Периоды процесса образования половых клеток. Развитие и строение половых клеток

Половое размножение — способ размножения, при котором новая особь обычно развивается из зиготы, образующейся в результате слияния двух половых клеток.

Половой процесс. Половое размножение характеризуется наличием полового процесса, в ходе которого происходит сближение половых клеток (гамет) и последующее их слияние (оплодотворение). Гаметы у большинства организмов образуются с перекомбинированными родительскими хромосомами (вспомните, как осуществляется мейоз). При слиянии гамет образуется диплоидная зигота, из которой развивается организм, унаследовавший уникальную комбинацию генов и признаков обоих родителей. Таким образом, половое размножение (в отличие от бесполого) приводит к появлению разнообразного потомства. Это повышает возможность организмов приспосабливаться к меняющимся условиям среды, что имеет первостепенное значение в эволюции живой природы.

Различают два типа полового процесса — конъюгацию и копуляцию. При конъюгации происходит слияние содержимого двух неспециализированных клеток (у некоторых водорослей и грибов) или обмен генетическим материалом меязду особями (у некоторых бактерий и инфузорий). Причем во втором случае не происходит увеличения количества особей. Однако за счет обмена и перекомбинации генетического материала обеспечивается повышение наследственной изменчивости организмов.

Копуляция (гаметогамия) — слияние половых клеток с образованием зиготы. При этом гаплоидные ядра гамет образуют диплоидное ядро зиготы.

Строение половых клеток. У большинства видов живых организмов формируется два типа половых клеток, отличающихся по строению и физиологическим свойствам — мужские (подвижные сперматозоиды или неподвижные с п е р м и и) и женские (яйцеклетки).

Сперматозоиды человека и многих животных имеют головку, шейку, среднюю часть и длинный жгутик (хвост), служащий для активного передвижения (рис. 79). Головка содержит гаплоидное ядро и незначительное количество цитоплазмы. На переднем конце головки расположена акр о сома, представляющая собой видоизмененный аппарат Гольджи. В акросоме содержатся ферменты, растворяющие оболочки яйцеклетки при оплодотворении. В шейке располагаются две центриоли, а в средней части — митохондрии, которые генерируют энергию, необходимую для движения жгутика. В хвосте находится подвижная осевая нить жгутика, построенная из микротрубочек.

Сперматозоиды могут длительное время сохранять свою жизнеспособность вне организма при замораживании. Это свойство широко применяется в сельском хозяйстве, в частности при разведении крупного рогатого скота методом искусственного осеменения. Сперму элитных пород животных собирают и хранят в жидком азоте, а после размораживания используют для получения высокопродуктивного потомства.

Яйцеклетки чаще всего неподвижны и имеют сферическую форму (рис. 80). Яйцеклетка содержит ядро и цитоплазму с набором различных органоидов и запасом питательных веществ для развития зародыша. Поэтому яйцеклетки, как правило, намного крупнее сперматозоидов и соматических клеток. Например, диаметр яйцеклеток человека достигает 200 мкм, в то время как длина сперматозоидов — около 60 мкм. Очень крупные размеры имеют яйцеклетки животных, эмбриональное развитие которых происходит вне тела матери, — птиц, рептилий, амфибий, рыб и др. Так, у курицы диаметр яйцеклетки (яйца без белковой оболочки) более 30 мм, у некоторых акул — 50—70 мм, а у страуса — 80 мм.

Яйцеклетки покрыты оболочками. По происхождению оболочки делят на первичные, вторичные и третичные. Первичная оболочка яйцеклетки является производной цитоплазмы и называется желточной. Она характерна для яйцеклеток всех животных. Вторичные оболочки образуются за счет деятельности клеток, питающих яйцеклетку. Они характерны, например, для членистоногих (хитиновая оболочка). Третичные оболочки возникают в результате деятельности желез половых путей. К третичным относятся скорлуповая, подскорлуповая и белковая оболочки яиц птиц и пресмыкающихся, студенистая оболочка яйцеклеток земноводных. Оболочки яйцеклеток выполняют защитные функции и обеспечивают обмен веществ с окружающей средой.

Гаметогенез — это процесс образования и развития гамет. У растений, некоторых водорослей и грибов формирование гамет происходит в специальных органах. Например, у споровых растений женские гаметы образуются в архе-гониях, мужские — в антеридиях. У большинства животных гаметогенез протекает в половых железах.

В природе существует немало видов, у которых один и тот же организм может образовывать как мужские, так и женские половые клетки. Такие организмы называются гермафродитами (в греческой мифологии Гермафродитос — обоеполое существо, дитя богов Гермеса и Афродиты). Гермафродитизм распространен среди беспозвоночных животных (кишечнополостных, плоских и кольчатых червей, моллюсков ) и у растений.

Образование половых клеток у млекопитающих. Процесс формирования мужских половых клеток называется сперматогенезом, женских — оогенезом.

Сперматогенез происходит в мужских половых железах — семенниках. Этот процесс подразделяют на четыре периода (рис. 81).

