudian terpisah dan menjadi organisme mandiri.

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

Beras. Tunas pada coelenterata (hidra), 1 organisme dewasa, 2 organisme tunas anak.

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

Fragmentasi pembagian individu menjadi dua bagian atau lebih, yang masing-masing berkembang menjadi organisme baru. Fragmentasi terjadi, misalnya pada alga berfilamen seperti Spirogyra. Filamen Spirogyra dapat pecah menjadi dua bagian di mana saja, yang kemudian membentuk dua organisme.

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

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

Perbanyakan secara vegetatifini adalah reproduksi, di mana organisme anak baru berkembang dari bagian yang terpisah dari organisme induk. Dalam hal ini, bagian yang berdiferensiasi cukup baik dipisahkan dari spesimen induk, yang selanjutnya berkembang menjadi tumbuhan mandiri. Atau tumbuhan membentuk struktur khusus yang dirancang khusus untuk perbanyakan vegetatif. Misalnya umbi, umbi, umbi, rimpang, sulur, tunas. Beberapa dari struktur ini juga berfungsi untuk menyimpan nutrisi, memungkinkan tanaman bertahan dalam kondisi yang tidak menguntungkan seperti dingin atau kekeringan. Perbanyakan vegetatif merupakan ciri banyak kelompok tumbuhan, mulai dari alga hingga tumbuhan berbunga.

Pada prinsipnya, perbanyakan vegetatif secara praktis tidak berbeda dengan fragmentasi atau tunas, tetapi secara tradisional istilah ini diterapkan pada organisme tumbuhan dan hanya kadang-kadang pada hewan, dibandingkan dengan fragmentasi dan tunas.

Kloning. Ini adalah metode reproduksi buatan yang tidak terjadi secara alami. Ini baru tersebar luas dalam 30-40 tahun terakhir dan semakin banyak digunakan untuk tujuan ekonomi. Ada sejumlah teknik khusus yang memungkinkan Anda mengkloning beberapa tumbuhan dan hewan. Klon mengacu pada keturunan identik secara genetik yang diperoleh dari satu individu sebagai hasil dari satu atau beberapa metode reproduksi aseksual. Dari sinilah nama metode ini berasal.

Eksperimen kloning banyak dilakukan pada tanaman karena kemampuannya yang tinggi dalam beregenerasi. Sel-sel individu ditempatkan pada media nutrisi di mana mereka membelah dan, dengan menggunakan teknik khusus, diperoleh massa sel yang tidak terorganisir, atau kapalan. Kemudian mereka menyebabkan diferensiasi kalus homogen primer dan pembentukan berbagai jaringan dan organ dan, pada akhirnya, organisme tumbuhan utuh yang memiliki semua sifat yang sama seperti aslinya dari mana sel-sel tersebut 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 seluruh tanaman hibrida.

Dalam kasus hewan, metode berikut digunakan: inti telur dikeluarkan atau dihancurkan, dan inti sel somatik (misalnya, sel epitel) ditempatkan di tempatnya. Nantinya, dari sel telur tersebut dapat diperoleh organisme yang ciri-cirinya identik dengan donor inti hewan. Dengan cara ini, Anda bisa mendapatkan klon dari beberapa hewan katak cakar(Xenopus), kadal air (Triturus). Saat ini bahkan telah diperoleh klon mamalia, seperti domba Dolly yang terkenal. Pengembangan teknik kloning dilakukan oleh cabang khusus biologi - bioteknologi, yang tugasnya tidak terbatas pada hal ini.

Reproduksi seksual

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

Reproduksi seksual merupakan ciri sebagian besar makhluk hidup, lebih progresif dibandingkan reproduksi aseksual dan memiliki keunggulan genetik yang sangat besar. Reproduksi seksual paling baik menjamin keragaman genetik keturunannya, karena ada kombinasi gen yang sebelumnya dimiliki kedua orang tuanya. Keanekaragaman genotipe individu-individu yang membentuk suatu spesies memberikan kemungkinan adaptasi spesies yang lebih berhasil dan cepat terhadap perubahan kondisi lingkungan.

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

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

Ciri-ciri hewan jantan dan betinadimorfisme seksual- yaitu perbedaan seksual dalam struktur, penampilan (ukuran, warna dan sifat lainnya), serta perilaku. Pada hewan, hal ini sudah terjadi pada tahap perkembangan evolusioner yang lebih rendah, misalnya pada cacing bulat dan arthropoda, dan mencapai ekspresi terbesarnya pada vertebrata, di mana perbedaan eksternal antara jantan dan betina sangat ekspresif. Pada tumbuhan dari spesies yang bercirikan adanya individu jantan dan betina, dimorfisme seksual juga terjadi, namun sangat sedikit diekspresikan.

Perbandingan reproduksi seksual dan aseksual diberikan dalam tabel. 5

Meja 5

Perbandingan reproduksi aseksual dan seksual

	Reproduksi aseksual	Reproduksi seksual (tidak termasuk bakteri)
	Satu orang tua	Biasanya dua orang tua
	Gamet tidak terbentuk	Gamet haploid terbentuk, yang intinya menyatu (fertilisasi) membentuk zigot diploid
	Tidak ada meiosis	Pada tahap tertentu dalam siklus hidup, terjadi meiosis, yang mencegah penggandaan kromosom pada setiap generasi.
	Keturunannya identik dengan orang tuanya. Satu-satunya sumber variasi genetik adalah mutasi acak	Keturunan tidak identik individu orang tua. Mereka menunjukkan variasi genetik yang dihasilkan dari rekombinasi genetik. Hal ini mendorong seleksi alam terhadap individu-individu terkuat dan terkuat, dan, akibatnya, evolusi.
	Ciri-ciri tumbuhan, beberapa hewan tingkat rendah dan mikroorganisme. Tidak ditemukan pada hewan tingkat tinggi	Karakteristik sebagian besar tumbuhan dan hewan
	Sering kali mengakibatkan terciptanya keturunan dalam jumlah besar dengan cepat	Peningkatan jumlah yang tidak terlalu cepat

Reproduksi seksual, tergantung pada perbandingan ukuran dan fungsi sel germinal, dapat terjadi dalam tiga pilihan:

Isogami (alga, protozoa). Sel reproduksi pria dan wanita identik dalam ukuran, struktur dan mobilitas.

Heterogami. Sel berbeda dalam ukuran dan struktur.

Oogami. Ini adalah salah satu varian dari heterogami, dimana sel telur berukuran besar dan tidak bergerak, serta ukuran sperma lebih kecil, memiliki organ bergerak 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 hermafrodit, pembuahan melibatkan gamet yang berasal dari individu berbeda, dan mereka memiliki banyak adaptasi genetik, morfologi, dan fisiologis yang mencegah pembuahan sendiri dan mendukung pembuahan silang. Misalnya, pada banyak protozoa, pembuahan sendiri dicegah karena ketidakcocokan genetik, pada banyak tumbuhan berbunga karena struktur androecium dan gynoecium, dan pada banyak hewan karena 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, ditemukan pada mamalia. Misalnya, pada babi, perkembangan ovarium kadang-kadang diamati di satu sisi tubuh, dan perkembangan testis (testis) di sisi lain, atau perkembangan struktur gabungan (ovotestis), dan dalam kedua kasus sintesis fungsional telur dan sperma aktif terjadi. Hewan-hewan tersebut diklasifikasikan sebagai jenis kelamin “perantara”, dengan mayoritas individu berjenis kelamin peralihan adalah betina dengan dua kromosom XX. Fenomena serupa juga terjadi pada kambing.

Hermafroditisme sejati juga terjadi pada manusia akibat gangguan perkembangan. Genotipe hermafrodit adalah 46XX atau 46 XY , dengan sebagian besar kasus mengacu pada XX (sekitar 60%). Hermafroditisme palsu juga diketahui, ketika individu memiliki alat kelamin luar dan ciri-ciri seksual sekunder yang menjadi ciri kedua jenis kelamin, tetapi hanya menghasilkan satu jenis sel germinal - pria atau wanita.

Kebanyakan tumbuhan berbunga mempunyai bunga hermafrodit, yang biasa disebut biseksual karena setiap bunganya mengandung putik dan benang sari. Oleh karena itu, buah berkembang dari semua bunga. Gandum, ceri, apel, dan banyak spesies tanaman lainnya bersifat biseksual. Selain biseksual, dalam perjalanan evolusi, tumbuhan dengan pemisahan jenis kelamin dalam spesies yang sama berkembang, yaitu tumbuhan berumah satu dan dioecious muncul. Tumbuhan yang mengandung bunga putik (betina) dan bunga jantan (jantan) disebut berumah satu. Pada tumbuhan berumah satu, buah hanya berkembang dari bunga putik. Jagung berumah satumentimun, labu kuning dan lain-lain. Sebaliknya, tumbuhan dioecious adalah tumbuhan yang mengandung bunga putik atau bunga jantan (dalam spesies yang sama). Pada tumbuhan dioecious, hanya tumbuhan yang mempunyai bunga putik (betina) yang berbuah. Poplar, stroberi dan jenis tanaman berkayu dan herba lainnya bersifat dioecious.

Partenogenesis (dari bahasa Yunani. parthenos perawan dan asal kelahiran) merupakan salah satu modifikasi reproduksi seksual dimana gamet betina berkembang menjadi individu baru tanpa adanya pembuahan oleh gamet jantan. Keuntungan partenogenesis adalah dalam beberapa kasus meningkatkan laju reproduksi, dan pada serangga sosial memungkinkan Anda mengatur jumlah keturunan setiap jenis. Partenogenesis dapat bersifat obligat (wajib) dan fakultatif (opsional).

Misalnya saja pada lebah madu(Apis mellifera) ratu bertelur(2п = 32), yang bila berkembang akan menghasilkan betina (ratu atau pekerja), dan telur yang tidak dibuahi(P = 16), yang menghasilkan pejantan (drone) yang menghasilkan sperma melalui mitosis, bukan meiosis.

Beras. Skema jenis partenogenesis.

1. Siklus sel. Mitosis. Meiosis

Pembelahan sel adalah dasar reproduksi dan perkembangan individu organisme.

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

Pembelahan sel proses penting bagi semua organisme. Dalam tubuh manusia, terdiri dari kurang lebih 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 (divisi reduksi).

amitosis metode pembelahan sel yang relatif jarang dan sedikit dipelajari. Ini dijelaskan untuk sel-sel yang menua dan berubah secara patologis. Dalam amitosis, inti interfase terbagi dengan penyempitan, dan distribusi materi herediter yang seragam tidak terjamin. Seringkali nukleus membelah tanpa pemisahan sitoplasma selanjutnya dan sel-sel berinti ganda terbentuk. Sel yang telah mengalami amitosis selanjutnya tidak dapat memasuki siklus mitosis normal. Oleh karena itu, amitosis biasanya terjadi pada sel dan jaringan yang akan mati, misalnya, pada sel membran embrio mamalia dan pada sel tumor.

Mitosis metode universal untuk membagi sel eukariotik. Durasinya dalam sel hewan sekitar 1 jam.Mitosis merupakan proses yang berkesinambungan, 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. Periode sintesis yang intens danpertumbuhan. Sel mensintesis banyak zat yang diperlukan untuk pertumbuhannya dan pelaksanaan semua fungsi bawaannya. Selama interfase, terjadi replikasi DNA.

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

3. Sitokinesis adalah proses pembelahan sitoplasma (sitokinesis) antara dua sel anak.

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

Hubungan antara proses dari waktu ke waktu ditunjukkan pada beras.

Beras . Fase siklus sel

Interfase terdiri dari beberapa periode: G 1, S, G 2.

Periode G1 disebut prasintetis. Durasi paling bervariasi. 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 terjadi proses biosintesis intensif. Pembentukan mitokondria, kloroplas (pada tumbuhan), retikulum endoplasma, lisosom, badan Golgi, vakuola dan vesikel. Nukleolus menghasilkan rRNA, mRNA dan tRNA; ribosom terbentuk; sel mensintesis protein struktural dan fungsional. Metabolisme sel yang intens dikendalikan oleh enzim. Pertumbuhan sel. Pembentukan zat yang menekan atau merangsang timbulnya fase berikutnya.

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

Periode G2 disebut pascasintetis.Durasinya relatif singkat, pada sel mamalia sekitar 2 x 5 jam, pada saat ini jumlah sentriol, mitokondria dan plastida berlipat ganda, terjadi proses metabolisme aktif, protein dan energi terakumulasi untuk pembelahan yang akan datang. Sel mulai membelah. Terjadi proses biosintesis yang intensif. Pembelahan mitokondria dan kloroplas. Peningkatan cadangan energi. Replikasi sentriol (dalam sel di mana sentriol berada) dan awal pembentukan gelendong

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

Profase . Spiralisasi DNA dimulai dan secara bertahap meningkat di dalam nukleus. Kromosom memendek, menebal, menjadi terlihat, dan memperoleh struktur bikromatid yang khas. Nukleolus secara bertahap menghilang. Dalam sitoplasma, mikrotubulus berorientasi pada setiap pasang sentriol, membentuk pusat gelendong. Sentriol berpindah ke kutub yang berbeda, mikrotubulus memanjang sepanjang sumbu sel, dan pembentukan gelendong akromatin dimulai. Selubung nuklir hancur menjadi pecahan-pecahan kecil yang terpisah. Kromosom bergerak menuju pusat sel

Metafase . Kromosom dipilin secara maksimal dan disusun 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 benang gelendong dari kutub yang berbeda melekat pada sentromer setiap kromosom.

Anafase . Ini adalah fase mitosis terpendek. Di sini terjadi pembelahan longitudinal setiap kromosom, kontraksi benanggelendong dan divergensi kromatid (kromosom anak) menuju kutub sel.

Telofase . Kromosom anak perempuan, yang terdiri dari satu kromatid, mencapai kutub sel. DNA yang menyusunnya mulai terurai, nukleolus muncul, membran inti terbentuk di sekitar setiap kelompok kromosom anak, dan benang gelendong akromatin secara bertahap hancur. Fisi nuklir selesai.

Pembelahan sitoplasma dimulai(sitotomi) dan pembentukan septum antara sel anak. Sel hewan melakukan sitotomi dengan menyempitkan membran sitoplasma. Pada tumbuhan, septum membran terbentuk pada bidang ekuator sel, yang tumbuh menyamping, mencapai dinding sel. Hasilnya, dua sel anak yang terpisah sepenuhnya terbentuk.

Mari kita tindak lanjuti perubahan materi keturunanselama siklus mitosis. Peristiwa utama dari siklus mitosis adalah Replikasi DNA terjadi dalam interfase dan menyebabkan penggandaan jumlah informasi herediter, danpemisahan kromatid,terjadi dalam anafase mitosis dan memastikan distribusi informasi herediter yang seragam antara sel anak. Materi herediter melakukan proses-proses ini dalam bentuk struktural yang berbeda. Sintesis replikasi terjadikromatin interfase, indi mana molekul DNA berada dalam keadaan yang relatif terdespiralisasi. Distribusi informasi genetik dilakukankromosom mitosis,di mana DNA dipilin secara maksimal.

Dalam siklus mitosis, jumlah materi keturunan juga berubah. Jika jumlah kromosom dalam suatu himpunan haploid dilambangkan dengan huruf p (dalam himpunan diploid masing-masing 2n), dan jumlah molekul DNA dilambangkan dengan huruf Dengan, maka dimungkinkan untuk melacak perubahan rumus inti sel somatik pada berbagai tahap 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 setiap kromosom menggandakan dirinya sendiri, jumlah total DNA dalam inti menjadi dua kali lipat dan rumus sel mengambil bentuk 2n4c. Sebagai hasil pemisahan kromatid pada anafase mitosis, inti anak menerima satu set kromosom kromatid tunggal diploid. Rumus sel anak kembali menjadi 2p2s.

