Копуляция наблюдается у таких организмов, как малярийный плазмодий. Одноклеточные организмы модифицируются в половые клетки. У малярийного плазмодия одна клетка – макрогаметоцит - превращается в макрогамету, а другая – микрогаметоцит - дает начало нескольким микрогаметам. Затем макрогамета и одна из микрогамет сливаются, и образуется зигота.
Конъюгация – это половой процесс, приводящий к рекомбинации генов. При конъюгации не происходит образования половых клеток. Две клетки обмениваются генетическим материалом (инфузории, например, обмениваются мигрирующими ядрами, формирующимися из микронуклеусов), или копия генетического материала из одной клетки переходит в другую (у бактерий).
Андрогенез – это вид полового размножения, при котором развитие яйца происходит за счет генетического материала (ядра) только сперматозоида, т.к. ядро яйцеклетки погибает. Такой вид размножения в природе встречается крайне редко (у животных – наездники, у растений – кукуруза, некоторые виды табака). Возможен он в том случае, когда в женскую гамету попадают несколько сперматозоидов, и ядра двух из них сливаются, образуется диплоидная зигота.
Разновидностью полового размножения является партеногенез (греч. partenos – девственница, genesis – возникновение), при котором новый организм развивается из материнской половой клетки без оплодотворения. Партеногенетическое размножение описано для тлей, дафний, скальной ящерицы, некоторых рыб и других животных.
При диплоидном партеногенезе (у тлей, дафний, коловраток, некоторых ящериц, одуванчиков) мейоза не происходит, и развитие начинается с диплоидных ооцитов. Такой партеногенез способствует быстрому размножению популяции вида.
При гаплоидном партеногенезе развитие начинается с гаплоидной яйцеклетки. Возникающие при этом организмы либо гаплоидные, либо диплоидные. Это наблюдается в том случае, если яйцеклетка сливается с одним из направительных телец или если хромосомы удваиваются без последующего разделения ядра и клетки.
У многих перепончатокрылых насекомых, в том числе и у медоносной пчелы, яйцеклетки образуются в результате мейоза и являются гаплоидными. Они могут быть оплодотворены, а могут развиваться и партеногенетически. Пчелиная матка, например, откладывает как оплодотворенные, диплоидные яйца, так и неоплодотворенные, гаплоидные. Из диплоидных яиц развиваются самки (в зависимости от кормления личинок – рабочие пчелы или матки), а из гаплоидных в результате партеногенетического развития возникают трутни.
У рыб, в частности у серебряного карася, у некоторых тритонов наблюдается разновидность партеногенеза – гиногенез (греч. gyne – женщина). В случае гиногенеза обязательное условие развития неоплодотворенного яйца – проникновение в него спермия, который может быть и другой видовой принадлежности. При этом истинного оплодотворения не происходит, ядро спермия погибает, но само проникновение спермия в яйцо является стимулом для начала дробления неоплодотворенной яйцеклетки.
Искусственный партеногенез можно вызвать у многих животных, даже млекопитающих, путем воздействия на яйцеклетку временным повышением температуры, различными химическими веществами и физическими факторами.
Существует факультативный и облигатный партеногенез. При факультативном партеногенезе развитие яйцеклетки может происходить как без оплодотворения, так и с оплодотворением (пчелы, муравьи). Из оплодотворенных яйцеклеток развиваются самки, а из неоплодотворенных – самцы. Облигатный партеногенез имеет место у видов, представленных только самками, у которых формируются яйцеклетки, развивающиеся без оплодотворения в самок следующего поколения. У некоторых видов партеногенетическое размножение чередуется с размножением с оплодотворением (круглые черви – коловратки, тли и др.). А.А. Тихомирову (1850–1931) удалось вызвать искусственный партеногенез у тутового шелкопряда (1886). Позднее Б.Л. Астауров (1936) разработал промышленный способ получения партеногенетического потомства тутового шелкопряда.
Половое размножение существенно отличается от бесполого тем, что в данном случае генотип потомков возникает в результате перекомбинации генов, принадлежащих обоим родителям. Это повышает возможности организмов в приспособлении к меняющимся условиям среды. Существует несколько форм полового размножения.
Половое размножение происходит при участии половых клеток – гамет. Этот тип размножения встречается практически у всех представителей живой природы, и, чаще всего, это размножение с оплодотворением. Цитологические основы полового размножения – мейоз и оплодотворение (в случае размножения с оплодотворением).
Гаметы различаются по строению и физиологическим свойствам и делятся на мужские (подвижные – сперматозоиды, неподвижные – спермии) и женские (яйцеклетки). В отличие от спор одна гамета, за исключением партеногенеза, не может дать начало новой особи. Этому предшествует процесс слияния двух половых клеток – оплодотворение, в результате которого образуется зигота. В дальнейшем из зиготы развивается зародыш нового организма.
Женские гаметы – яйцеклетки - обычно неподвижны, имеют большие размеры, содержат много питательных веществ – желтка. В зависимости от того, сколько яйцеклетка содержит желтка и как он распределен в цитоплазме клетки, яйцеклетки подразделяются на несколько типов: изолецитальные (содержат немного желтка, который распределен в цитоплазме равномерно); телолецитальные (содержат много желтка, который сосредоточен у одного из полюсов клетки); центролецитальные (желток находится в центре клетки, а цитоплазма – на периферии); алецитальные (практически не содержат желтка, имеют очень маленькие размеры).
Мужские половые клетки – сперматозоиды – это подвижные клетки небольших размеров, как правило, имеющие головку, шейку и хвост, хотя у представителей разных видов форма может быть неодинаковой. В головке располагается ядро клетки, немного цитоплазмы и акросома – видоизмененный комплекс Гольджи. В шейке находятся митохондрии и центриоли. Хвост образован микротрубочками.
Следует отметить, что у большинства видов не только животных, но и растений половые клетки – яйцеклетки и сперматозоиды (спермин у семенных растений) – сильно отличаются друг от друга по размерам, форме и внутреннему строению, у других – клетки различаются в незначительной степени, либо не отличаются вовсе. В связи с этим выделяют различные виды полового размножения.
Оогамия – яйцеклетка неподвижна и значительно больше мужской половой клетки (большинство видов живых организмов).
Анизогамия – половые клетки отличаются друг от друга, но незначительно (жгутиковые, водоросли).
Изогамия – половые клетки не различаются (водоросли).
Преимуществом полового размножения является возникновение новых, отличных от родительских, комбинаций генетического материала у потомков, что приводит к генотипическому и, соответственно, фенотипическому разнообразию представителей вида и способствует повышению выживаемости вида в постоянно меняющихся условиях окружающей среды.
Недостатки полового размножения: участие двух особей (кроме партеногенеза); требуется больший, чем при вегетативном размножении, промежуток времени, необходимый для полного формирования организма.