1 . В период размножения диплоидные предшественники мужских гамет — сперматогонии — многократно делятся митозом, что ведет к значительному увеличению их количества. У самцов млекопитающих (в том числе и у человека) этот процесс начинается с периода полового созревания и протекает до глубокой старости.

2. В период роста деление сперматогониев прекращается, и они начинают расти (при этом размеры увеличиваются незначительно) — образуются спер-матоциты первого порядка.

3. В период созревания сперматоциты первого порядка делятся мейозом. После первого деления мейоза из каждого сперматоцита первого порядка образуются два гаплоидных сперматоцита второго порядка, после второго — четыре гаплоидные сперматиды.

4 . В период формирования сперматиды преобразуются в сперматозоиды, при этом меняется форма клетки, образуются жгутик, акросома и др.

Продолжительность сперматогенеза у человека составляет около 75 суток. В семенниках (яичках) формируется огромное количество сперматозоидов, например у человека в 1 мл семенной жидкости их содержится до 100 млн.

Оогенез протекает в женских половых железах — яичниках — и начинается еще до рождения. В процессе формирования яйцеклеток выделяют три периода (см. рис. 81).

1. В период размножения диплоидные предшественники яйцеклеток — о о го нии — многократно делятся митотически. У млекопитающих этот процесс происходит в эмбриональном периоде (до рождения). Количество оогониев в яичниках значительно возрастает, а затем они сохраняются без изменения до наступления половой зрелости.

2. С наступлением половой зрелости отдельные оогонии периодически вступают в период роста, который может продолжаться несколько месяцев. За это время их объем значительно увеличивается за счет поступления веществ из окружающих фолликулярных клеток и крови. Так образуются ооциты первого порядка.

3. Периодически ооциты первого порядка вступают в мейоз. Это — период созревания. В процессе мейоза образуются разные по величине дочерние клетки. После первого мейотического деления образуется крупная гаплоидная клетка — ооцит второго порядка — и маленькая, называемая первичным полярным тельцем. Происходит овуляция — ооцит второго порядка выходит из яичника в брюшную полость. Затем он попадает в маточную трубу, где совершает второе мейотическое деление, образуя крупную яйцеклетку и мелкое вторичное полярное тельце. Первичное полярное тельце, как правило, тоже делится надвое. Все полярные тельца впоследствии погибают и разрушаются.

Таким образом, в отличие от сперматогенеза, где в ходе мейоза образуются четыре равноценные гаплоидные клетки, при оогенезе развивается одна крупная яйцеклетка и три небольших полярных тельца. Биологический смысл неравномерного деления заключается в сохранении в яйцеклетке максимального количества питательных веществ, необходимых для будущего зародыша.

1. Как называются органы, в которых осуществляется образование женских и мужских гамет у споровых растений? У животных?

Яичники, антеридии, спорангии, семенники, архегонии.

2. Как строение сперматозоида и яйцеклетки связано с функциями, выполняемыми этими клетками?

3. Сперматозоиды практически не содержат цитоплазмы и питательных веществ, однако им необходимо большое количество энергии для движения. Как вы думаете, откуда берется эта энергия?

4. Какое максимальное количество яйцеклеток и вторичных полярных телец может сформироваться у кошки из четырех ооцитов первого порядка?

5. Какие процессы, происходящие в ходе оогенеза, обеспечивают накопление в яйцеклетках большого количества питательных веществ?

6. Каков биологический смысл образования при оогенезе полярных телец?

7. Сравните процессы сперматогенеза и оогенеза, укажите черты сходства и различия.

8. В яичниках 22-летней женщины со стабильным 28-дневным репродуктивным циклом содержится 42 тысячи фолликулов. Большинство из них очень мелкие, и лишь 299 имеют диаметр свыше 100 мкм. Кроме того, в яичниках есть 5 желтых тел и 112 рубцов, оставшихся от них. В каком возрасте у этой женщины произошла первая овуляция? В каком возрасте у нее, вероятнее всего, прекратится образование яйцеклеток?

Глава 1. Химические компоненты живых организмов

• § 1. Содержание химических элементов в организме. Макро- и микроэлементы
• § 2. Химические соединения в живых организмах. Неорганические вещества

Глава 2. Клетка - структурная и функциональная единица живых организмов

• § 10. История открытия клетки. Создание клеточной теории
• § 15. Эндоплазматическая сеть. Комплекс Гольджи. Лизосомы

Глава 3. Обмен веществ и преобразование энергии в организме

Гаметогенез - это процесс образования половых клеток. Многоклеточные животные имеют диплоидный набор хромосом (2n). В процессе гаметогенеза, в основе которого лежит мейоз, образующиеся гаметы имеют гаплоидный набор хромосом (n).

Половые клетки развиваются в половых железах или специализированных клетках - в семенниках у самцов и в яичниках у самок. Эти клетки закладываются еще на ранних стадиях эмбрионального развития.

Гаметогенез протекает последовательно, в три стадии и заканчивается созреванием гамет.

Стадия размножения . Исходные первичные половые клетки с диплоидным набором хромосом формируются в половых органах. В этот период клетки делятся - происходит митоз, что приводит к увеличению их количества. Клетки имеют диплоидный набор хромосом.