Signifikansi biologis dari mitosisadalah sebagai hasil dari metode pembelahan ini, sel-sel terbentuk dengan informasi herediter yang secara kualitatif dan kuantitatif identik dengan informasi sel induk. Distribusi seragam bahan herediter dipastikan melalui proses replikasi DNA dan penggandaan kromosom selama interfase siklus mitosis, serta melalui spiralisasi dan distribusi seragam kromatid antara sel anak selama mitosis. Mitosis memastikan terpeliharanya keteguhan kariotipe selama beberapa generasi sel dan berfungsi sebagai mekanisme seluler untuk proses pertumbuhan dan perkembangan tubuh, 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 rangkaian kromosom dalam sel somatik tubuh. Mitosis patologis dapat menyebabkan sejumlah penyakit kromosom. Mitosis patologis sering diamati terutama pada sel tumor.

Diagram mitosis:

MITOSIS

1. Interfase Tahap ini sering disalahartikan sebagai tahap istirahat. Durasi interfase bervariasi dan bergantung pada fungsi sel tertentu. Ini adalah periode di mana sel biasanya mensintesis organel dan bertambah besar ukurannya. Nukleolus terlihat jelas dan aktif mensintesis bahan ribosom. Tepat sebelum pembelahan sel, DNA dan histon setiap kromosom direplikasi. Setiap kromosom sekarang diwakili oleh sepasang kromatid yang dihubungkan satu sama lain oleh sentromer. Substansi kromosom diwarnai dan disebut kromatin, namun struktur ini sendiri sulit dilihat.
2. Profase Biasanya fase pembelahan sel terpanjang. Kromatid memendek (hingga 4% dari panjang aslinya) dan menebal akibat spiralisasi dan kondensasinya. Saat diwarnai, kromatid terlihat jelas, tetapi sentromernya tidak terlihat. Pada pasangan kromatid yang berbeda, letak sentromernya berbeda. Pada sel hewan dan tumbuhan tingkat rendah, sentriol menyimpang ke kutub sel yang berlawanan. Dari setiap sentriol, mikrotubulus pendek memancar dalam bentuk sinar, yang secara kolektif membentuk bintang. Nukleolus menjadi lebih kecil karena sebagian asam nukleatnya ditransfer ke pasangan kromatid tertentu. Menjelang akhir profase, membran inti hancur dan gelendong fisi terbentuk.
3. Metafase Pasangan kromatid diikatkan oleh sentromernya ke filamen gelendong (mikrotubulus) dan bergerak ke atas dan ke bawah gelendong sampai sentromernya berbaris di sepanjang ekuator gelendong tegak lurus sumbunya.
4. Anafase Ini adalah tahap yang sangat singkat. Setiap sentromer terbagi menjadi dua, dan filamen gelendong menarik sentromer anak ke kutub yang berlawanan. Sentromer menarik kromatid yang telah terpisah satu sama lain, yang sekarang disebut kromosom.
5. Telofase Kromosom mencapai kutub sel, berbentuk spiral, memanjang, dan tidak dapat lagi dibedakan dengan jelas. Filamen spindel dihancurkan dan sentriol direplikasi. Membran inti terbentuk di sekitar kromosom di setiap kutub. Nukleolus muncul kembali. Telofase mungkin segera diikuti oleh sitokinesis (pembelahan seluruh sel menjadi dua).

Meiosis (dari bahasa Yunani meiosis reduksi) cara pembelahan sel yang aneh, yang menyebabkan berkurangnya separuh jumlah kromosom di dalamnya. Meiosis adalah penghubung utama gametogenesis pada hewan dan sporogenesis pada tumbuhan. Meiosis terdiri dari dua pembelahan berturut-turut yang didahului oleh reduplikasi DNA tunggal. Semua zat dan energi yang diperlukan untuk kedua pembelahan disimpan selama interfase sebelum meiosis SAYA. Interfase II praktis tidak ada, dan perpecahan dengan cepat mengikuti satu demi satu. Dalam setiap pembelahan meiosis, empat tahap yang sama dibedakan: profase, metafase, anafase, dan telofase, yang merupakan ciri mitosis, tetapi berbeda dalam beberapa ciri.

Pembelahan meiosis pertama (meiosis SAYA ) menyebabkan berkurangnya separuh jumlah kromosom dan disebut reduksi. Hasilnya, dari satu sel diploid(2 hal 4c) dua sel haploid terbentuk(hal 2c) sel.

Profase I meiosis adalah yang terpanjang dan paling kompleks. Selain proses heliksasi DNA dan pembentukan gelendong yang khas pada profase mitosis, SAYA Dua peristiwa biologis yang sangat penting terjadi: konjugasi atau sinapsis kromosom homolog dan menyebrang.

Konjugasi adalah proses kedekatan kromosom homolog. Kromosom berpasangan ini terbentuk bivalent dan dipertahankan dalam komposisinya dengan bantuan protein khusus. Karena setiap kromosom terdiri dari dua kromatid, bivalen mencakup empat kromatid dan disebut juga buku catatan. Sel diploid menghasilkan P bivalen. Setelah konjugasi, rumus sel mengambil bentuk lulus.

Di beberapa tempat bivalen, kromatid dari kromosom terkonjugasi berpotongan, pecah, dan bertukar bagian 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 area (multiple crossover), memberikan tingkat rekombinasi informasi herediter yang lebih tinggi dalam gamet. Pada akhir profase SAYA derajat spiralisasi kromosom meningkat, kromatid menjadi dapat dibedakan dengan jelas, benang gelendong dari setiap kutub menempel pada sentromer salah satu kromosom bivalen. Selubung inti dihancurkan, dan bivalen diarahkan ke bidang ekuator sel.

Pada metafase I Meiosis menyelesaikan pembentukan gelendong, bivalen dipasang di bidang ekuator sel. Untaian gelendong dari satu kutub menempel pada sentromer setiap kromosom.

Pada anafase I Selama meiosis, di bawah pengaruh benang gelendong, kromosom homolog menjauh satu sama lain, menuju ke kutub sel yang berlawanan. Akibatnya, pada setiap kutub sel ahimpunan haploidkromosom, mengandung satu kromosom bikromatid dari setiap pasangan kromosom homolog. Dalam anafase SAYA kromosom dari pasangan yang berbeda, mis. kromosom non-homolog berperilaku sepenuhnya independen satu sama lain, memastikan pembentukan berbagai macam kromosom kombinasi kromosom ayah dan ibu dalam set gamet masa depan yang haploid. Banyaknya kombinasi tersebut sesuai dengan rumus 2 P, dimana hal jumlah pasangan kromosom homolog. Pada manusia, nilai ini sama dengan 2, yaitu. 8.4 10 varian kombinasi kromosom ayah dan ibu mungkin terjadi pada gamet manusia.

Jadi, perbedaan kromosom homolog pada anafase SAYA meiosis memastikan tidak hanya pengurangan jumlah kromosom di sel germinal masa depan, tetapi juga keragaman besar sel germinal karena kombinasi acak kromosom ayah dan ibu dari pasangan yang berbeda.

Pada telofase I Meiosis terjadi ketika sel-sel terbentuk, yang intinya memiliki satu set kromosom haploid dan jumlah DNA dua kali lipat, karena setiap kromosom terdiri dari dua kromatid. Sel hasil pembelahan meiosis pertama mempunyai rumus p2s dan setelah interfase singkat mereka memulai divisi berikutnya.

Pembelahan meiosis kedua (meiosis II ) berlangsung sebagai mitosis yang khas (Gbr. 5.3), tetapi berbeda karena sel-sel yang masuk ke dalamnya mengandung satu set kromosom haploid. Akibat perpecahan ini P kromosom bichromatid (r2c), membelah, terbentuk P kromosom kromatid tunggal(hal). Pembagian ini disebut setara (atau menyamakan kedudukan).

Jadi, setelah dua pembelahan meiosis berturut-turut, dari satu sel dengan satu set diploid kromosom dua kromatid (2x4c), empat sel dengan satu set kromosom kromatid tunggal haploid terbentuk.(hal).

Signifikansi biologis meiosisterdiri dari pembentukan sel dengan kumpulan kromosom yang berkurang dan menjaga keteguhan kariotipe pada sejumlah generasi organisme yang bereproduksi. menular secara seksual. Meiosis berfungsi sebagai dasar variabilitas kombinatif, memberikan keragaman genetik gamet melalui proses pindah silang, divergensi dan kombinatorik kromosom ayah dan ibu. Perubahan struktur kromosom akibat pindah silang yang tidak merata, terganggunya divergensi seluruh atau individu kromosom pada anafase saya dan II pembelahan meiosis mengarah pada pembentukan gamet abnormal dan dapat menjadi dasar kematian organisme atau perkembangan sejumlah sindrom kromosom pada keturunannya.

Diagram dan penjelasan singkat tahapan meiosis berturut-turut dalam sel hewan.

1. Interfase Durasinya bervariasi antar spesies. Replikasi organel terjadi dan ukuran sel bertambah. Replikasi DNA dan histon sebagian besar berakhir pada interfase premeiotik, tetapi sebagian juga melibatkan permulaan profase. Setiap kromosom sekarang diwakili oleh sepasang kromatid yang dihubungkan oleh sentromer. Materi kromosom ternoda, tetapi dari semua struktur hanya nukleolus yang terlihat jelas.	A. Profase awal SAYA
2. Profase Fase terpanjang. Seringkali dibagi menjadi lima tahap (leptotema, zygonema, pachynema, diplonema dan diakinesis), tetapi di sini akan dianggap sebagai rangkaian perubahan kromosom yang berkesinambungan. A . Kromosom memendek dan menjadi terlihat sebagai struktur terpisah. Pada beberapa organisme, mereka tampak seperti untaian manik-manik: area bahan yang sangat ternoda - kromomer - bergantian dengan area yang tidak ternoda. Kromomer adalah tempat di mana materi kromosom sangat melingkar.
B. Kromosom homolog, yang berasal dari inti gamet ibu dan ayah, saling mendekat dan berkonjugasi. Kromosom-kromosom ini memiliki panjang yang sama, sentromernya menempati posisi yang sama, dan biasanya mengandung jumlah gen yang sama yang tersusun dalam urutan linier yang sama. Kromomer dari kromosom homolog terletak berdampingan. Proses konjugasi dapat dimulai di beberapa titik pada kromosom, yang kemudian dihubungkan sepanjang panjangnya (seolah-olah disatukan). Pasangan kromosom homolog terkonjugasi sering disebut bivalen. Bivalen memendek dan menebal. Dalam hal ini, pengepakan yang lebih padat terjadi pada tingkat molekuler dan puntiran yang terlihat secara lahiriah (spiralisasi). Sekarang setiap kromosom dengan sentromernya terlihat jelas.	B.Profase I
DI DALAM. Kromosom homolog yang menyusun bivalen terpisah sebagian, seolah-olah saling menjauh. Sekarang Anda dapat melihat bahwa setiap kromosom terdiri dari dua kromatid. Kromosom-kromosom tersebut masih terhubung satu sama lain di beberapa titik. Titik-titik ini disebut chiasmata (dari bahasa Yunani. kiasma - menyeberang). Di setiap kiasma, bagian kromatid dipertukarkan sebagai akibat dari pemutusan dan penyatuan kembali, yang melibatkan dua dari empat benang yang ada di setiap kiasma. Akibatnya, gen dari satu kromosom (misalnya, ayah - A, B, C) dikaitkan dengan gen dari kromosom lain (ibu a, B , c), yang mengarah pada kombinasi gen baru pada kromatid yang dihasilkan. Proses ini disebut pindah silang. Kromosom homolog tidak terpisah setelah pindah silang, karena kromatid saudara (dari kedua kromosom) tetap terhubung erat sampai anafase.	B. Menyeberang selama profase SAYA
G . Kromatid dari kromosom homolog terus menolak satu sama lain, dan bivalen memperoleh konfigurasi tertentu tergantung pada jumlah kiasmata. Bivalen dengan satu kiasmata berbentuk salib, dengan dua kiasmata berbentuk cincin, dan dengan tiga atau lebih membentuk lingkaran yang tegak lurus satu sama lain. Pada akhir profase, semua kromosom terkondensasi sepenuhnya dan diwarnai secara intens. Perubahan lain terjadi di dalam sel: migrasi sentriol (jika ada) ke kutub, penghancuran nukleolus dan membran inti, dan kemudian pembentukan filamen gelendong.
2. Metafase Bivalen berbaris di bidang ekuator, membentuk pelat metafase. Sentromernya berperilaku sebagai struktur tunggal (meskipun sering kali tampak ganda) dan mengatur filamen gelendong yang melekat padanya, yang masing-masing diarahkan hanya ke salah satu kutub. Akibat lemahnya gaya tarik benang-benang tersebut, setiap bivalen terletak di daerah ekuator, dan kedua sentromernya berada pada jarak yang sama, satu di bawah dan satu lagi di atas.	D. Metafase akhir SAYA
3. Anafase Kedua sentromer yang terdapat pada masing-masing bivalen belum membelah, namun kromatid saudaranya tidak lagi berdekatan satu sama lain. Filamen gelendong menarik sentromer, yang masing-masing berhubungan dengan dua kromatid, menuju kutub berlawanan dari gelendong. Akibatnya, kromosom terbagi menjadi dua set haploid yang berakhir di sel anak.	E. Anafase I
4. Telofase Divergensi sentromer homolog dan kromatid terkait ke kutub yang berlawanan berarti selesainya pembelahan meiosis pertama. Jumlah kromosom dalam satu set menjadi setengahnya, tetapi kromosom pada setiap kutub terdiri dari dua kromatid. Karena persilangan selama pembentukan kiasmata, kromatid-kromatid ini secara genetik tidak identik, dan selama pembelahan meiosis kedua mereka akan terpisah. Spindel dan benangnya biasanya hilang. Pada hewan dan beberapa tumbuhan, kromatid mengalami despiral, membran inti terbentuk di sekelilingnya pada setiap kutub, dan inti yang dihasilkan memasuki interfase. Kemudian dimulailah pembelahan sitoplasma (pada hewan) atau pembentukan dinding sel pemisah (pada tumbuhan), seperti pada mitosis. Pada banyak tumbuhan, baik telofase, pembentukan dinding sel, maupun interfase tidak diamati, dan sel langsung bertransisi dari anafase. I sampai profase II.	G.Telofase I dalam sel hewan

Interfase II Tahap ini biasanya hanya diamati pada sel hewan: durasinya bervariasi. Fase S tidak ada, dan tidak terjadi replikasi DNA lebih lanjut. Proses yang terlibat dalam pembelahan kedua meiosis memiliki mekanisme yang serupa dengan yang terjadi pada mitosis. Mereka melibatkan pemisahan kromatid di kedua sel anak yang dihasilkan dari pembelahan meiosis pertama. Pembelahan kedua meiosis berbeda dari mitosis terutama dalam dua hal: 1) dalam metafase II meiosis, kromatid saudara seringkali terpisah satu sama lain; 2) jumlah kromosomnya haploid.
Profase II Dalam sel yang kehilangan interfase II , tahap ini juga hilang. Durasi profase II berbanding terbalik dengan durasi telofase SAYA . Nukleolus dan membran inti hancur, dan kromatid memendek dan menebal. Sentriol, jika ada, berpindah ke kutub sel yang berlawanan; filamen spindel muncul. Kromatid disusun sedemikian rupa sehingga sumbu panjangnya tegak lurus terhadap sumbu spindel pembelahan meiosis pertama.	Z. Profase P
Metafase II Selama pembelahan kedua, sentromer berperilaku seperti struktur ganda. Mereka mengatur benang spindel yang diarahkan ke kedua kutub, dan dengan demikian menyelaraskan spindel di ekuator.	Metafase II
Anafase II Tengah Omer membelah, dan benang gelendong menariknya ke kutub yang berlawanan. Sentromer menarik kromatid yang terpisah, yang sekarang disebut kromosom. Telofase II Tahap ini sangat mirip dengan telofase mitosis. Kromosom mengalami despiral, meregang dan kemudian sulit dibedakan. Filamen spindel menghilang dan sentriol bereplikasi. Di sekitar masing-masing inti, yang sekarang mengandung setengah jumlah kromosom (haploid) dari sel induk aslinya, sebuah membran inti kembali terbentuk. Sebagai hasil pembelahan sitoplasma selanjutnya (pada hewan) atau pembentukan dinding sel (pada tumbuhan), empat sel anak diperoleh dari satu sel induk asli.