Стадия роста . Образовавшиеся клетки растут, активно синтезируют и запасают питательные вещества. Этот период соответствует интерфазе перед мейотическим делением.

Стадия созревания . На этой стадии происходит мейоз, в результате которого окончательно формируются и созревают гаметы с гаплоидным набором хромосом.

Образование мужских половых клеток

Сперматогенез - это процесс образования мужских половых клеток - сперматозоидов.

В период размножения из клеток сперматогенной ткани в результате митоза образуются многочисленные клетки - сперматогонии с диплоидным набором хромосом. Закладка первичных клеток сперматогониев происходит еще в эмбриональном развитии, т. е. до рождения организма, а интенсивное деление - только после достижения половой зрелости.

В период роста сперматогонии незначительно увеличиваются в размерах, и из каждой клетки развивается сперматоцит 1-го порядка, готовый к делению.

На стадии созревания в результате первого деления мейоза образуются две клетки - сперматоциты 2-го порядка, а после второго деления развиваются четыре одинаковые по величине клетки - сперматиды с гаплоидным набором хромосом. Все четыре клетки претерпевают сложную клеточную дифференцировку и превращаются в четыре сперматозоида.

Таким образом, из каждой первичной мужской половой клетки образуются четыре гаметы. Гормон, обеспечивающий сперматогенез у млекопитающих, называется тестостероном.

Образование женских половых клеток

Овогенез - это процесс образования женских половых клеток - яйцеклеток.

В овогенной ткани яичников на стадии размножения первичные половые клетки - овогонии с диплоидным набором хромосом несколько раз делятся митозом. За счет этого происходит рост овогенной ткани. Далее каждая овогония превращается в овоцит 1-го порядка, который на следующей стадии начинает усиленно расти, накапливая питательные вещества в виде зерен желтка.

Процесс роста овоцита происходит значительно дольше, чем сперматоцита.

После роста происходит созревание овоцита 1-го порядка. Клетка приступает к мейозу, но процесс деления затягивается надолго. Например, у млекопитающих деление начинается в эмбриональном состоянии, но приостанавливается на профазе I до периода полового созревания самки, т.е. на несколько недель, месяцев или лет, в зависимости от вида организма. Позже под влиянием половых гормонов мейоз продолжается дальше.

Первое деление мейоза происходит асимметрично: образуются одна крупная клетка - овоцит 2-го порядка, куда переходят все питательные вещества и органоиды, и одна мелкая клетка - первичное полярное, или направительное, тельце, - в которой имеется только ядро.

Второе деление мейоза также асимметрично. Из овоцита 2-го порядка образуется одна крупная клетка - яйцеклетка, в которой находятся все питательные вещества, и одно вторичное полярное (направительное) тельце. Из первичного полярного тельца образуются два мелких вторичных полярных тельца. У большинства позвоночных животных второе деление мейоза приостанавливается на стадии метафазы мейоза II, а образование яйцеклетки завершается лишь после оплодотворения.

Таким образом, при овогенезе из каждой первичной женской половой клетки - овогония образуется одна крупная яйцеклетка с гаплоидным набором хромосом и три полярных тельца, которые редуцируются. Они служат только для равномерного деления ядра и распределения хромосом в мейозе. Овогенез у млекопитающих происходит под контролем гормона прогестерона.

Процесс образования мужских и женских клеток имеет ряд отличий.

• Количество овогониев, вступивших в созревание, закладывается на этапе эмбрионального развития, а сперматогонии начинают активно делиться при наступлении половой зрелости, и этот процесс идет непрерывно.
• В процессе сперматогенеза образуются 4 гаметы, а в процессе овогенеза - только одна.
• Окончательно овогенез завершается после оплодотворения.

Социальные кнопки для Joomla

1. Анатомия половых органов самцов

Анатомия половых органов самцов жвачных и однокопытных

1.1 Общее строение половых органов самцов

К половым органам самцов (рис.1) относят семенники, придатки семенников, спермиопроводы, придаточные половые железы, половой член (пенис) и препуций. Семенники — парная половая железа…

Анатомия половых органов самцов жвачных и однокопытных

2. Физиология половых органов самцов

Анатомия половых органов самцов жвачных и однокопытных

3. Особенности строения половых органов самцов жвачных и однокопытных животных

Половые органы самцов разных видов характеризуются некоторыми особенностями. У быка семенники массой около 300 г расположены в мошонке вертикально. Придаток лежит сзади, хвост опущен книзу Ампулы спермиопроводов хорошо развиты (длина 12 см…

Анатомия сельскохозяйственных животных

5. Особенности анатомического строения и топографии половых органов свиньи и кобылы

Половые органы свиней Яичники (ovaria) Яичники более крупные, чем у коров с бугристой поверностью, окружены сильно развитой яичниковой бурсой. Их длина непостоянна, форма тутовой ягоды или ежевики…

Аспекты биотехнологического процесса

9. Применение растительных клеток для трансформации лекарственных веществ. Преимущества получения целевых продуктов с использованием культур клеток растении по сравнению с традиционными. Экономические аспекты биоиндустрии культуры тканей растений

Растения являются продуцентами многих БАВ — соединений, способных оказывать слияние на биологические процессы в организме. К таким соединениям принадлежат сердечные гликозиды, сапонины, стерины, каратиноиды, полифенолы, алкалоиды, витамины…

Биологическое обоснование искусственного воспроизводства горбуши на Камчатке

3.2 Получение половых продуктов и осеменение

Отбор половых продуктов горбуши должен осуществляться с выполнением следующих требований. Температура воздуха должна соответствовать температуре воды. Отбор половых продуктов должен производиться в ранние утренние часы…

Концепция современного естествознания

1.