Perbedaan tahapan mitosis dan meiosis

Panggung	Mitosis	Meiosis
Profase	Kromomer tidak terlihat Kromosom homolog dipisahkan Chiasmata tidak terbentuk Penyeberangan tidak terjadi	Kromomer terlihat Kromosom homolog terkonjugasi. Chiasmata terbentuk. Pindah silang mungkin saja terjadi
Metafase	Pasangan kromatid terletak di ekuator spindel Sentromer berbaris pada bidang yang sama di ekuator spindel	Pasangan kromatid terletak di ekuator gelendong hanya pada pembelahan meiosis kedua Sentromer pada pembelahan pertama meiosis terletak di atas dan di bawah ekuator pada jarak yang sama darinya
Anafase	Sentromer membelah. Kromatidnya terpisah. Kromatid divergen adalah identik	Sentromer membelah hanya pada tahap kedua meiosis. Kromatid terpisah selama pembelahan meiosis kedua. Pada pembelahan pertama, seluruh kromosom terpisah. Kromosom yang menyimpang mungkin tidak identik akibat pindah silang
Telofase	Jumlah kromosom pada sel anak sama dengan sel induk Sel anak mengandung kedua kromosom homolog (dalam diploid)	Jumlah kromosom pada sel anak adalah setengah dari jumlah kromosom pada sel induk Sel anak hanya mengandung satu dari setiap pasangan kromosom homolog
Di mana pembagian seperti ini terjadi?	Mungkin dalam sel haploid, diploid dan poliploid Terjadi selama pembentukan sel somatik dan beberapa spora, serta selama pembentukan gamet pada tumbuhan di mana terjadi pergantian generasi.	Hanya pada sel diploid dan poliploid Selama gameto atau sporogenesis

1. Struktur gamet. Gametogenesis

Reproduksi seksual dilakukan dengan menggunakan sel germinal khusus yang disebut gamet. Gamet betina disebut telur, jantan spermatozoa.Gamet berbeda dari sel somatik terutama karena memiliki setengah jumlah kromosom, serta tingkat proses metabolisme yang rendah.

bakal biji sel non-motil yang relatif besar, biasanya berbentuk bulat; Selain organel khas, sitoplasma juga mengandung inklusi nutrisi cadangan berupa kuning telur ( beras .). Di dalam inti telur, banyak salinan gen ribosom dan mRNA terbentuk, memastikan sintesis protein penting embrio masa depan. Telur dari organisme yang berbeda berbeda dalam jumlah dan sifat distribusi kuning telur di dalamnya. Ada beberapa jenis telur.

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

Sangat telolecithalTelur beberapa ikan, reptil, burung, dan mamalia ovipar mengandung banyak kuning telur, menempati hampir seluruh volume sitoplasma telur. Pada kutub animal terdapat cakram germinal dengan sitoplasma aktif tanpa kuning telur. Ukuran telur ini besar, 10-15 mm atau lebih.

Alekital telurnya praktis tidak memiliki kuning telur, berukuran kecil secara mikroskopis (0,1 × 0,3 mm) dan merupakan ciri mamalia berplasenta, termasuk manusia.

Sperma atau sperma adalah gamet jantan bergerak yang sangat kecil (misalnya, sperma manusia berukuran panjang 50 × 70 µm, dan sperma buaya berukuran 20 µm) yang dibentuk oleh gonad jantan - testis; jumlah mereka mencapai jutaan. Bentuk sperma pada hewan berbeda-beda, namun strukturnya sama, kebanyakan memiliki kepala dan leher. Di dalam kepala sperma terdapat nukleus yang mengandung sejumlah kromosom haploid dan tertutup akrosom. Akrosom adalah struktur khusus, kompleks Golgi yang dimodifikasi, yang mengandung enzim untuk melarutkan membran sel telur selama pembuahan, dibatasi oleh membran. Lehernya mengandung banyak mitokondria dan dua sentriol. Ekor yang dibentuk oleh mikrotubulus tumbuh dari leher dan memastikan motilitas sperma. Bagian tengahnya melebar karena banyaknya mitokondria yang dikandungnya, dirangkai menjadi spiral di sekitar flagel. Mitokondria ini menyediakan energi untuk mekanisme kontraktil yang menggerakkan flagel. Bagian utama dan ekor sperma mempunyai ciri struktur flagela.

Jika dilihat kepala sperma manusia dari atas tampak bulat, dan jika dilihat dari samping tampak pipih. Gerakan flagela saja tidak cukup bagi sperma untuk menempuh jarak dari vagina ke tempat terjadinya pembuahan. Tugas lokomotor utama sperma adalah mengerumuni oosit dan menyesuaikan diri dengan cara tertentu sebelum menembus membran oosit.

Pembentukan gamet (gametogenesis).Sel epitel germinal pada pria Dan Gonad betina menjalani serangkaian pembelahan mitosis dan meiosis berurutan, yang secara kolektif disebut gametogenesis, menghasilkan pembentukan gamet jantan matang (spermatogenesis) dan gamet betina (oogenesis). Dalam kedua kasus tersebut, prosesnya dibagi menjadi tiga fase - fase reproduksi, fase pertumbuhan, dan fase pematangan. Fase reproduksi melibatkan pembelahan mitosis berulang yang mengarah pada pembentukan banyak spermatogonia atau oogonia. Masing-masing dari mereka mengalami masa pertumbuhan sebagai persiapan untuk pembelahan meiosis pertama dan sitokinesis berikutnya. Kemudian fase pematangan dimulai, di mana pembelahan meiosis pertama dan kedua terjadi Dengan diferensiasi sel haploid selanjutnya Dan pembentukan gamet matang.

Perkembangan sperma (spermatogenesis).Spermatozoa (sperma) terbentuk sebagai hasil serangkaian pembelahan sel yang berurutan, yang secara kolektif disebutspermatogenesis,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 terbentuk 7 sperma per hari. Epitel tubulus seminiferus terdiri dari lapisan luar selepitel germinaldan sekitar enam lapisan sel terbentuk sebagai hasil pembelahan sel berulang pada lapisan ini (Gbr. 20.32 dan 20.33); lapisan-lapisan ini berhubungan dengan tahapan perkembangan sperma yang berurutan. Pertama, pembelahan sel epitel germinal menimbulkan banyak sel spermatogonia yang bertambah besar dan menjadispermatosit orde pertama.Hasil pembelahan meiosis pertama, spermatosit ini membentuk haploidspermatosit urutan kedua,setelah itu mereka menjalani pembelahan meiosis kedua dan berubah menjadi spermatid. Di antara “untaian” sel yang sedang berkembang ada sel-sel besar Sel Sertoli, atau sel trofik,terletak di seluruh ruang dari lapisan luar tubulus hingga lumennya.

Spermatosit terletak di banyak lekukan pada permukaan lateral sel Sertoli; di sini mereka berubah menjadi spermatid, dan kemudian berpindah ke tepi sel Sertoli, yang menghadap lumen tubulus seminiferus, tempat mereka matang, membentuk sperma (Gbr. 20.33 ). Rupanya, sel Sertoli memberikan dukungan mekanis, perlindungan dan nutrisi pada sperma yang matang. Semua nutrisi dan oksigen 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 dilalui sperma melalui tubulus.

Perkembangan telur pada manusia (oogenesis).Berbeda dengan pembentukan sperma, yang pada pria dimulai hanya pada masa pubertas, pembentukan sel telur pada wanita dimulai bahkan sebelum kelahirannya dan selesai untuk setiap sel telur hanya setelah pembuahannya. Tahapan oogenesis ditunjukkan pada Gambar. 20.36. Selama perkembangan janin, sel germinal primordial membelah berulang kali melalui mitosis, menghasilkan banyak sel besar yang disebut oogonia. Oogonia kembali mengalami mitosis dan terbentukoocyg urutan pertama,yang tetap pada tahap profase hampir sampai ovulasi. Oosit orde pertama dikelilingi oleh satu lapisan sel-membran granulosa-dan membentuk apa yang disebutfolikel primordial.Janin perempuan sesaat sebelum lahir mengandung sekitar 2 10 6 folikel-folikel ini, tetapi hanya sekitar 450 di antaranya yang mencapai tahap oosit tingkat kedua dan meninggalkan ovarium (ovulasi). Sebelum ovulasi, oosit orde pertama mengalami pembelahan meiosis pertama, membentuk haploidoosit orde kedua Dan badan kutub pertama.Pembelahan meiosis kedua mencapai tahap metafase, tetapi tidak berlanjut sampai oosit menyatu dengan sperma. Selama pembuahan, oosit orde kedua mengalami pembelahan meiosis kedua, membentuk sel besar - telur dan juga badan kutub kedua.Semua badan kutub adalah sel kecil; mereka tidak berperan dalam oogenesis dan akhirnya dihancurkan.

partenogenesis

mewajibkan

opsional

Perkembangan organisme hanya dari telur yang tidak dibuahi.

Hanya perempuan yang terbentuk.

Misalnya kadal batu bule

letlet dapat berkembang baik tanpa pembuahan maupun dengan pembuahan

Tipe wanita

Laki-laki berkembang dari telur yang tidak dibuahi

Tipe pria

Pada beberapa alga isogami

Karya serupa lainnya yang mungkin menarik bagi Anda.vshm>
6644.		Perkembangan individu organisme (ontogenesis)	78,69 KB
	Dipercaya bahwa isi inti hanya satu sperma yang menembus ke dalam sel telur hewan. Dalam kasus manusia dan terkadang hewan tingkat tinggi, masa perkembangan sebelum kelahiran sering disebut pranatal setelah lahir dan pascanatal. Pada sebagian besar hewan multiseluler, terlepas dari kompleksitas organisasinya, tahapan perkembangan embrio yang dilalui embrio adalah sama. Sifat penghancuran dan jenis blastula pada berbagai vertebrata...
13714.		Perkembangan individu organisme dan perilakunya. Ontogenesis. Siklus hidup pada tumbuhan dan hewan	9,96 KB
	Asal usul kepribadian Ontogenesis adalah perkembangan individu suatu organisme dari saat pembentukan zigot hingga kematiannya. Gamet adalah sel kelamin yang membawa informasi herediter dan memiliki set haploid. Fertilisasi adalah proses peleburan sel reproduksi jantan dan betina pada tumbuhan atau hewan dan merupakan dasar dari proses seksual. Masa germinal embrio adalah masa entogenesis mulai dari pembentukan zigot sampai dengan lahir atau keluarnya dari selaput telur atau perkecambahan.
10427.		Reproduksi	6,75 KB
	Dengan beragamnya bentuk reproduksi organisme, semuanya dapat direduksi menjadi dua jenis utama: aseksual dan seksual. Pada reproduksi aseksual, reproduksi keturunan terjadi dari salah satu induk melalui pembentukan spora atau secara vegetatif. Pada perkembangbiakan vegetatif, keturunan akan muncul dari bagian tubuh yang terpisah dari induknya. Selama perbanyakan vegetatif, tanaman mempertahankan heterozigositas selama beberapa generasi.
21332.		Faktor pembatas. Adaptasi organisme terhadap faktor	303,8 KB
	Beberapa hewan menyukai panas yang menyengat, yang lain lebih tahan terhadap suhu lingkungan sedang, dll. Selain itu, organisme hidup dibagi menjadi organisme yang mampu bertahan dalam rentang perubahan yang luas atau sempit dalam faktor lingkungan apa pun. Jika pengaruh kondisi lingkungan tidak mencapai nilai ekstrim, organisme hidup bereaksi terhadapnya dengan tindakan tertentu atau perubahan keadaannya, yang pada akhirnya mengarah pada kelangsungan hidup spesies. Objek kajian dalam karya ini adalah faktor lingkungan, pokok bahasannya adalah faktor pembatas dan adaptasi organisme terhadap...
8875.		Pola umum interaksi antara organisme dan faktor lingkungan	193,58 KB
	Faktor biotik lingkungan darat dan perairan tanah Zat aktif biologis organisme hidup Faktor antropogenik Pola umum interaksi antara organisme dan faktor lingkungan Konsep faktor pembatas. Hukum minimum Liebig Hukum Shelford Kekhususan dampak faktor antropogenik pada suatu organisme Klasifikasi organisme dalam kaitannya dengan faktor lingkungan 1. Kondisi stepa rumput bulu mewakili rezim faktor abiotik yang sangat berbeda.
12700.		Karakteristik biologis hama dan tindakan pengendaliannya	62,79 KB
	Kerugian panen yang sangat signifikan terjadi akibat adanya gulma yang menghilangkan unsur hara dan kelembapan dari tanah, menaungi tanaman budidaya, dan dalam banyak kasus mencemari produk dengan zat dan benih beracun yang menyebabkan keracunan pada manusia dan hewan. Arah utama kimiaisasi pertanian: penggunaan pupuk, bahan kimia, perlindungan tanaman dari hama, penyakit dan gulma, penggunaan produk kimia pada peternakan, pengalengan produk pertanian dan...
13403.		Virus sebagai bentuk kehidupan non-seluler. Struktur, klasifikasi, interaksi virus dengan sel berbagai organisme	12,75 KB
	Ini adalah objek biologis, genom yang terdiri dari DNA atau RNA asam nukleat, diproduksi dalam sel hidup menggunakan peralatan biosintetiknya. Perbedaan antara virus dan bentuk kehidupan lainnya: mereka tidak memiliki struktur seluler; 1 jenis asam nukleat; hanya DNA atau RNA; mereka tidak memiliki metabolisme sendiri. Hipotesis asal usul virus: virus muncul dari komponen sel normal yang lolos dari kendali mekanisme pengaturan dan berubah menjadi unit independen; kemungkinan besar, serangkaian perubahan genetik terjadi pada bagian DNA yang...
18798.		Indikator struktural dan fungsional organisme mesofauna tanah di hutan dan biotop terbuka lembah Sungai Pozim	61,54 KB
	Namun, saat ini perkembangan wilayah tersebut merupakan akibat dari sejumlah permasalahan lingkungan. Secara khusus, pekerjaan sedang dilakukan secara ekstensif di lembah untuk mengeringkan padang rumput dataran banjir, yang secara langsung mempengaruhi biotop alami.
19386.		Perkembangan liberalisme di CIS	35,55 KB
	Sifat sistemik yang kompleks dari perubahan yang dipertimbangkan dalam proses evolusi hubungan ekonomi luar negeri menentukan revisi dan perubahan seluruh aksiomatik gagasan tradisional tentang identifikasi, batas dan kedaulatan perekonomian nasional...
8867.		PENDIDIKAN DAN PEMBANGUNAN	162,32 KB
	Hakikat masalah hubungan antara pelatihan dan pengembangan. Pendekatan dasar untuk memecahkan masalah hubungan antara pelatihan dan pengembangan. Konsep zona perkembangan proksimal L. Hakikat masalah hubungan antara pelatihan dan pengembangan.

Reproduksi adalah kemampuan organisme untuk menghasilkan keturunan atau kemampuan organisme untuk memperbanyak dirinya. Sebagai sifat terpenting makhluk hidup, reproduksi menjamin kelangsungan hidup dan kelangsungan spesies.