Гаметогенез – это процесс формирования половых клеток

Формирование хромосомной теории

К концу ХIХ в. в результате повышения оптических качеств микроскопов и совершенствования цитологических методов возможно стало наблюдать поведение хромосом в гаметах и зиготах. Еще в 1875 г. Гертвиг обратил внимание на то…

2. Характеристика половых желез

Половые железы (синоним гонады), органы, образующие половые клетки и половые гормоны. Являются составной частью половых органов. Выполняют смешанные функции, так как производят продукты не только внешней (потенциальное потомство)…

Морфология и гормональная активность половых желез

2.1 Морфология женских половых желез

Яичник (ovarium; греч. oophoron) — парный орган, женская половая железа, располагается в полости малого таза позади широкой связки матки. В яичниках развиваются и созревают женские половые клетки (яйцеклетки)…

Морфология и гормональная активность половых желез

2.2 Морфология мужских половых желез

Яичко (testis; греч. orchis, s.didymis) — парная мужская половая железа. Функцией яичек является образование мужских половых клеток и гормонов, поэтому яички одновременно еще и железы внешней и внутренней секреции. Яички, или семенники…

Морфология и гормональная активность половых желез

3.

Гормональная активность половых желез

Половые гормоны — гормоны стероидной природы, определяющие у человека и высших животных развитие половых органов и характер вторичных половых признаков…

Свойства этилена в растениях

2.7 Формирование и созревание плодов

Начало жизни плода лежит еще в цветке, точнее в завязи. На поверхности рыльца попадают пыльцевые зерна, они начинают прорастать и механически давят на проводниковую ткань столбика, что бы достичь семязачатков, спрятанных в глубине пестика…

Эндокринная система

8 Эндокринная часть половых желез

Яичко у мужчин и яичник у женщин, помимо половых клеток, вырабатывают и выделяют в кровь половые гормоны, под влиянием которых формируются вторичные половые признаки. Эндокринной функцией в яичке обладает интерстиций…

Этапы гаметогенеза и виды скрещивания

2. Половое размножение. Развитие половых клеток (гаметогенез)

У более сложно организованных животных или исключительно, или, по крайней мере, преимущественно, практикуется половой способ размножения, хоть зачатки этой формы воспроизведения потомства, так сказать намек на него…

50. Гаметогенез у животных

процесс образования мужских половых клеток

Варианты ответов к вашему кроссворду

СПЕРМАТОГЕНЕЗ

• Процесс образования мужских половых клеток
• Образование дифференцированных мужских половых клеток

ГАМЕТОГЕНЕЗ

• Процесс формирования половых клеток
• Процесс развития и формирования половых клеток
• Процесс развития и формирования половых клеток (гамет) - женских (оогенез) и мужских (сперматогенез)

АМФИМИКСИС

• Обычный тип полового процесса у животных и растений, при котором происходит слияние ядер мужских и женских половых клеток

КАРИОГАМИЯ

• Слияние ядер мужских и женских половых клеток в ядро зиготы (синкарион) в процессе оплодотворения
• Слияние ядер мужских и женских половых клеток в процессе оплодотворения

ГЕМОПОЭЗ

ГЕРМАФРОДИТИЗМ

• Наличие у особи женских и мужских признаков
• Наличие у одного организма мужских и женских половых органов
• Наличие у организма мужских и женских половых органов оплодотворение слияние мужских и женских половых клеток

КРОВЕТВОРЕНИЕ

• Процесс образования, развития и созревания клеток крови - лейкоцитов, эритроцитов, тромбоцитов
• (гемопоэз) образование, развитие и созревание клеток крови

ОВОГЕНЕЗ

ОПЛОДОТВОРЕНИЕ

ОСЕМЕНЕНИЕ

• Процесс, обеспечивающий у животных встречу половых клеток

Эти слова находили также по запросам:

Половое размножение у многоклеточных. Особенности половых клеток. Процесс оплодотворения, биологическое значение

Половым называется размножение, при котором увеличение численности особей осуществляется с помощью специализированных половых клеток - гамет: женских - яйцеклеток и мужских - сперматозоидов.

Мужские половые клетки (гаметы) – сперматозоиды – образуются в результате сперматогенеза.