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

Makhluk hidup mempunyai ciri-ciri yang sangat beragam dalam metode reproduksinya. Namun demikian, ada dua metode reproduksi utama - 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 berpartisipasi. Sebaliknya, reproduksi seksual melibatkan dua orang tua, yang masing-masing memiliki sistem reproduksi sendiri dan menghasilkan sel kelamin (gamet), yang setelah peleburan membentuk zigot (telur yang telah dibuahi), yang kemudian berdiferensiasi menjadi embrio. Oleh karena itu, selama reproduksi seksual terjadi campuran faktor keturunan, yaitu suatu proses yang disebut amphimixis (dari bahasa Yunani. amfi - di kedua sisi, campuran - percampuran).

Reproduksi aseksual

Reproduksi aseksual merupakan ciri organisme dari banyak spesies, baik tumbuhan maupun hewan. Hal ini ditemukan pada virus, bakteri, alga, jamur, tanaman vaskular, protozoa, spons, coelenterata, bryozoa dan tunikata.

Bentuk reproduksi aseksual yang paling sederhana merupakan ciri khas virus. Proses reproduksinya dikaitkan dengan molekul asam nukleat, dengan kemampuan molekul tersebut untuk menggandakan diri

dan didasarkan pada kekhususan ikatan hidrogen yang relatif lemah antar nukleotida.

Beras. 16.Metode reproduksi organisme

Sehubungan dengan organisme lain yang bereproduksi secara aseksual, dibedakan antara reproduksi vegetatif dan reproduksi melalui sporulasi.

Perbanyakan vegetatif adalah perkembangbiakan dimana suatu organisme baru berkembang dari bagian yang terpisah dari organisme induknya. Jenis reproduksi ini merupakan ciri organisme uniseluler dan multiseluler, tetapi memiliki manifestasi berbeda di dalamnya.

Pada organisme uniseluler, reproduksi vegetatif diwakili oleh bentuk-bentuk seperti pembelahan, pembelahan ganda, dan tunas. Pembelahan dengan penyempitan sederhana dengan terbentuknya dua organisme anak dari satu organisme induk merupakan ciri bakteri dan ganggang biru-hijau (cyanobacteria). Sebaliknya, reproduksi dengan pembelahan alga coklat dan hijau, serta hewan uniseluler (sarcode, flagellata, dan ciliata) terjadi melalui pembelahan mitosis nukleus, diikuti dengan penyempitan sitoplasma.

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

Pada organisme tumbuhan multiseluler, perbanyakan vegetatif dengan pembelahan dilakukan dengan stek, umbi, daun, dan rimpang. Tapi ini pada dasarnya adalah perbanyakan buatan yang digunakan dalam praktik pertanian. Reproduksi tumbuhan tingkat tinggi dalam kondisi buatan juga dimungkinkan dari satu sel. Organisme yang berkembang dari satu sel (klon) memiliki semua sifat organisme multiseluler aslinya. Perbanyakan ini disebut mikropropagasi klonal. Salah satu bentuk perbanyakan vegetatif dapat berupa okulasi atau pencangkokan banyak tanaman budidaya, yang terdiri dari pemindahan tunas atau bagian pucuk dari satu tanaman ke tanaman lainnya. Tentu saja, ini juga merupakan metode reproduksi yang tidak terjadi di alam, tetapi digunakan secara luas di bidang pertanian.

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

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

Tunas terdiri dari pembentukan tuberkel (pertumbuhan) dengan inti pada sel induk, yang kemudian terpisah dan menjadi organisme mandiri. Pertunasan terjadi baik pada tumbuhan uniseluler, misalnya pada ragi, maupun pada hewan uniseluler, misalnya pada spesies ciliate tertentu.

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

Di antara hewan, reproduksi melalui sporulasi diamati pada sporozoa, khususnya pada plasmodium falciparum.

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 dikemukakan pada Bab V dan XIII, reproduksi seksual pada bakteri dilakukan dengan cara konjugasi, yang dianalogikan dengan proses seksual dan merupakan sistem rekombinasi organisme tersebut, sedangkan pada protozoa, reproduksi seksual juga terjadi melalui konjugasi atau melalui syngamy. dan autogami.

Pada organisme multiseluler (tumbuhan dan hewan), reproduksi seksual dikaitkan dengan pembentukan sel germinal atau kelamin (gamet), pembuahan dan pembentukan zigot.

Reproduksi seksual adalah perolehan organisme secara evolusioner yang signifikan. Di sisi lain, hal ini berkontribusi pada reassortment gen, munculnya keanekaragaman organisme dan peningkatan daya saing mereka dalam kondisi lingkungan yang terus berubah.

Pada organisme bersel tunggal, reproduksi seksual terjadi dalam beberapa bentuk. Pada bakteri, reproduksi seksual dapat dianalogikan dengan konjugasi yang terjadi pada bakteri, yaitu perpindahan 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 terjadi transfer inti dari satu individu ke individu lain, diikuti dengan pembelahan individu terakhir.

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

Ada perbedaan penting antara sel somatik dan sel reproduksi hewan. Itu terletak pada kenyataan bahwa sel somatik mampu membelah, yaitu, mereka berkembang biak sendiri, dan, di samping itu, sel germinal terbentuk darinya. Sebaliknya, sel kelamin tidak membelah, tetapi “memulai” reproduksi seluruh organisme.

Sel somatik diploid tempat terbentuknya sel germinal jantan disebut spermatogonia, dan tempat terbentuknya sel germinal betina disebut oogonia. Proses pembentukan (pertumbuhan dan diferensiasi) sel germinal jantan dan betina disebut gametogenesis.

Gametogenesis didasarkan pada meiosis (dari bahasa Yunani. meiosis - Reduce), yaitu pengurangan pembelahan inti sel yang disertai dengan penurunan jumlah kromosom per inti. Meiosis terjadi pada sel-sel khusus pada organ reproduksi makhluk hidup yang bereproduksi secara seksual (Gbr. 17). Misalnya, pada pteridofita, meiosis terjadi pada sel sporangial khusus yang terletak di permukaan bawah daun tanaman tersebut dan berkembang menjadi spora dan kemudian menjadi gametofit. Yang terakhir ini ada secara terpisah, pada 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 tersebut, meiosis juga terjadi pada sel antera khusus, yang juga berkembang menjadi spora yang akhirnya menghasilkan serbuk sari dengan dua gamet jantan. Pada cacing tanah yang bersifat hermafrodit dan terdapat alat reproduksi jantan pada satu ruas tubuh dan betina pada ruas tubuh lainnya yang bercirikan

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

Mereka memiliki kemampuan untuk melakukan fertilisasi silang antara individu yang berbeda; mereka memiliki kemampuan untuk melakukan spermatogenesis dan oogenesis secara bersamaan.

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

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

Beras. 18.

Perilaku kromosom selama gametogenesis pada hewan adalah sama pada pria dan wanita. Namun, jenis kelamin berbeda dalam waktu asal mula tahapan meiosis yang berbeda, khususnya

terutama terlihat pada manusia. Pada pria pascapubertas, proses meiosis lengkap selesai dalam waktu sekitar dua bulan, sedangkan pada wanita, pembelahan meiosis pertama dimulai di ovarium janin dan tidak selesai sampai ovulasi dimulai, yang terjadi pada usia 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 orde kedua hanya menghasilkan satu sel telur. Produk nuklir lain dari meiosis betina adalah tiga badan reduksi yang tidak berpartisipasi dalam reproduksi dan mengalami degenerasi.

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

Dalam proses gametogenesis juga terjadi diferensiasi sel telur (ovogenesis) dan spermatozoa (spermatogenesis), yang merupakan prasyarat berfungsinya keduanya. Telur hewan jauh lebih besar dari sperma, biasanya tidak bergerak dan mengandung bahan nutrisi yang menjamin perkembangan embrio pada periode awal setelah pembuahan. Sperma sebagian besar hewan memiliki flagel, yang menjamin kemandirian geraknya.

Meiosis memiliki signifikansi biologis yang luar biasa. Berkat meiosis, jumlah kromosom yang konstan dipertahankan dalam sel organisme, berapapun jumlah generasinya. Oleh karena itu, meiosis menjaga kekonstanan spesies. Terakhir, pada meiosis, akibat pindah silang, 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 khusus tersebut berfungsi sebagai berikut:

disebut sel germinal primordial, yang bermigrasi ke testis pada periode awal embriogenesis individu jantan. Oleh karena itu, sel primordial merupakan nenek moyang (prekursor) sel germinal dewasa.

Testis manusia terdiri dari banyak tubulus, yang dindingnya dibentuk oleh lapisan sel yang berada 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 berpindah ke lapisan dalam tubulus, di mana, sebagai hasil meiosis, mereka berkembang menjadi sel yang disebut spermatosit orde pertama (spermatosit I), kemudian menjadi spermatosit orde kedua. (spermatosit II) dan, akhirnya,

Beras. 19.Spermatogenesis dan oogenesis

menjadi spermatid, yaitu sel germinal haploid yang pada 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 melalui meiosis, yang mengarah pada pembentukan spermatid. Ini adalah gambaran seseorang.

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

Beras. 20.Fase meiosis: 1 - pembelahan meiosis pertama; 2 - pembelahan meiosis kedua

ditandai dengan fakta bahwa terjadi replikasi kromosom (penggandaan DNA), yang hampir selesai sepenuhnya pada awal profase I.

Pembelahan meiosis pertama dimulai pada spermatosit primer dan ditandai dengan profase panjang, yang terdiri dari transisi profase I dan profase II satu sama lain. Pada profase I, ada lima tahapan utama - leptonema, zygonema, pachynema, diplonema dan diakinesis.

Pada tahap leptonema, kromosom dalam nukleus disajikan dalam bentuk benang spiral tipis yang mengandung banyak butiran berwarna gelap (kromomer). Pemisahan kromomer dan benang tidak dicatat, tetapi diyakini bahwa kromosom pada tahap ini bersifat ganda, yaitu diploid. Homolog setiap pasangan kromosom disatukan oleh kromomer sepanjang panjangnya sesuai dengan prinsip jepitan.

Tahap zigonema ditandai dengan terbentuknya sinapsis antar kromosom homolog, sehingga terjadi pembentukan pasangan kromosom (bivalen). Kromosom X dan Y berperilaku agak berbeda dibandingkan autosom. Mereka mengembun menjadi benda heterokromatik berwarna gelap, berpasangan sebagai akibat dari daerah homolog di ujungnya.

Pada tahap pachynema, yang merupakan tahap terpanjang dalam profase meiosis, terjadi kondensasi bivalen dan pembelahan setiap kromatid menjadi dua, akibatnya setiap bivalen merupakan struktur heliks kompleks yang terdiri dari empat kromatid saudara (tetrad). Pada akhir tahap ini, pemisahan pasangan kromosom bivalen dimulai. Sekarang kromosom homolog dapat diamati secara berdampingan. Oleh karena itu, dalam beberapa sediaan terlihat empat kromosom, yang terbentuk sebagai hasil duplikasi setiap homolog, membentuk kromatid saudara. Pada tahap ini terjadi pertukaran antar homolog dan pembentukan kiasmata.

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

persilangan sebelumnya antara homolog yang terhubung secara sinaptis. Pada sediaan yang baik, satu hingga beberapa chiasmata dapat diamati, bergantung pada panjang bivalennya. Setiap kiasma yang diamati pada tahap ini mewakili hasil pertukaran yang terjadi antara kromatid non-saudara selama tahap pachynema. Ketika kompresi dan tolakan bivalen meningkat, kiasmata bergerak menuju ujung kromosom, yaitu terjadi terminalisasi kromosom. Pada akhir diplonema, terjadi despiralisasi kromosom; homolog terus menolak satu sama lain.

Pada tahap diakinesis yang mirip dengan diplonema, pemendekan bivalen berlanjut dan kiasmata melemah (menurun), akibatnya terbentuk satuan diskrit berupa kromatid (empat). Segera setelah selesainya tahap ini, terjadi pelarutan membran inti.

Pada metafase I, bivalen mencapai konsentrasi tertingginya. Menjadi lonjong, terletak di bagian khatulistiwa nukleus, di mana mereka membentuk lempeng khatulistiwa metafase I meiosis. Bentuk setiap bivalen ditentukan oleh jumlah dan lokasi kiasmata. Pada pria, jumlah kiasmata per bivalen pada metafase I biasanya 1-5. Bivalen XY menjadi berbentuk batang akibat kiasma tunggal yang terletak di ujung.

Pada anafase I, pergerakan sentromer yang berlawanan ke kutub sel yang berlawanan dimulai. Akibatnya, kromosom homolog terpisah. Setiap kromosom sekarang terdiri dari dua kromatid yang disatukan oleh sebuah sentromer, yang tidak membelah dan tetap utuh. Hal ini membedakan anafase I meiosis dari anafase mitosis, di mana sentromer mengalami pembelahan. Penting untuk dicatat bahwa pindah silang membuat setiap kromatid berbeda secara genetik.

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

Pembelahan meiosis kedua terjadi dalam 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. Dalam metafase II, sentromer dari masing-masing kromosom ganda membelah, menghasilkan sentromernya sendiri untuk setiap kromosom baru. Pembentukan gelendong dimulai, menuju kutub tempat kromosom baru bergerak. Pada telofase II, pembelahan meiosis kedua berakhir, sebagai akibatnya setiap spermatosit orde kedua menghasilkan dua spermatid, yang kemudian spermatozoa berdiferensiasi. Seperti pada spermatosit sekunder, jumlah kromosom pada spermatid adalah haploid (1n). Namun, kromosom spermatid adalah tunggal, sedangkan kromosom spermatosit II sekunder adalah ganda, dibangun dari dua kromatid. Akibatnya, inti setiap spermatid memiliki satu set kromosom non-homolog. Pembelahan meiosis sekunder merupakan pembelahan tipe mitosis (pembelahan ekuator). Ini memisahkan kromatid saudara ganda dan berbeda dari pembelahan reduksi, di mana kromosom homolog dipisahkan. Satu-satunya perbedaan signifikan dari mitosis klasik adalah adanya satu set kromosom haploid.

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

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

Pada sebagian besar hewan jantan dewasa (matang secara seksual), spermatogenesis terjadi di testis secara terus-menerus atau berkala (musiman). Misalnya, pada serangga hanya diperlukan waktu beberapa hari untuk menyelesaikan siklus spermatogenesis, sedangkan pada mamalia siklus ini memakan waktu berminggu-minggu atau bahkan berlarut-larut.

Beras. 21.Distribusi kromosom selama gametogenesis

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

Sel reproduksi jantan, yang dihasilkan oleh organisme dari spesies berbeda, dicirikan oleh mobilitas dan keragaman ukuran dan struktur yang ekstrim (Gbr. 22). Setiap sperma manusia terdiri dari tiga bagian - kepala, bagian tengah dan ekor (Gbr. 23). Kepala sperma mengandung nukleus yang berisi sekumpulan kromosom haploid.

Kepala dilengkapi dengan akrosom, yang mengandung enzim litik yang diperlukan agar isi sperma dapat memasuki sel telur. Dua sentriol juga terlokalisasi di kepala - proses

Beras. 22. Bentuk sperma

Beras. 23. Struktur sperma: A - gambar mikroskopis cahaya di bidang 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 - ulir aksial

simal, yang merangsang pembelahan sel telur yang dibuahi oleh sperma, dan distal, yang menimbulkan batang aksial ekor. Bagian tengah sperma berisi badan basal ekor dan mitokondria. Ekor (proses) sperma dibentuk oleh batang aksial internal dan selubung luar, yang berasal dari sitoplasma. Spermatozoa manusia mempunyai ciri motilitas yang signifikan.

OVOGENESIS DAN SEL OGGLE

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

Pada mamalia dan manusia, oogenesis dimulai pada masa prenatal (sebelum kelahiran). Oogonia, yaitu sel kecil dengan inti yang cukup 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 pembelahan meiosis pertama. Pada saat seorang anak perempuan lahir, semua oosit primer sudah berada dalam profase pembelahan meiosis pertama. Oosit primer tetap berada dalam profase sampai permulaan pubertas pada individu wanita. Satu oosit mengandung hingga 100.000 mitokondria. Ketika folikel ovarium matang pada awal pubertas, profase meiosis berlanjut pada oosit primer. Pembelahan meiosis pertama untuk setiap sel telur yang sedang berkembang selesai sesaat sebelum waktu ovulasi sel telur tersebut. Sebagai hasil pembelahan meiosis pertama dan distribusi sitoplasma yang tidak merata, satu sel yang dihasilkan menjadi oosit sekunder, yang lain menjadi badan polar (reduksi).

Pembelahan meiosis sekunder terjadi ketika oosit sekunder (sel telur yang sedang berkembang) berpindah dari ovarium ke tuba falopi. Namun pembelahan ini tidak selesai sampai sperma menembus oosit sekunder, yang biasanya terjadi di tuba falopi. Ketika sperma menembus oosit sekunder, oosit sekunder membelah, menghasilkan pembentukan ovote (sel telur matang) dengan pronukleus yang mengandung satu set.

dari 23 kromosom ibu. Sel lain yang dihasilkan dari pembelahan ini adalah badan kutub kedua, yang tidak mampu berkembang lebih lanjut. Pada saat ini, benda kutub (reduksi) juga mengalami pembelahan menjadi dua. Dengan demikian, perkembangan satu oosit orde pertama 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 setiap bulannya. Selama diferensiasi telur, membran terbentuk dan ukuran nukleusnya mengecil.

Pada beberapa spesies hewan, oogenesis terjadi dengan cepat dan terus menerus serta menghasilkan produksi telur dalam jumlah besar.

Meskipun memiliki kesamaan dengan spermatogenesis, oogenesis memiliki beberapa ciri khusus. Bahan nutrisi (kuning telur) oosit primer tidak terdistribusi secara merata di antara empat sel yang terbentuk akibat pembelahan meiosis. Jumlah utama kuning telur disimpan dalam satu sel besar, sedangkan badan polar mengandung sangat sedikit zat ini. Sebagai hasil pembelahan, badan kutub pertama dan kedua menerima set kromosom yang sama dengan oosit sekunder, namun tidak menjadi sel germinal. Sebab, sel telur jauh lebih kaya bahan nutrisi dibandingkan sperma. Perbedaan ini terutama terlihat pada kasus hewan bertelur.

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

Selaput tersier telur adalah albumen, subkulit dan membran cangkang. Telur mamalia dicirikan dengan adanya dua membran. Struktur komponen intraseluler telur bersifat spesifik menurut spesiesnya, bahkan terkadang memiliki ciri tersendiri.

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

PEMUPUKAN

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

Tergantung pada spesies organisme yang bereproduksi secara seksual, pembuahan eksternal dan internal dibedakan. Pembuahan eksternal terjadi di lingkungan tempat masuknya sel reproduksi jantan dan betina. Misalnya, pembuahan pada ikan bersifat eksternal. Sel reproduksi jantan (susu) dan betina (kaviar) yang dilepaskannya masuk ke dalam air, tempat mereka bertemu dan bersatu.

Fertilisasi internal terjadi melalui perpindahan sperma dari tubuh laki-laki ke tubuh perempuan. Pembuahan semacam itu terjadi pada mamalia, yang titik pusatnya adalah peleburan inti sel germinal. Dipercaya bahwa isi satu sperma menembus sel telur. Dalam mekanisme pembuahan

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

Perkembangan eksperimental yang dilakukan dalam beberapa tahun terakhir menunjukkan bahwa pembuahan telur mamalia, termasuk manusia, dapat dilakukan secara in vitro. Selain itu, embrio yang dikembangkan secara in vitro dapat ditanamkan ke dalam rahim wanita, di mana embrio tersebut mengalami perkembangan normal lebih lanjut. Ada banyak kasus kelahiran anak “tabung”.

Berbeda dengan hewan yang berkembang biak melalui zigogenesis, banyak organisme yang mampu bereproduksi melalui partenogenesis (dari bahasa Yunani. parthenos - perawan dan geno - kelahiran), yang mengacu pada reproduksi organisme dari sel telur yang tidak dibuahi. Ada partenogenesis obligat dan fakultatif. Partenogenesis wajib telah menjadi metode utama reproduksi organisme spesies tertentu, misalnya kadal batu Kaukasia. Hewan dari spesies ini hanya berjenis kelamin betina. Sebaliknya, partenogenesis fakultatif berarti sel 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, dan rotifera, di mana jantan berkembang dari telur yang tidak dibuahi. Partenogenesis jantan terjadi pada beberapa alga isogami.

Partenogenesis dapat terjadi secara alami dan buatan (diinduksi). Mekanisme partenogenesis buatan adalah pengiritasian telur secara fisik atau kimia

faktor fisik, yang menyebabkan aktivasi sel telur dan, sebagai konsekuensinya, perkembangan sel telur yang tidak dibuahi. Partenogenesis buatan telah diamati pada hewan dari banyak kelompok sistematis - echinodermata, cacing, moluska, dan bahkan mamalia.

Bentuk partenogenesis yang dikenal disebut androgenesis (dari bahasa Yunani. andro - pria, asal usul - asal). Jika inti sel telur dinonaktifkan dan kemudian beberapa sperma menembus ke dalamnya, maka organisme jantan berkembang dari sel telur tersebut sebagai hasil peleburan inti (sperma) jantan.

Ada kasus di mana partenogenesis terjadi secara siklis, bergantung pada musim. Misalnya, rotifera, daphnia, dan kutu daun berkembang biak di musim panas melalui partenogenesis, dan di musim gugur melalui pembuahan telur dan pembentukan zigot, yaitu dengan zigogenesis.

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

Berbeda dengan zigogenesis dan partenogenesis, terdapat ginogenesis yaitu pseudogami, yaitu sperma masuk ke dalam sel telur dan mengaktifkannya, namun inti sperma tidak menyatu dengan inti sel telur. Dalam hal ini, keturunan yang dihasilkan hanya terdiri dari perempuan. Ginogenesis terjadi secara alami pada nematoda dan ikan, tetapi juga dapat diinduksi secara buatan. Secara khusus, kasus ginogenesis buatan pada ulat sutera, ikan dan amfibi telah dijelaskan.

HAPLOIDY DAN DIPLOIDY YANG BERGANTI.

PERGANTIAN GENERASI

Organisme yang bereproduksi secara seksual dicirikan oleh fase haploid dan diploid yang bergantian dalam perkembangannya. Pada banyak organisme, termasuk mamalia, pergantian ini terjadi secara teratur, dan pelestarian karakteristik spesies organisme didasarkan pada hal ini.

Banyak organisme juga dicirikan oleh pergantian generasi, ketika generasi individu yang bereproduksi secara aseksual digantikan oleh generasi individu yang bereproduksi secara seksual dengan pembentukan gamet. Ini disebut pergantian generasi yang utama. Hal ini ditemukan di sporozoa, flagellata dan banyak tanaman. Pergantian generasi yang utama terjadi secara teratur, dan memang terjadi

Apa yang ditemukan di alam menunjukkan pelestarian filogeni banyak organisme baik reproduksi aseksual maupun seksual. Pada organisme lain, terjadi pergantian reproduksi seksual dengan partenogenesis. Ini disebut perubahan generasi sekunder. Misalnya, pada trematoda, reproduksi seksual secara teratur digantikan oleh partenogenesis. Pergantian generasi sekunder ini disebut heterogoni. Pada coelenterata, pada tahap perkembangan tertentu terjadi peralihan dari reproduksi seksual ke aseksual (vegetatif). Bentuk pergantian generasi sekunder ini disebut metagenesis.

DIMORPHISME SEKSUAL. HERMAFRODITISME

Jantan dan betina dicirikan oleh ciri-ciri fenotipik tertentu. Perbedaan sifat antara perempuan dan laki-laki disebut dimorfisme seksual. Pada hewan, hal ini sudah terjadi pada tahap perkembangan evolusioner yang lebih rendah, misalnya pada cacing bulat dan arthropoda, dan mencapai ekspresi terbesarnya pada vertebrata.

Jika sel reproduksi jantan dan betina diproduksi oleh individu yang sama yang mempunyai gonad jantan dan betina, maka fenomena ini disebut hermafroditisme sejati. Hal ini ditemukan pada cacing pipih, Annelida, dan moluska. Pada cacing pipih, gonad jantan dan betina berfungsi sepanjang hidup individu. Sebaliknya, pada moluska gonad menghasilkan telur dan sperma secara bergantian.

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

Hermafroditisme palsu juga diketahui, ketika individu memiliki alat kelamin luar dan ciri-ciri seksual sekunder yang menjadi ciri kedua jenis kelamin, tetapi hanya menghasilkan satu jenis sel germinal - pria atau wanita.

ASAL USUL METODE REPRODUKSI

Dipercaya bahwa yang paling kuno adalah reproduksi aseksual, khususnya reproduksi vegetatif. Dari yang terakhir, reproduksi melalui pembentukan spora berkembang, keuntungan yang tidak diragukan lagi adalah memberikan peluang yang lebih baik untuk pelestarian spesies dan terutama penyebarannya.

Reproduksi seksual adalah cara reproduksi organisme yang paling efektif. Dipercaya bahwa ia berkembang dari aseksual, muncul sekitar 1 miliar tahun yang lalu, dan tahap pertama dikaitkan dengan komplikasi perkembangan gamet. Gamet primitif dicirikan oleh diferensiasi morfologi yang tidak mencukupi, akibatnya isogami (dari bahasa Yunani. iso- setara, gamo - perkawinan), ketika sel kelamin masih berupa isogamet yang motil, tidak dapat berdiferensiasi menjadi bentuk jantan dan betina.

Selanjutnya, anisogami berkembang (dari bahasa Yunani. adas manis- tidak setara, gamo - perkawinan), ditandai dengan adanya gamet yang berdiferensiasi yang hanya berbeda ukurannya. Pada tahap evolusi selanjutnya, perbedaan tajam muncul dalam mobilitas, bentuk dan ukuran gamet. Dalam proses evolusinya, vertebrata juga mengembangkan sejumlah alat tambahan yang memfasilitasi perpindahan sperma pria ke saluran reproduksi wanita dan menciptakan kondisi bagi perkembangan sel telur yang telah dibuahi. Selama evolusi, perangkat ini berkembang dari sistem ekskresi, yang mengarah pada pembentukan sistem genitourinari.

Keadaan diploid memberikan manfaat yang luar biasa bagi organisme karena akumulasi alel yang berbeda terjadi pada keadaan ini. Oleh karena itu, reproduksi seksual juga memiliki keuntungan yang diperoleh organismeHAIkemungkinan variabilitas lebih besar dibandingkan dengan aseksual, dan ini memainkan peran penting dalam evolusi.

Partenogenesis memiliki keuntungan reproduksi yang jelas, karena hanya menghasilkan keturunan betina. Namun, hal ini jarang terjadi. Dua hipotesis digunakan untuk menjelaskan rendahnya frekuensi substitusi reproduksi seksual oleh partenogenesis pada populasi organisme alami. Menurut salah satunya (mutasi-akumulatif), seks merupakan adaptasi adaptif, karena “membersihkan” genom dari mutasi yang berulang seiring berjalannya waktu, sedangkan menurut hipotesis lain (ekologis), seks adalah

Gagasan pertama tentang pertumbuhan dan perkembangan sudah ada sejak zaman kuno. Bahkan Hippocrates (460-377 SM) berasumsi bahwa telur sudah mengandung organisme yang sudah terbentuk sempurna, namun dalam bentuk yang sangat mengecil. Gagasan ini kemudian dikembangkan menjadi doktrin praformasionisme (dari lat. format sebelumnya - praformasi), yang ternyata sangat populer pada abad 17-18. Pendukung praformasi adalah Harvey, Malpighi dan banyak ahli biologi dan dokter terkemuka lainnya pada masa itu. Bagi kaum praformasi, isu kontroversialnya hanya pada sel germinal mana yang terbentuk sebelumnya - perempuan atau laki-laki. Mereka yang lebih menyukai telur disebut ovist, dan mereka yang lebih mementingkan sel reproduksi jantan disebut animalculists. Preformasionisme adalah doktrin metafisik dari awal hingga akhir, karena ia menolak perkembangan. Pukulan telak terhadap praformasi dilakukan oleh C. Bonnet (1720-1793), yang menemukan partenogenesis pada tahun 1745 dengan menggunakan contoh perkembangan kutu daun dari telur yang tidak dibuahi. Setelah itu, praformasionisme tidak dapat pulih lagi dan mulai kehilangan maknanya.

Di dunia kuno, muncul doktrin lain yang berlawanan dengan praformasionisme dan kemudian mendapat nama epigenesis (dari bahasa Yunani. epi- setelah, asal usul - perkembangan). Seperti praformasionisme, epigenesis juga menyebar luas pada abad 17-18. Dalam penyebaran epigenesis, pandangan K.F sangat penting. Wolf (1733-1794), terangkum dalam bukunya “The Theory of Development” (1759). K.F. Wolf percaya bahwa telur tidak mengandung organisme yang telah terbentuk sebelumnya maupun bagian-bagiannya dan telur tersebut awalnya terdiri dari massa yang homogen. Berbeda dengan kaum preformis, pandangan K.F. Wolf dan pendukung epigenesis lainnya bersifat progresif pada masanya, karena mengandung gagasan pembangunan. Namun, belakangan muncul momen baru. Secara khusus, pada tahun 1828, K. Baer menerbitkan karyanya “The History of Animal Development”, di mana ia menunjukkan bahwa isi telur bersifat heterogen, yaitu terstruktur, dan derajat strukturnya meningkat seiring dengan perkembangan embrio. Jadi, K. Baer menunjukkan inkonsistensi antara praformasionisme dan epigenesis.

Pertumbuhan dan perkembangan merupakan sifat terpenting pada makhluk hidup. Pertumbuhan adalah pertambahan massa seluruh organisme sebagai akibat pertambahan jumlah sel, sedangkan perkembangan adalah perubahan kualitatif dalam tubuh yang ditentukan oleh diferensiasi sel dan morfogenesis, menjamin terjadinya perubahan progresif pada individu, dimulai dari telur. dan diakhiri dengan keadaan dewasa mereka.

Ontogenesis (dari bahasa Yunani. ke atas - makhluk, asal usul - Perkembangan) adalah sejarah (siklus) perkembangan suatu individu, dimulai dengan terbentuknya sel-sel germinal yang melahirkannya dan berakhir dengan kematiannya. Gagasan tentang ontogeni didasarkan pada data pertumbuhan, perkembangan, dan diferensiasi. Studi tentang prinsip-prinsip dasar entogenesis penting untuk memahami biologi manusia.

Data modern tentang perkembangan organisme menolak praformasi dan epigenesis. Dalam kerangka konsep modern, perkembangan suatu organisme dipahami sebagai suatu proses di mana struktur yang terbentuk sebelumnya merangsang perkembangan struktur selanjutnya. Proses perkembangannya ditentukan secara genetis dan erat kaitannya dengan lingkungan. Oleh karena itu, pembangunan ditentukan oleh kesatuan faktor internal dan eksternal.

KESATUAN PERTUMBUHAN DAN PERKEMBANGAN

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

Pertumbuhan dapat diukur dengan membuat kurva ukuran tubuh, berat badan, massa kering, jumlah sel, kandungan nitrogen dan indikator lainnya berdasarkan hasil pengukuran.

ONTOGENESIS DAN JENISNYA. PERIODISASI ONTOGENESIS

Ontogenesis, tergantung pada sifat perkembangan organisme, diklasifikasikan menjadi langsung dan tidak langsung, dan oleh karena itu dibuat perbedaan antara perkembangan langsung dan tidak langsung. 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 spesiesnya adalah filogeni.