Этот процесс идет в три стадии :

1.размножение в семенниках диплоидных клеток сперматогенной ткани, в результате которого образуются сперматоциты (2n);

2.рост сперматоцитов, сопровождающийся синтезом ДНК и достраиванием второй хроматиды;

3.созревание сперматоцитов, которые делятся мейозом с образованием гаплоидных (n) сперматозоидов.

Хромосомные наборы сперматозоидов (человека и других млекопитающих) различаются по половым хромосомам: одни несут Х-, а другие – Y- хромосому.

Женские половые клетки (гаметы) – яйцеклетки – образуются в результате оогенеза.

Этот процесс идет в яичниках тоже в три стадии :

1.размножение в яичниках диплоидных клеток оогенной ткани, в результате которого образуются ооциты (2n);

2. рост ооцитов, сопровождающийся синтезом ДНК и построением второй хроматиды хромосом;

3.созревание ооцитов и их деление мейозом.

В результате из ооцита образуется одна гаплоидная яйцеклетка с однохроматидными хромосомами (1n1c) и три редукционных тельца. В дальнейшем яйцеклетка участвует в половом процессе, а редукционные тельца отмирают.

Процесс образования мужских и женских гамет называется гаметогенезом Отличия в строении сперматозоидов и яйцеклеток связаны с их функциями. Яйцеклетки в процессе созревания покрываются оболочками (в некоторых случаях, например, у пресмыкающихся, птиц и млекопитающих, возникает ряд дополнительных оболочек).

Функция сперматозоидов заключается в доставке в яйцеклетку генетической информации и стимуляции ее развития. В связи с этим в сперматозоидах происходит значительная перестройка: аппарат Гольджи располагается на переднем конце головки, преобразуясь в кольцевое тельце (акросому), выделяющее ферменты, которые действуют на оболочку яйца.

Гаметогенез – это процесс формирования половых клеток

Митохондрии компактно упаковываются вокруг появившегося жгутика, образуя шейку. В сформированном сперматозоиде содержатся также центриоли.

Оплодотворение – это процесс слияния сперматозоида с яйцеклеткой с последующим слиянием их ядер и образованием диплоидной зиготы. Биологическое значение

20. Сперматогенез и овогенез. Цитологическая и цитогенетическая характеристика. Биологическое значение полового размножения. Сперматогенез — образование дифференцированных мужских половых клеток — сперматозоидов; у человека и животных — в семенниках, у низших растений — в антеридиях. У большинства высших растений в пыльцевой трубке образуются сперматозоиды, чаще называются спермиями. Сперматогенез начинается одновременно с деятельностью яичка под влиянием половых гормонов в период полового созревания подростка и далее протекает непрерывно (у большинства мужчин практически до конца жизни), имеет чёткий ритм и равномерную интенсивность.

Сперматогонии , содержащие удвоенный набор хромосом, делятся путём митоза, приводя к возникновению последующих клеток — сперматоцитов 1-го порядка. Далее в результате двух последовательных делений (мейотические деления) образуются сперматоциты 2-го порядка, а затем сперматиды (клетки сперматогенеза, непосредственно предшествующие сперматозоиду). При этих делениях происходит уменьшение (редукция) числа хромосом вдвое. Сперматиды не делятся, вступают в заключительный период сперматогенеза (период формирования спермиев) и после длительной фазы дифференцировки превращаются в сперматозоиды. Происходит это путём постепенного вытяжения клетки, изменения, удлинения её формы, в результате чего клеточное ядро сперматида образует головку сперматозоида, а оболочка и цитоплазма — шейку и хвост. В последней фазе развития головки сперматозоидов тесно примыкают к клеткам Сертоли, получая от них питание до полного созревания. После этого сперматозоиды, уже зрелые, попадают в просвет канальца яичка и далее в придаток, где происходит их накопление и выведение из организма во время семяизвержения.

Овогенез — процесс развития женских половых клеток гамет, заканчивающийся формированием яйцеклеток. У женщины в течение менструального цикла созревает лишь одна яйцеклетка. Процесс овогенеза имеет принципиальное сходство со сперматогенезом и также проходит через ряд стадий: размножения, роста и созревания. Яйцеклетки образуются в яичнике, развиваясь из незрелых половых клеток - овогониев, содержащих диплоидное число хромосом. Овогонии, подобно сперматогониям, претерпевают последовательные митотические деления, которые завершаются к моменту рождения плода. Затем наступает период роста овогониев, когда их называют овоцитами I порядка. Они окружены одним слоем клеток - гранулёзной оболочкой - и образуют так называемые примордиальные фолликулы. Плод женского пола накануне рождения содержит около 2 млн. этих фолликулов, но лишь примерно 450 из них достигают стадии овоцитов II порядка и выходят из яичника в процессе овуляции. Созревание овоцита сопровождается двумя последовательными делениями, приводящими к уменьшению числа хромосом в клетке вдвое. В результате первого деления мейоза образуется крупный овоцит II порядка и первое полярное тельце, а после второго деления - зрелая, способная к оплодотворению и дальнейшему развитию яйцеклетка с гаплоидным набором хромосом и второе полярное тельце. Полярные тельца представляют собой мелкие клетки, не играют роли в овогенезе и в конечном счёте разрушаются.