Perkembangan larva. Perkembangan ini dipahami sebagai perkembangan tidak langsung, karena organisme memiliki satu atau lebih tahap larva dalam perkembangannya. Perkembangan larva merupakan ciri khas serangga, amfibi, dan echinodermata. Larva hewan ini menjalani gaya hidup 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 ikan, reptilia, dan burung yang telurnya kaya akan kuning telur (bahan hara). Oleh karena itu, sebagian besar ontogeni terjadi pada telur yang diletakkan di lingkungan eksternal. Metabolisme embrio dipastikan dengan berkembangnya organ sementara, yaitu membran embrio (kantung kuning telur, amnion, allantois).

Perkembangan intrauterin. Perkembangan ini juga merupakan ciri organisme yang berkembang secara langsung, seperti 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 yang utama adalah plasenta. Secara evolusi, perkembangan intrauterin adalah bentuk terbaru, namun paling bermanfaat bagi embrio, karena secara efektif menjamin kelangsungan hidup mereka.

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

PERKEMBANGAN PROEMBRIONAL

Periode perkembangan individu organisme ini dikaitkan dengan pembentukan gamet dalam proses gametogenesis. Sel reproduksi pria tidak memiliki perbedaan yang signifikan dengan sel lain, sedangkan sel telur berbeda karena mengandung banyak kuning telur. Mengingat jumlah kuning telur dan distribusinya di dalam telur, telur diklasifikasikan menjadi tiga jenis:

1) telur isolesithal, mengandung sedikit kuning telur, yang tersebar merata di seluruh sel. Telur-telur ini dihasilkan oleh echinodermata (bulu babi), chordata tingkat rendah (lancelet), dan mamalia;

2) telur telolecithal mengandung kuning telur dalam jumlah besar, yang terkonsentrasi di salah satu kutub - kutub vegetatif. Telur tersebut dihasilkan oleh moluska, amfibi, reptil, dan burung. Misalnya telur katak terdiri dari 50% kuning telur, telur ayam (umumnya telur ayam) - 95%. Di kutub lain (hewan) telur telolecithal, sitoplasma dan nukleus terkonsentrasi;

3) oosit sentrolecithal, yang kuning telurnya sedikit dan menempati posisi sentral. Sitoplasma terletak di pinggiran telur tersebut. Telur centrolecithal dihasilkan oleh arthropoda.

Periode proembrionik juga ditandai oleh fakta bahwa selama periode ini proses metabolisme yang terkait dengan akumulasi molekul DNA terjadi di gamet.

PERKEMBANGAN EMBRYONAL

Embriogenesis (dari bahasa Yunani. etbryop - embrio), atau masa embrio, dimulai dengan peleburan sel germinal jantan dan betina, yang mewakili proses pembuahan sel telur.

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

Zigot.Fertilisasi melibatkan serangkaian proses di mana sel reproduksi pria memulai perkembangan sel telur. Di dalam telur yang diaktifkan oleh gamet jantan, terjadi sejumlah proses fisik dan kimia, termasuk peningkatan sintesis protein. Pergerakan protoplasma mengarah pada pembentukan simetri bilateral sel telur. Inti menyatu, dan set kromosom diploid dipulihkan. Ini menciptakan organisme bersel tunggal.

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

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

Fragmentasi zigot berakhir dengan terbentuknya struktur multiseluler yang disebut blastula (dari bahasa Yunani. ledakan - tumbuh). Struktur ini berbentuk seperti vesikel yang disebut blastoderm, terdiri dari satu lapisan sel. Sekarang sel-sel ini disebut embrionik. Blastula ukurannya mirip dengan telur. Selama periode fragmentasi, jumlah inti dan jumlah DNA meningkat. Sejumlah kecil mRNA dan tRNA juga disintesis, sedangkan RNA ribosom belum terdeteksi.

Semua hewan melewati tahap blastula, tetapi setiap kasus memiliki ciri khasnya masing-masing. Pada mamalia, pembelahannya tidak merata, sehingga morula terdiri dari jumlah sel yang berbeda-beda. Selain itu, sebagian sel membentuk struktur yang disebut trofoblas,

Larva Blastocoel Kecebong

membentuk

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

sel-sel yang memberi nutrisi pada embrio dan, berkat enzim, memastikan penetrasi embrio ke dalam dinding rahim. Nantinya, sel-sel trofoblas terkelupas dari embrio dan membentuk vesikel yang berisi cairan dari jaringan rahim.

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

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

Perkembangan (gastrulasi) telur isolecithal terjadi melalui invaginasi (invaginasi) kutub vegetatif di dalam blastula, akibatnya kutub-kutub yang berlawanan hampir menyatu, dan blastocoel (rongga blastula) hampir atau seluruhnya hilang. Luar

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

Lapisan sel embrio disebut ektoderm (dari bahasa Yunani. ekto - di luar, kulit - kulit), atau lapisan kuman bagian luar, sedangkan lapisan dalam adalah endoderm (dari bahasa Yunani. masuk - di dalam), atau lapisan kuman internal. Rongga yang terbentuk dalam hal ini disebut gastrocoel, atau usus primer, pintu masuknya disebut blastopore (mulut primer).

Perkembangan dua lapisan germinal merupakan ciri khas spons dan coelenterata. Namun, chordata selama periode gastrulasi ditandai dengan perkembangan lapisan germinal ketiga - mesoderm (dari bahasa Yunani. meso - tengah), terbentuk antara ektoderm dan endoderm.

Gastrulasi merupakan prasyarat penting untuk tahap perkembangan selanjutnya, karena gastrulasi membawa sel pada posisi yang memungkinkan pembentukan organ. Materi embrio yang berdiferensiasi menjadi tiga bagian embrionik membentuk semua jaringan dan organ embrio yang sedang berkembang.

Perkembangan (diferensiasi) lapisan germinal disertai dengan pembentukan berbagai jaringan dan organ darinya. Khususnya epidermis kulit, kuku dan rambut, kelenjar sebasea dan keringat, sistem saraf (otak, sumsum tulang belakang, ganglia, saraf), sel reseptor organ indera, lensa mata, epitel mulut. , rongga hidung dan anus, gigi -

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

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

Untuk memastikan hubungan embrio dengan lingkungan, digunakan apa yang disebut organ sementara, yang ada sementara. Tergantung pada jenis telurnya, organ sementara memiliki struktur yang berbeda. Pada ikan, reptil dan burung, organ sementaranya antara lain kantung kuning telur. Pada mamalia, kantung kuning telur terbentuk pada awal embriogenesis, namun tidak berkembang. Nanti dikurangi. Membran luar embrio disebut korion. Itu tumbuh di dalam rahim. Tempat pertumbuhan terbesar ke dalam rahim disebut plasenta. Embrio terhubung dengan plasenta melalui tali pusat, atau tali pusat, yang berisi pembuluh darah yang memberikan sirkulasi darah plasenta. Metabolisme janin dipastikan melalui plasenta.

Interaksi formatif bagian-bagian embrio didasarkan pada proses metabolisme tertentu yang terkoordinasi. Pola perkembangannya adalah heterokroni, yang dipahami sebagai perbedaan pembentukan organ anlage dari waktu ke waktu dan perbedaan intensitas perkembangannya. Organ dan sistem yang seharusnya mulai berfungsi lebih awal berkembang lebih cepat. Misalnya, pada manusia, dasar-dasar anggota tubuh bagian atas berkembang lebih cepat daripada bagian bawah.

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

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

Inti sel somatik mampu memastikan perkembangan normal telur, yang dijelaskan dalam percobaan transplantasi inti sel somatik ke dalam telur yang tidak memiliki inti.

Percobaan juga menunjukkan bahwa transformasi satu blastomer dari embrio domba bersel 8 dan 16 dari satu ras menjadi separuh telur berinti (setelah dipotong menjadi dua) dari ras lain disertai dengan perkembangan embrio yang layak. dan kelahiran anak domba.

Sejak zaman Hippocrates (abad ke-5 SM), pertanyaan tentang penyebab lahirnya janin telah diperbincangkan. Secara khusus, Hippocrates sendiri berpendapat bahwa perkembangan janin mengawali kelahirannya sendiri. Karya eksperimental terbaru yang dilakukan oleh para peneliti Inggris, yang dilakukan pada domba, menunjukkan bahwa pada domba, inisiasi beranak dikendalikan oleh suatu kompleks. hipotalamus + kelenjar pituitari + kelenjar adrenal janin. Kerusakan pada inti hipotalamus, pengangkatan lobus anterior kelenjar pituitari atau kelenjar adrenal memperpanjang masa kehamilan domba. Sebaliknya, pemberian hormon adenokortikotropik (sekresi dari kelenjar hipofisis anterior) atau kortisol (sekresi dari kelenjar adrenal) pada domba akan memperpendek durasi kehamilannya.

Jadi, dalam proses perkembangan eukariota yang lebih tinggi, satu sel zigot yang dibuahi, selama perkembangan lebih lanjut sebagai hasil mitosis, memunculkan berbagai jenis sel - epitel, saraf, tulang, sel darah, dan lain-lain, yang dicirikan oleh a keragaman morfologi dan komposisi makromolekul. Namun, sel-sel dari jenis yang berbeda juga merupakan ciri khas bahwa sel-sel tersebut mengandung kumpulan gen yang sama, tetapi sangat terspesialisasi, hanya melakukan satu atau beberapa fungsi tertentu, yaitu, beberapa gen “bekerja” di dalam sel, sementara yang lain tidak aktif. Misalnya,

Beras. 27. Perkembangan kembar monozigot

hanya sel darah merah yang spesifik dalam sintesis dan penyimpanan hemoglobin. Dengan cara yang sama, hanya sel epidermis yang mensintesis keratin. Oleh karena itu, telah lama timbul pertanyaan tentang identitas genetik inti sel somatik dan tentang mekanisme kontrol perkembangan sel telur yang telah dibuahi sebagai prasyarat untuk memahami mekanisme yang mendasari diferensiasi sel. Sel induk sangat penting dalam diferensiasi sel (lihat di bawah). Percobaan pada tikus menunjukkan bahwa sel-sel dari satu jenis mampu berubah menjadi sel-sel jenis lain. Secara khusus, sel-sel hati yang berdiferensiasi atau berdiferensiasi telah terbukti berubah menjadi sel pankreas.

Sejak tahun 50an. abad XX Di banyak laboratorium, percobaan dilakukan pada keberhasilan transplantasi inti sel somatik ke dalam telur yang secara artifisial kehilangan inti selnya sendiri. Sebuah studi tentang DNA dari inti sel yang berbeda menunjukkan bahwa di hampir semua kasus, genom mengandung rangkaian pasangan nukleotida yang sama. Ada pengecualian ketika sel darah merah mamalia kehilangan intinya selama tahap terakhir diferensiasi. Tapi saat ini kolam renang

Beberapa mRNA hemoglobin telah disintesis, sehingga nukleusnya tidak lagi dibutuhkan oleh sel darah merah. Contoh lain termasuk gen imunoglobulin dan sel T yang dimodifikasi selama perkembangan.

Salah satu tahapan utama dalam memahami mekanisme kontrol entogenesis embrionik adalah hasil eksperimen yang dilakukan pada tahun 1960-an-1970an. Peneliti Inggris D. Gurdon untuk mengetahui apakah inti sel somatik memiliki kemampuan untuk memastikan perkembangan telur lebih lanjut jika inti ini dimasukkan ke dalam telur yang intinya telah dikeluarkan sebelumnya. Pada Gambar. Gambar 28 menunjukkan diagram salah satu percobaan ini, di mana inti sel somatik kecebong ditransplantasikan ke dalam telur katak dengan inti yang sebelumnya telah dikeluarkan. Eksperimen ini menunjukkan bahwa inti sel somatik memang dapat menjamin perkembangan sel telur lebih lanjut, karena mampu membuahi sel telur dan “memaksa” sel tersebut untuk berkembang lebih lanjut. Hal ini membuktikan kemungkinan adanya kloning hewan.

Beras. 28.Skema percobaan transplantasi inti sel somatik ke dalam telur berinti (D. Gurdon, 1968)

Kemudian, peneliti lain melakukan percobaan di mana mereka menunjukkan bahwa perpindahan blastomer individu dari embrio domba berumur 8 dan 16 hari dari satu ras ke dalam separuh telur berinti (setelah dipotong menjadi dua) dari ras lain disertai dengan pembentukan embrio yang layak diikuti dengan kelahiran domba.

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

Pengenalan budaya ke dalam tubuh ibu

Beras. 29.Transplantasi inti sel somatik ke dalam telur berinti

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

hanya sitoplasma dan mitokondria yang berasal dari ibu. Kesimpulan ini mempunyai arti biologis umum yang sangat penting dan memperluas pandangan kita mengenai potensi reproduksi hewan. Namun penting juga untuk menambahkan bahwa kita berbicara 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-sifat yang diinginkan, yang sangat penting secara ekonomi. Dalam istilah medis, cara ini mungkin bisa digunakan di masa depan untuk mengatasi infertilitas pria.

Jadi, informasi genetik yang diperlukan untuk perkembangan normal embrio tidak hilang selama diferensiasi sel karena disebut sel induk, yang berpotensi berkembang menjadi berbagai jenis sel tubuh. Ketika sel induk membelah, setiap sel baru mempunyai potensi untuk tetap menjadi sel induk atau menjadi sel dengan fungsi yang lebih terspesialisasi (sel otot, sel darah, atau sel otak). Telur yang telah dibuahi bersifat totipoten karena menghasilkan berbagai jenis sel dalam tubuh. Sel induk totipoten dapat menghasilkan semua jenis sel kecuali sel yang diperlukan untuk perkembangan janin. Sel induk, yang dapat menghasilkan berbagai jenis sel, biasa disebut multitotipotensi sel. Telah ditetapkan bahwa sel induk dewasa dapat menghasilkan sel yang berdiferensiasi dari jaringan embrionik yang tidak berhubungan. Sel somatik juga memiliki sifat yang disebut totipotensi, yaitu genomnya berisi semua informasi yang mereka terima dari sel telur yang telah dibuahi yang menghasilkan sel tersebut sebagai hasil diferensiasi. Kehadiran data ini tidak diragukan lagi berarti bahwa diferensiasi sel bergantung pada kendali genetik. Studi tentang sel induk mempunyai implikasi bagi dunia kedokteran.

Telah ditetapkan bahwa sintesis protein yang intens setelah pembuahan pada sebagian besar eukariota tidak disertai dengan sintesis mRNA. Studi tentang oogenesis pada vertebrata, khususnya amfibi, menunjukkan bahwa transkripsi intensif terjadi bahkan selama profase I (terutama diplonema) meiosis. Oleh karena itu, transkrip gen berupa molekul mRNA atau pro-mRNA disimpan di dalam telur dalam keadaan tidak aktif. Telah ditetapkan bahwa dalam sel embrio terdapat apa yang disebut asimetris

pembelahan terner, yang terdiri dari fakta bahwa pembelahan sel embrio menghasilkan dua sel, yang hanya satu sel 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 sebagian besar vertebrata, program genetik yang mengontrol perkembangan awal (sebelum tahap blastula) terbentuk selama oogenesis. 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 mengarah pada jenis sel tertentu secara permanen. Proses ini disebut tekad dan juga berada di bawah kendali genetik, dan seperti yang diasumsikan sekarang, diferensiasi dan penentuan sel diatur oleh interaksi sel berdasarkan sinyal yang dibawa 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 terhadap determinasi juga ditunjukkan dengan adanya apa yang disebut mutasi homeiotropik atau homeotik, yang telah terbukti pada serangga menyebabkan perubahan determinasi pada cakram imajinal tertentu. Akibatnya, beberapa bagian tubuh berkembang tidak pada tempatnya. Misalnya, pada Drosophila, mutasi mengubah penentuan cakram antena menjadi cakram yang berkembang menjadi lampiran anggota tubuh yang memanjang dari kepala. Pada serangga dari genus Oftalmoptera struktur sayap dapat berkembang dari cakram mata. Pada tikus, telah ditunjukkan keberadaan cluster gen (kompleks) Hox, yang terdiri dari 38 gen dan mengontrol perkembangan anggota tubuh.