Биологическое значение этого процесса состоит в том, что при слиянии мужских и женских гамет образуется новый организм, несущий признаки обоих родительских организмов. При образовании гамет в мейозе возникают клетки с разным сочетанием хромосом, поэтому после оплодотворения новые организмы сочетают в себе признаки отца и матери в различных комбинациях. В результате этого значительно увеличивается наследственное разнообразие организмов

21. Оплодотворение. Партеногенез. Формы и распространенность в природе. Половой диморфизм .

Оплодотворение – это процесс слияния сперматозоида с яйцеклеткой с последующим слиянием их ядер и образованием диплоидной зиготы. Партеногенез — форма полового размножения, развитие яйцеклетки без оплодотворения. Свойствен многим беспозвоночным животным (дафнии, коловратки, тли, пчелы многим семенным и споровым растениям. Примеры естественного партеногенеза у млекопитающих неизвестны; они изредка встречаются у низших позвоночных и весьма обычны у беспозвоночных, особенно у насекомых.

Существует два типа партеногенеза : обязательный и факультативный. Первый свойствен видам, у которых самцов либо нет совсем, либо они редки и не способны функционировать. К таким видам относятся некоторые тли, палочники, сверчки, бабочки; популяции без самцов изредка встречаются у рыб, например у серебряного карася.

При факультативном партеногенезе яйца могут развиваться как партеногенетически, так и в результате оплодотворения, причем партеногенетическое размножение может преобладать в условиях, когда слишком редки контакты разнополых особей, например на границе ареала распространения вида.

Особые формы партеногенеза — гиногенез и андрогенез, а также педогенез. Половой диморфизм . Оба пола имеют принципиальные различия в гаметогенезе, на завершающих стадиях — у взрослых особей. Различия процессов формирования яйцеклеток и сперматозоидов заключаются в том, что у мужчин протекает исключительно динамичный и постоянно обновляющийся процесс образования новых клеток, в то время как у женщин происходит периодическая, ежемесячная индукция развития лишь одной клетки из однажды сформированного пула.

Таким образом, мужской организм способен воспринимать влияния окружающей среды, а женский – передавать эти влияния, воспринятые мужским полом, в следующее поколение. Половой диморфизм гаметогенеза позволяет реализовать так называемые популяционные функции полов

В нашей статье мы познакомимся с таким понятием, как гаметогенез. Это процесс, который характерен только для организмов, размножающихся половым способом.

Определение понятия

В ходе полового размножения особей новое поколение возникает как результат слияния специализированных клеток. Они называются гаметы.

В животном организме они формируются в особых органах - железах. Более древние организмы являются гермафродитными. В этом случае в одном организме созревают клетки двух типов - женские и мужские. К ним относятся кишечнополостные, все типы червей, а также некоторые моллюски. В ходе эволюции появились раздельнополые виды.

Гаметогенез - это процесс, который происходит и у растений. К примеру, у покрытосеменных генеративным органом является цветок. Споровые формируют гаметофиты.

Этапы гаметогенеза

Несмотря на существенные отличия в строении женских и мужских половых клеток, они проходят ряд одинаковых этапов развития. Стадии гаметогенеза следующие: размножение, рост, созревание. В первой первичные половые клетки многократно дробятся. При этом диплоидный набор в ядрах их хромосом сохраняется, что обеспечивает увеличение количества гамет.

В фазу роста происходит увеличение размеров клеток. В них также осуществляется процесс репликации ДНК. Его суть заключается в синтезе дочерней молекулы нуклеиновой кислоты на основе родительской. Усиленный рост сопровождается накоплением питательных веществ, необходимых для дальнейшего развития.

В результате стадии дозревания формирующиеся половые клетки делятся путем мейоза. Поскольку он является редукционным, из диплоидных гамет образуются гаплоидные. Они имеют одинарный набор хромосом. Это очень важно, поскольку половой процесс предполагает слияние клеток. Завершается гаметогенез стадией дозревания.

Особенности формирования мужских половых клеток

Процесс гаметогенеза имеет свои отличительные особенности. В результате стадии дозревания формируется четыре гаплоидные мужские половые клетки. Они делятся путем мейоза. В результате образуются гаплоидные спермациты. На стадии формирования в их клетках уплотняются ядро и цитоплазма, а размеры становятся значительно меньше - практически в 30 раз, чем у предшественниц.

Процесс сперматогенеза продолжается 80 дней. Длина мужских половых клеток млекопитающих достигает максимум 800 мкм. Они состоят из головки, в которой расположено ядро, шейки и хвоста. Последняя часть обеспечивает передвижение сперматозоидов.

Формирование яйцеклеток

Процесс формирования женских гамет называется овогенезом. На стадии роста яйцеклеток после первого мейотического деления формируются две клетки. Цитоплазма между ними распределяется неравномерно, поэтому они отличаются по строению. Первая - более крупная. Она содержит большое количество запасных веществ и называется овоцит. Вторая - полярное тельце, гораздо меньших размеров.