Masalah pengaturan aktivitas gen selama perkembangan embrio mempunyai arti tersendiri. Dipercaya bahwa selama diferensiasi, gen bertindak pada waktu yang berbeda, yang diekspresikan

dalam transkripsi dalam sel-sel terdiferensiasi yang berbeda dari mRNA yang berbeda, yaitu terjadi represi dan derepresi gen. Misalnya, jumlah gen yang ditranskripsi menjadi RNA pada blastosit bulu babi adalah 10%, pada sel hati tikus juga 10%, dan pada sel timus sapi sebanyak 15%. Diasumsikan bahwa protein non-histon terlibat dalam pengendalian status transkripsi gen. Data berikut mendukung asumsi ini. Ketika kromatin sel berada dalam fase S ditranskripsikan dalam sistem secara in vitro, kemudian hanya histon mRNA yang disintesis, diikuti oleh histon. Sebaliknya, ketika kromatin sel dari fase β digunakan, tidak ada mRNA histon yang disintesis. Ketika protein non-pistone dikeluarkan dari kromatin fase β dan digantikan oleh protein kromosom non-histon yang disintesis dalam fase β. fase S, kemudian setelah transkripsi kromatin tersebut secara in vitro histon mRNA disintesis. Selain itu, ketika protein non-histon berasal dari sel fase 1, dan DNA serta histon berasal dari sel fase S, tidak ada mRNA histon yang disintesis.Hasil ini menunjukkan bahwa protein non-histon yang terkandung dalam kromatin menentukan kemampuan untuk menyalin gen yang mengkode histon. Oleh karena itu diyakini bahwa protein kromosom non-histon mungkin memainkan peran penting dalam regulasi dan ekspresi gen pada eukariota.

Data yang tersedia menunjukkan bahwa hormon protein dan steroid terlibat dalam regulasi transkripsi pada hewan. Hormon protein (insulin) dan steroid (estrogon dan testosteron) adalah dua sistem sinyal yang digunakan dalam komunikasi antar sel. Pada hewan tingkat tinggi, hormon disintesis dalam sel sekretori khusus. Dilepaskan ke dalam aliran darah, mereka memasuki jaringan. Karena molekul hormon protein relatif besar, mereka tidak menembus sel, sehingga efeknya diberikan oleh protein reseptor yang terlokalisasi di membran sel target dan tingkat cyclic AMP (cAMP) intraseluler. Sebaliknya, hormon steroid adalah molekul kecil sehingga mudah menembus sel melalui membran. Begitu berada di dalam sel, mereka berikatan dengan protein reseptor spesifik yang hanya ditemukan di sitoplasma sel target. Kompleks dipertimbangkan hormon - reseptor protein, berkonsentrasi pada inti sel target, mereka mengaktifkan transkripsi gen tertentu melalui interaksi dengan gen tertentu

mi protein non-histon yang berikatan dengan daerah promotor gen tertentu. Akibatnya terjadi pengikatan kompleks hormon + protein (reseptor protein) dengan protein non-histon membebaskan daerah promotor untuk pergerakan RNA polimerase. Meringkas data tentang kontrol genetik periode embrionik dalam entogenesis organisme, kita dapat menyimpulkan bahwa jalannya dikendalikan oleh pengaktifan dan penonaktifan aksi gen dalam sel (jaringan) yang berbeda melalui derepresi dan represi yang berbeda.

PERKEMBANGAN PASTEMBRYONAL

Setelah kelahiran suatu organisme, perkembangan postembrioniknya dimulai (pascakelahiran bagi manusia), yang pada organisme berbeda berlangsung dari beberapa hari hingga ratusan tahun, tergantung pada spesiesnya. Oleh karena itu, harapan hidup merupakan karakteristik spesies organisme yang tidak bergantung pada tingkat organisasinya (lihat di bawah).

Dalam ontogenesis pascaembrionik, dibedakan antara masa remaja dan masa pubertas, serta masa tua yang berakhir dengan kematian.

Masa remaja. Periode ini (dari lat. remaja- muda) ditentukan oleh waktu sejak lahirnya organisme sampai pubertas. Ini terjadi dengan cara yang berbeda dan tergantung pada jenis entogenesis 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), organisme yang menetas dari cangkang telur atau bayi baru lahir mirip dengan bentuk dewasa, hanya berbeda dalam ukuran yang lebih kecil. sebagai keterbelakangan organ individu dan proporsi tubuh yang tidak sempurna (Gbr. 30).

Ciri khas pertumbuhan organisme remaja yang mengalami perkembangan langsung adalah adanya peningkatan jumlah dan ukuran sel, serta perubahan proporsi tubuh. Pertumbuhan manusia selama periode berbeda dari entogenesisnya ditunjukkan pada Gambar. 31. Pertumbuhan berbagai organ tubuh manusia tidak merata. Misalnya, pertumbuhan kepala berakhir pada masa kanak-kanak, kaki mencapai ukuran proporsional sekitar 10 tahun. Alat kelamin luar tumbuh sangat cepat antara usia 12 dan 14 tahun. Ada perbedaan antara pertumbuhan pasti dan pertumbuhan tidak terbatas. Pertumbuhan tertentu merupakan ciri organisme yang berhenti tumbuh pada umur tertentu,

misalnya serangga, mamalia, manusia. Pertumbuhan tak terbatas merupakan ciri organisme yang tumbuh sepanjang hidupnya, misalnya moluska, ikan, amfibi, reptil, dan banyak jenis tumbuhan.

Beras. tigapuluh.Perkembangan organisme dari spesies yang berbeda secara langsung dan tidak langsung

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

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

Mereka mewakili modifikasi organisme selama perkembangan. Metamorfosis banyak terdapat pada coelenterata (hydra, ubur-ubur, polip karang), cacing pipih (fasciola), cacing gelang (cacing gelang), moluska (tiram, remis, gurita), artropoda (udang karang, kepiting sungai, lobster, udang, kalajengking, laba-laba, tungau , serangga) dan bahkan pada beberapa chordata (tunikata dan amfibi). Dalam hal ini dibedakan antara metamorfosis sempurna dan tidak sempurna. Bentuk metamorfosis yang paling ekspresif diamati pada serangga yang mengalami metamorfosis tidak sempurna dan sempurna.

Transformasi tidak sempurna adalah perkembangan dimana suatu organisme muncul dari cangkang telur yang strukturnya mirip dengan struktur organisme dewasa, namun ukurannya jauh lebih kecil. Organisme seperti ini disebut larva. Selama proses pertumbuhan dan perkembangan, ukuran larva bertambah, tetapi penutup kitinisasi yang ada mencegah peningkatan ukuran tubuh lebih lanjut, yang menyebabkan molting, yaitu pelepasan penutup kitinisasi, di mana terdapat kutikula lunak. Yang terakhir menjadi lurus, dan ini disertai dengan peningkatan ukuran hewan. Setelah beberapa kali ganti kulit, hewan tersebut mencapai kematangan. Transformasi yang tidak lengkap adalah tipikal, misalnya, dalam kasus perkembangan kutu busuk.

Metamorfosis sempurna merupakan perkembangan dimana larva terlepas dari cangkang telur, berbeda nyata

dalam struktur dari individu dewasa. Misalnya, pada kupu-kupu dan banyak serangga, larvanya adalah ulat. Ulat dapat mengalami molting, dan dapat berganti kulit beberapa kali, kemudian berubah menjadi kepompong. Dari yang terakhir, bentuk dewasa (imago) berkembang, yang tidak berbeda dari aslinya.

Pada vertebrata, metamorfosis terjadi pada amfibi dan ikan bertulang. Tahap larva ditandai dengan adanya organ sementara, yang mengulangi karakteristik nenek moyang atau memiliki signifikansi adaptif yang jelas. Misalnya saja kecebong yang merupakan bentuk larva katak dan mengulangi ciri-ciri bentuk aslinya, ciri-cirinya adalah bentuknya yang mirip ikan, adanya pernapasan insang, dan satu lingkaran peredaran darah. Ciri-ciri adaptif berudu adalah pengisap dan usus panjangnya. Bentuk larva juga merupakan ciri khas bahwa, dibandingkan dengan bentuk dewasa, mereka beradaptasi dengan kehidupan dalam kondisi yang sangat berbeda, menempati relung ekologi yang berbeda dan tempat yang berbeda dalam rantai makanan. Misalnya, larva katak memiliki respirasi insang, sedangkan katak dewasa memiliki respirasi paru. Berbeda dengan bentuk dewasa yang merupakan karnivora, larva katak memakan makanan nabati.

Urutan peristiwa perkembangan organisme sering disebut siklus hidup, yang bisa sederhana atau kompleks. Siklus perkembangan yang paling sederhana adalah karakteristik, misalnya mamalia, ketika suatu organisme berkembang dari telur yang telah dibuahi, yang kembali menghasilkan telur, dll. Siklus biologis yang kompleks adalah siklus pada hewan, yang ditandai dengan perkembangan dengan metamorfosis. Pengetahuan tentang siklus biologis sangat penting secara praktis, terutama ketika organisme merupakan patogen atau pembawa patogen pada hewan dan tumbuhan.

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

Masa pubertas. Periode ini juga disebut dewasa, dan dikaitkan dengan kematangan seksual organisme. Perkembangan organisme pada periode ini mencapai puncaknya.

Pertumbuhan dan perkembangan pada masa postembrio sangat dipengaruhi oleh faktor lingkungan. Bagi tanaman, faktor penentunya adalah cahaya, kelembaban, suhu, kuantitas dan kualitas unsur hara dalam tanah. Bagi hewan, pemberian pakan yang tepat 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 melalui mekanisme regulasi humoral dan saraf. Zat aktif mirip hormon yang disebut fitohormon telah ditemukan pada tumbuhan. Yang terakhir mempengaruhi fungsi vital organisme tumbuhan.

Dalam sel hewan, selama proses kehidupannya, zat aktif kimia disintesis yang mempengaruhi proses kehidupan. Sel saraf invertebrata dan vertebrata menghasilkan zat yang disebut neurosekret. Kelenjar sekresi endokrin, atau internal, juga mengeluarkan zat yang disebut hormon. Kelenjar endokrin, khususnya yang berhubungan dengan pertumbuhan dan perkembangan, diatur oleh neurosekresi. Pada artropoda, pengaturan pertumbuhan dan perkembangan digambarkan dengan baik oleh pengaruh hormon pada pergantian kulit. Sintesis sekresi larva oleh sel diatur oleh hormon yang terakumulasi di otak. Kelenjar khusus pada krustasea menghasilkan hormon yang menghambat pergantian kulit. Kadar hormon-hormon ini menentukan frekuensi molting. Pada serangga, regulasi hormonal untuk pematangan telur dan diapause telah ditetapkan.

Pada vertebrata, kelenjar endokrin adalah kelenjar pituitari, kelenjar pineal, tiroid, paratiroid, pankreas, kelenjar adrenal dan gonad, yang saling berhubungan erat satu sama lain. Kelenjar pituitari pada vertebrata menghasilkan hormon gonadotropik yang merangsang aktivitas gonad. Pada manusia, hormon hipofisis mempengaruhi pertumbuhan. Dengan kekurangan, maka berkembanglah dwarfisme; dengan kelebihan, berkembanglah gigantisme. Kelenjar pineal menghasilkan hormon yang mempengaruhi fluktuasi musiman aktivitas seksual hewan. Hormon tiroid mempengaruhi metamorfosis serangga dan amfibi. Pada mamalia, keterbelakangan kelenjar tiroid menyebabkan keterbelakangan pertumbuhan dan keterbelakangan organ genital. Pada manusia, karena kerusakan pada kelenjar tiroid, pengerasan dan pertumbuhan terhambat.

(dwarfisme), pubertas tidak terjadi, perkembangan mental terhenti (kretinisme). Kelenjar adrenal menghasilkan hormon yang mempengaruhi metabolisme, pertumbuhan dan diferensiasi sel. Gonad menghasilkan hormon seks yang menentukan ciri-ciri seksual sekunder. Penghapusan gonad menyebabkan perubahan permanen pada sejumlah karakteristik. Misalnya pada ayam jantan yang dikebiri, pertumbuhan jenggernya terhenti dan naluri seksualnya hilang. Pria yang dikebiri memperoleh kemiripan eksternal dengan seorang wanita (janggut dan rambut tidak tumbuh di kulit, lemak menumpuk di dada dan daerah panggul, warna suara dipertahankan, dll.).

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

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

Regenerasi fisiologis - Ini adalah penggantian bagian tubuh yang hilang selama hidup. Regenerasi jenis ini sangat umum terjadi pada dunia hewan. Misalnya, pada artropoda, hal ini diwakili oleh pergantian kulit, yang berhubungan dengan pertumbuhan. Pada reptil, regenerasi dinyatakan dalam penggantian ekor dan sisik, pada burung - bulu, cakar dan taji. Pada mamalia, contoh regenerasi fisiologis adalah pelepasan tanduk tahunan oleh rusa.

Regenerasi reparatif - Ini adalah pemulihan bagian tubuh suatu organisme yang terkoyak dengan kejam. Regenerasi jenis ini mungkin terjadi pada banyak hewan, namun manifestasinya bervariasi. Misalnya, hal ini biasa terjadi pada hydra dan dikaitkan dengan reproduksi hydra, karena seluruh organisme beregenerasi dari satu bagian. Pada organisme lain, regenerasi memanifestasikan dirinya dalam bentuk kemampuan organ individu untuk pulih setelah kehilangan bagian mana pun. Pada manusia, jaringan epitel, ikat, otot, dan tulang memiliki kemampuan regeneratif yang cukup tinggi.

Tumbuhan dari banyak spesies juga mampu beregenerasi.

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

Usia tua sebagai tahap entogenesis. Usia tua adalah tahap kedua dari belakang dari entogenesis hewan, dan durasinya ditentukan

umur total, yang berfungsi sebagai karakteristik spesies dan bervariasi di antara hewan yang berbeda. Usia tua telah dipelajari paling akurat pada manusia.

Ada beragam definisi tentang usia tua manusia. Secara khusus, salah satu definisi yang paling populer adalah bahwa usia tua adalah akumulasi perubahan berturut-turut yang menyertai peningkatan usia suatu organisme dan meningkatkan kemungkinan penyakit atau kematiannya. Ilmu tentang penuaan 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 di bidang gerontologi meluas ke berbagai bidang, mulai dari studi tentang perubahan aktivitas enzim seluler hingga penjelasan pengaruh mitigasi psikologis dan sosiologis dalam tekanan lingkungan terhadap perilaku orang lanjut usia.

Dalam kasus manusia, usia tua fisiologis dibedakan; usia tua berhubungan dengan usia kalender; dan penuaan dini yang disebabkan oleh faktor sosial dan penyakit. Sesuai dengan rekomendasi WHO, orang lanjut usia dianggap berusia sekitar 60-75 tahun, dan tua - 75 tahun atau lebih.

Usia tua seseorang ditandai oleh sejumlah tanda eksternal dan internal.

Diantara tanda-tanda lahiriah usia tua yang paling terlihat adalah menurunnya kelancaran gerak, perubahan postur tubuh, menurunnya elastisitas kulit, berat badan, kekencangan dan kekenyalan otot, munculnya kerutan pada wajah dan bagian tubuh lainnya. tubuh, dan kehilangan gigi. Jadi, misalnya menurut data umum, seseorang pada usia 30 tahun 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 nyata (ketajaman organ indera menjadi tumpul). Misalnya, jarak maksimal orang sehat dalam membedakan bunyi-bunyi tertentu yang identik 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 persinyalan kedua (intonasi ucapan berubah, suara menjadi tumpul).

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

jumlah nefron di ginjal (hampir setengahnya pada usia 80), 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 (mengapung), dan kemampuan organ untuk beregenerasi menurun. Perubahan signifikan terjadi pada sel, pembelahan dan pemulihan fungsi fungsionalnya melambat, kadar air menurun, aktivitas enzim seluler menurun, koordinasi antara asimilasi dan disimilasi terganggu. Di otak, sintesis protein terganggu sehingga mengakibatkan terbentuknya protein yang tidak normal. 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, dan kemungkinan reaksi autoimun meningkat. Fungsi sistem endokrin, khususnya gonad, berkurang. Perilaku tanda-tanda lain di usia tua ditunjukkan pada Gambar. 32.

Beras. 32.Perubahan beberapa ciri manusia seiring bertambahnya usia: 1 - kecepatan impuls saraf; 2 - tingkat metabolisme basal; 3 - indeks jantung; 4 - tingkat filtrasi ginjal untuk insulin; 5 - volume pasang surut paru-paru; 6 - tingkat aliran plasma di ginjal

Keinginan untuk memahami sifat penuaan tubuh sudah ada sejak lama. Di Yunani Kuno, Hippocrates percaya bahwa penuaan dikaitkan dengan kelebihan makanan dan kurangnya paparan udara segar. Menurut Aristoteles, penuaan disebabkan oleh konsumsi energi panas oleh tubuh. Pentingnya makanan sebagai salah satu faktor penuaan juga dikemukakan oleh Galen. Namun untuk waktu yang lama tidak ada cukup data ilmiah untuk memahami masalah ini secara objektif. Baru pada abad ke-19. Ada beberapa kemajuan dalam studi tentang penuaan, dan teori penuaan mulai bermunculan.

Salah satu teori paling terkenal tentang penuaan tubuh manusia adalah teori dokter Jerman H. Hufeland (1762-1836), yang mementingkan aktivitas kerja dalam umur panjang. Kita telah mendengar pernyataannya bahwa tidak ada satupun orang malas yang bisa hidup sampai usia tua. Bahkan lebih terkenal teori endokrin penuaan, yang bermula dari percobaan yang dilakukan bahkan pada pertengahan abad lalu oleh Berthold (1849), yang menunjukkan bahwa transplantasi testis dari satu hewan ke hewan lain disertai dengan perkembangan ciri-ciri seksual sekunder. Belakangan, ahli fisiologi Perancis C. Brown-Séquard (1818-1894), berdasarkan hasil penyuntikan ekstrak testis pada dirinya, berpendapat bahwa suntikan tersebut menghasilkan efek yang menguntungkan dan meremajakan. Pada awal abad ke-20. Sudah ada kepercayaan bahwa permulaan usia tua dikaitkan dengan punahnya aktivitas kelenjar endokrin, khususnya kelenjar seks. Pada usia 20-30an. abad XX Berdasarkan keyakinan ini, banyak operasi telah dilakukan di berbagai negara untuk meremajakan orang lanjut usia atau lanjut usia. Misalnya, G. Steinach di Austria mengikat tali sperma pria, yang menyebabkan terhentinya sekresi eksternal gonad dan diduga menyebabkan peremajaan. S.A. Voronov di Prancis mentransplantasikan testis dari hewan muda ke hewan tua dan dari monyet ke manusia, dan Tushnov di Uni Soviet meremajakan ayam jantan dengan menyuntik mereka dengan histolisat gonad. Semua operasi ini menimbulkan beberapa dampak, namun hanya bersifat sementara. Setelah dampak tersebut, proses penuaan terus berlanjut, dan bahkan lebih intens.

Pada awal abad ke-20. muncul teori mikrobiologi penuaan, penciptanya adalah I.I. Mechnikov, yang membedakan usia tua fisiologis dan patologis. Ia percaya bahwa usia tua manusia bersifat patologis, yaitu. prematur. Dasar dari ide I.I Doktrin Mechnikov tentang ortobiosis (ortos -

benar, bios - life), yang menurutnya penyebab utama penuaan adalah kerusakan sel saraf akibat produk keracunan yang terbentuk akibat pembusukan di usus besar. Mengembangkan doktrin gaya hidup normal (menaati aturan kebersihan, bekerja teratur, tidak melakukan kebiasaan buruk), I.I. Mechnikov juga mengusulkan cara untuk menekan bakteri pembusuk usus dengan mengonsumsi produk susu fermentasi.

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

Layak disebut teori perubahan terkait usia pada jaringan ikat, dirumuskan pada tahun 30an. 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 perubahan terkait usia dalam organisme. Data modern menunjukkan pentingnya akumulasi kalsium dalam jaringan ikat, karena berkontribusi terhadap hilangnya elastisitasnya, serta pengerasan pembuluh darah.

Pendekatan modern untuk memahami esensi dan mekanisme penuaan ditandai dengan meluasnya penggunaan data biologi fisikokimia, dan khususnya pencapaian genetika molekuler. Gagasan modern yang paling umum tentang mekanisme penuaan bermuara pada fakta bahwa selama hidup, mutasi somatik menumpuk di sel-sel tubuh, akibatnya terjadi sintesis protein yang rusak atau ikatan silang DNA yang tidak diperbaiki dengan protein. Karena protein yang rusak memainkan peran disintegrasi dalam metabolisme sel, hal 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 akibat dari perubahan metabolit mitokondria yang diikuti dengan disfungsi enzim.

Pada manusia, keberadaan gen telah terbukti menentukan waktu berkembangnya proses degeneratif herediter yang terkait dengan penuaan. Sejumlah peneliti meyakini bahwa penyebab penuaan adalah perubahan sistem pertahanan imunologi tubuh, khususnya reaksi autoimun terhadap struktur tubuh yang sangat penting. Terakhir, ketika menjelaskan mekanisme penuaan, para ahli memberikan perhatian besar pada kerusakan protein yang terkait dengan pembentukan radikal bebas. Terakhir, hidrolase yang dilepaskan setelah pemecahan lisosom, yang menghancurkan sel, terkadang dianggap penting.

Namun, teori penuaan yang komprehensif belum tercipta, karena jelas bahwa tidak satu pun dari teori tersebut yang dapat menjelaskan mekanisme penuaan secara independen.

Kematian.Kematian adalah tahap akhir dari entogenesis. Pertanyaan tentang kematian dalam biologi menempati tempat khusus, karena perasaan kematian “... sepenuhnya bersifat naluriah dalam sifat manusia dan selalu menjadi salah satu perhatian terbesar manusia” (I.I. Mechnikov, 1913). Selain itu, pertanyaan tentang kematian telah dan sedang menjadi pusat perhatian semua ajaran filosofis dan agama, meskipun filosofi kematian disajikan secara berbeda pada zaman sejarah yang berbeda. Di dunia kuno, Socrates dan Plato berpendapat tentang keabadian jiwa, sedangkan Aristoteles menyangkal gagasan Plato tentang keabadian jiwa dan percaya pada keabadian jiwa manusia, yang terus hidup setelah kematian seseorang. Cicero dan Seneca juga mengakui adanya kehidupan di masa depan, namun Marcus Aurelius menganggap kematian sebagai fenomena alam yang harus diterima tanpa keluhan. Pada abad ke-18 I. Kant dan I. Fichte (1762-1814) juga percaya akan kehidupan masa depan, dan G. Hegel menganut keyakinan bahwa jiwa diserap ke dalam "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 diri untuk kematian di masa depan. Namun, para ilmuwan alam dan filsuf yang tidak mengakui keabadian percaya dan masih percaya bahwa kematian itu ada, seperti yang berulang kali ditekankan oleh I.I. Mechnikov, hasil alami dari kehidupan suatu organisme. Definisi kematian yang lebih kiasan adalah bahwa kematian “...adalah kemenangan nyata atas ketidakbermaknaan atas makna, kekacauan atas ruang” (V. Solovyov, 1894).

Bukti ilmiah menunjukkan bahwa pada organisme bersel tunggal (tumbuhan dan hewan), kematian harus dibedakan dari penghentian.

pengetahuan tentang keberadaan mereka. Kematian adalah kehancuran mereka, sedangkan lenyapnya keberadaan dikaitkan dengan perpecahan mereka. Akibatnya, kerapuhan organisme bersel tunggal dikompensasi oleh reproduksi mereka. Pada tumbuhan dan hewan multiseluler, kematian dalam arti sebenarnya adalah akhir dari kehidupan suatu organisme.

Pada manusia, kemungkinan kematian meningkat selama masa pubertas. Khususnya di negara-negara maju, kemungkinan kematian meningkat hampir secara eksponensial setelah usia 28 tahun.

Bedakan antara kematian klinis dan biologis seseorang. Kematian klinis dinyatakan dalam hilangnya kesadaran, berhentinya detak jantung dan pernafasan, namun sebagian besar sel dan organ masih tetap hidup. Terjadi pembaruan diri sel dan gerak peristaltik usus berlanjut. Kematian klinis tidak “mencapai” kematian biologis, karena bersifat reversibel, karena dalam keadaan kematian klinis seseorang dapat “hidup kembali”. Misalnya, anjing “hidup kembali” setelah 5-6 menit, manusia - setelah 6-7 menit sejak timbulnya kematian klinis. Kematian biologis ditandai dengan fakta bahwa kematian tersebut tidak dapat diubah. Berhentinya detak jantung dan pernafasan disertai dengan terhentinya proses pembaharuan diri, kematian dan pembusukan sel. 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.

Tindakan resusitasi (kebangkitan) organisme didasarkan pada gagasan kematian klinis, yang sangat penting dalam pengobatan modern.

MASA HIDUP

Perbandingan data umur harapan hidup perwakilan flora dan fauna menunjukkan bahwa di antara tumbuhan dan hewan, organisme yang berbeda hidup pada waktu yang berbeda. Misalnya tumbuhan perdu (liar dan budidaya) hidup selama satu musim. Sebaliknya, tanaman berkayunya memiliki ciri umur yang lebih panjang. 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, burung dari beberapa spesies - hingga 100 tahun. Umur mamalia lebih pendek.

Misalnya, ternak 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, manusia adalah yang paling lama hidup. Banyak orang hidup sampai usia 115-120 tahun atau lebih.

Sesuai dengan gagasan yang ada, harapan hidup adalah sifat kuantitatif spesifik spesies yang dikendalikan oleh genotipe. Dipercayai bahwa harapan hidup yang ditentukan secara genetis berkorelasi dengan periode entogenesis (Tabel 5).

Tabel 5.Ketergantungan tingkat fibroblas selama budidaya pada usia donor

Diasumsikan bahwa umur spesies merupakan perolehan spesies secara evolusioner. Adapun umur panjang suatu individu dapat dijelaskan dengan asumsi adanya kombinasi gen tertentu dalam genotipenya, atau sejumlah kecil atau tidak adanya mutasi sama sekali pada selnya.

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

Rata-rata harapan hidup dipengaruhi oleh sejumlah faktor (penurunan angka kematian bayi, efektivitas pengendalian infeksi, kemajuan dalam bidang bedah, perbaikan gizi dan kondisi kehidupan secara umum). Alasan utama penurunan angka harapan hidup adalah kematian akibat kelaparan, penyakit, dan kurangnya perawatan medis. Di Rusia, dalam beberapa tahun terakhir, populasi negatif telah diamati di seluruh kota dan daerah pedesaan di Rusia karena penurunan angka kelahiran dan tingginya angka kematian.

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

dan Amerika - 15 orang. Saat ini terjadi perubahan batasan jumlah penduduk bekerja dibandingkan, misalnya pada tahun 30-an. abad XX Kesenjangan antara usia pensiun dan tingkat aktivitas masyarakat juga berbeda. Pada tahun 1982, Majelis Dunia tentang Masalah Penuaan Penduduk Dunia diadakan di Wina, di mana perkiraan mengenai masalah ini dirumuskan hingga tahun 2025. Diasumsikan bahwa jumlah penduduk berusia 60 tahun ke atas akan meningkat 5 kali lipat dibandingkan hingga tahun 1950, orang berusia di atas 80 tahun - 7 kali. Menurut forum internasional ini, terdapat perbedaan laju penuaan populasi antar masyarakat, negara, dan wilayah yang berbeda.

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

MASALAH UNTUK DISKUSIKAN

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

2. Jelaskan reproduksi aseksual dan sebutkan bentuk-bentuknya.

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

4. Apa itu gametogenesis?

5. Apa fungsi masing-masing jenis gamet?

6. Tahapan apa saja dalam perkembangan gamet yang anda ketahui?

7. Apa persamaan dan perbedaan spermatogenesis dan oogenesis?

8. Apa itu meiosis dan apa arti biologisnya?

9. Jelaskan tahapan meiosis.

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

11. Mendeskripsikan hakikat pemupukan.

12. Apa perbedaan antara zigogenesis dan partenogenesis?

13. Apa peran biologis dari haploidi dan diploidi yang bergantian?

14. Apa yang dimaksud dengan dimorfisme seksual? Apa yang Anda pahami tentang hermafroditisme? Apakah kasus hermafroditisme diamati pada manusia dan seberapa sering?

15. Bagaimana Anda membayangkan evolusi metode reproduksi?

16. Apa yang anda pahami tentang pertumbuhan dan perkembangan organisme? Apa hubungan antara pertumbuhan sel dan diferensiasi?

17. Apa dasar molekuler dari diferensiasi sel? Apa yang Anda ketahui tentang sel induk?

18. Merumuskan konsep entogenesis dan menyebutkan periode-periode entogenesis.

19. Apa perbedaan pembangunan langsung dan tidak langsung?

20. Apa pengaruh pembuahan terhadap sel telur?

21. Pada tahap implementasi informasi genetik manakah pengendalian tindakan gen dilakukan?

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

23. Bagaimana sel dan jaringan yang sedang berkembang menjadi berbeda satu sama lain selama perkembangan?

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

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

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

27. Teori penuaan organisme apa yang Anda ketahui?

29. Faktor apa saja yang mempengaruhi angka harapan hidup?

30. Kloning organisme didasarkan pada apa? Berikan contoh kloning organisme.

31. Apakah sperma atau isinya menembus sel?

32. Apa yang ditunjukkan oleh data kloning?

33. Preformationisme dan epigenesis dalam sejarah biologi. Apakah hal-hal tersebut mempunyai arti ilmiah?

34. Apa perbedaan antara kematian klinis dan kematian biologis?

Reproduksi adalah kemampuan organisme untuk membentuk jenisnya sendiri. Reproduksi adalah salah satu sifat kehidupan yang paling penting dan dimungkinkan karena kemampuan umum organisme untuk menghasilkan keturunan. Namun, keturunan langsung tidak selalu mirip dengan orang tuanya. Misalnya, banyak keturunan tumbuh dari spora pakis, yang diwakili oleh tunas yang tidak mirip dengan tanaman induk yang mengandung spora. Pada pertumbuhannya, pada gilirannya, tanaman yang berbeda muncul - sporofit. Fenomena ini disebut pergantian generasi.

Bentuk khusus reproduksi seksual adalah partenogenesis, atau reproduksi perawan, yaitu perkembangan suatu organisme dari sel telur yang tidak dibuahi. Bentuk reproduksi ini terutama merupakan ciri spesies dengan siklus hidup pendek dengan perubahan musim yang nyata. Partenogenesis dapat bersifat haploid atau diploid. Dalam partenogenesis haploid (generatif), organisme baru berkembang dari telur haploid. Individu yang dihasilkan bisa saja laki-laki, perempuan saja, atau keduanya. Hal ini tergantung pada penentuan jenis kelamin kromosom.

Perkembangan individu suatu organisme, atau entogenesis, adalah serangkaian transformasi morfologi, fisiologis, dan biokimia berturut-turut yang dialami suatu organisme dari saat lahir hingga mati. Selama entogenesis, terjadi implementasi informasi herediter yang diterima tubuh dari orang tuanya. Ada dua periode utama dalam entogenesis - embrionik dan postembrionik. Pada tahap embrionik, embrio terbentuk pada hewan, di mana sistem organ utama terbentuk. Pada masa pascaembrio, proses perkembangan selesai, terjadi pubertas, reproduksi, penuaan dan kematian.