В результате второго деления образуются четыре клетки. Только одна из них является жизнеспособной. Это яйцеклетка. Три остальные называются направительными, или полярными тельцами. Они содержат минимальное количество питательных веществ, а впоследствии разрушаются.

Какой смысл имеет такой гаметогенез? Это гарантирует уменьшение количества яйцеклеток, которые способны к оплодотворению, и обеспечивает необходимое количество питательных веществ.

Гаметогенез у животных

Процесс формирования половых клеток животных происходит в специализированных железах. В мужском организме это семенники, в женском - яичники. После гаметогенеза следует оплодотворение - слияние половых клеток. У животных различают два типа этого процесса: внешнее и внутреннее.

В первом случае оплодотворение происходит вне организма самки. Оно характерно для некоторых червей, моллюсков, а также рыб и земноводных. Но преобладающему количеству наземных и некоторых водных животных свойственно внутреннее оплодотворение. Это более прогрессивный тип, поскольку он обеспечивает защиту и жизнеспособность будущего организма.

Гаметогенез у растений

У разных систематических групп растений гаметогенез и дальнейшее оплодотворение имеет свои особенности. Самым прогрессивным этот процесс является у цветковых, или покрытосеменных. Из материнской клетки в нижней расширенной части пестика, которая называется завязь, в ходе мейоза формируются четыре клетки. Они называются мегаспоры и имеют гаплоидный набор хромосом. При этом продолжает делиться только одна из них, а остальные три отмирают. Из жизнеспособной клетки развивается зародышевый мешок, в котором находятся центральная зародышевая и яйцеклетка.

В пыльниках тычинки в результате редукционного дробления развиваются микроспоры с гаплоидным набором хромосом. Они продолжают делиться. В результате формируются пыльцевые зерна.

У цветковых растений процессу оплодотворения предшествует опыление. Это перенос спермиев с пыльника тычинки на рыльце пестика, который осуществляется с помощью ветра, насекомых или человека. В процессе оплодотворения принимают участие две мужские гаметы. Одна из них сливается с женской гаметой с образованием зародыша. Другой спермий соединяется с центральной зародышевой клеткой, формируя запасное питательное вещество - эндосперм. Поэтому такой тип оплодотворения называется двойным.

Итак, гаметогенез - это формирование половых клеток. В ходе этого процесса, который происходит в несколько этапов, образуются гаметы с одинарным хромосомным набором. Это происходит потому, что в дальнейшем гаметы сливаются. При этом формируется диплоидный организм.

Вспомните!

Где в организме человека происходит образование половых клеток?

Какой набор хромосом содержат гаметы? Почему?

Для осуществления полового размножения необходимы специализированные клетки – гаметы, содержащие одинарный (гаплоидный) набор хромосом. При их слиянии (оплодотворении) происходит образование диплоидного набора, в котором каждая хромосома имеет пару – гомологичную хромосому. В каждой паре гомологичных хромосом одна хромосома получена от отца, а вторая – от матери.

Процесс образования половых клеток – гаметогенез – протекает в специальных органах. У большинства животных мужские половые клетки (сперматозоиды) образуются в семенниках, женские гаметы (яйцеклетки) – в яичниках. Развитие яйцеклеток называют овогенезом, а сперматозоидов – сперматогенезом.

Строение половых клеток. Яйцеклетки – это относительно крупные неподвижные клетки округлой формы. У некоторых рыб, рептилий и птиц они содержат большой запас питательных веществ в виде желтка и имеют размеры от 10 мм до 15 см. Яйцеклетки млекопитающих, в том числе и человека, гораздо мельче (0,1–0,3 мм) и желтка практически не содержат. Сперматозоиды – мелкие подвижные клетки, у человека их длина всего около 60 мкм. У разных организмов они отличаются формой и размерами, но, как правило, все сперматозоиды имеют головку, шейку и хвост, обеспечивающий их подвижность. В головке сперматозоида находится ядро, содержащее хромосомы . В шейке сосредоточены митохондрии, которые обеспечивают сперматозоид энергией (рис. 57).

Рис. 57. Сперматозоид млекопитающего: А – электронная фотография; Б – схема строения

Сперматозоиды впервые были описаны голландским естествоиспытателем А. Левенгуком в 1677 г. Он же и ввел этот термин – сперматозоид (от греч. sperma – семя и zoon – живое существо), т. е. живое семя. Яйцеклетка млекопитающих была открыта в 1827 г. российским ученым К. М. Бэром.

Образование половых клеток. Развитие половых клеток подразделяют на несколько стадий: размножение, рост, созревание, а в процессе сперматогенеза выделяют еще и стадию формирования (рис. 58).

Стадия размножения. На этой стадии клетки, формирующие стенки половых желез, активно делятся митозом , образуя незрелые половые клетки. Эта стадия у мужчин начинается с наступлением половой зрелости и продолжается почти всю жизнь. У женщин образование первичных половых клеток завершается еще в эмбриональном периоде, т. е. общее количество яйцеклеток, которые у женщины будут созревать в течение ее репродуктивного периода, определяется уже на ранней стадии развития женского организма. На стадии размножения первичные половые клетки, как и все остальные клетки тела, диплоидны.

Рис. 58. Гаметогенез у человека

Стадия роста. На стадии роста, которая гораздо лучше выражена в овогенезе, происходит увеличение цитоплазмы клеток, накопление необходимых веществ и редупликация ДНК (удвоение хромосом).

Стадия созревания. Третья стадия – это мейоз. Мейоз – это особый способ деления клеток, приводящий к уменьшению числа хромосом вдвое и к переходу клетки из диплоидного состояния в гаплоидное. Клетки, приступающие к мейозу, содержат диплоидный набор уже удвоенных хромосом. В результате мейоза из одной диплоидной клетки образуются четыре гаплоидные.

Рис. 59. Фазы мейоза

Мейоз состоит из двух последовательных делений, которым предшествует однократное удвоение ДНК, осуществленное на стадии роста. В каждом делении мейоза выделяют четыре фазы, характерные и для митоза (профазу, метафазу, анафазу, телофазу), однако они отличаются некоторыми особенностями (рис. 59).

Профаза первого мейотического деления (профаза I ) значительно длиннее, чем профаза митоза. В это время удвоенные хромосомы , каждая из которых состоит уже из двух сестринских хроматид, спирализуются и приобретают компактные размеры. Затем гомологичные хромосомы располагаются параллельно друг другу, образуя так называемые биваленты, или тетрады, состоящие из двух хромосом (четырех хроматид). Между гомологичными хромосомами может произойти обмен соответствующими гомологичными участками, что приведет к перекомбинации наследственной информации и образованию новых сочетаний отцовских и материнских генов в хромосомах будущих гамет (рис. 60).

К концу профазы I ядерная оболочка разрушается.

В метафазе I гомологичные хромосомы попарно в виде бивалентов, или тетрад, располагаются в экваториальной плоскости клетки, и к их центромерам присоединяются нити веретена деления.

В анафазе I гомологичные хромосомы из бивалента (тетрады) расходятся к полюсам. Следовательно, в каждую из двух образующихся клеток попадает только одна из каждой пары гомологичных хромосом – число хромосом уменьшается в два раза, хромосомный набор становится гаплоидным. Однако каждая хромосома при этом все еще состоит из двух сестринских хроматид.

В телофазе I образуются клетки, имеющие гаплоидный набор хромосом и удвоенное количество ДНК.

Спустя короткий промежуток времени клетки приступают ко второму мейотическому делению, которое протекает как типичный митоз, но отличается тем, что участвующие в нем клетки гаплоидны.

В профазе II разрушается ядерная оболочка. В метафазе II хромосомы выстраиваются в экваториальной плоскости клетки, нити веретена деления соединяются с центромерами хромосом. В анафазе II центромеры, соединяющие сестринские хроматиды, делятся, хроматиды становятся самостоятельными дочерними хромосомами и расходятся к разным полюсам клетки. Телофаза II завершает второе деление мейоза.

Рис. 60. Перекрест хромосом и обмен гомологичными участками

В результате мейоза из одной исходной диплоидной клетки, содержащей удвоенные молекулы ДНК, образуются четыре гаплоидные клетки, каждая хромосома которых состоит из одиночной молекулы ДНК.

При сперматогенезе на стадии созревания в результате мейоза образуются четыре одинаковые клетки – предшественники сперматозоидов, которые на стадии формирования приобретают характерный вид зрелого сперматозоида и становятся подвижными.

Мейотические деления в овогенезе характеризуются рядом особенностей. Профаза I завершается еще в эмбриональном периоде, т. е. к моменту рождения девочки в ее организме уже имеется полный набор будущих яйцеклеток. Остальные события мейоза продолжаются только после полового созревания женщины. Каждый месяц в одном из яичников у женщины продолжает развитие одна из остановившихся в своем делении клеток. В результате первого деления мейоза образуются крупная клетка – предшественник яйцеклетки и маленькое, так называемое полярное тельце, которые вступают во второе деление мейоза. На стадии метафазы II предшественница яйцеклетки овулирует, т. е. выходит из яичника в брюшную полость, откуда попадает в яйцевод. Если происходит оплодотворение, второе мейотическое деление завершается – образуется зрелая яйцеклетка и второе полярное тельце. Если слияния со сперматозоидом не происходит, не закончившая деление клетка погибает и выводится из организма.

Полярные тельца служат для удаления избытка генетического материала и перераспределения питательных веществ в пользу яйцеклетки. Спустя некоторое время после деления они погибают.

Значение гаметогенеза. В ходе гаметогенеза образуются половые клетки с гаплоидным набором хромосом. Это позволяет при оплодотворении восстанавливать число хромосом, характерное для вида. В отсутствие мейоза слияние гамет приводило бы к удвоению числа хромосом у каждого последующего поколения, возникающего в результате полового размножения. Этого не происходит, благодаря мейозу, во время которого диплоидное число хромосом (2n ) сокращается до гаплоидного (1n ), т. е. биологическая роль мейоза заключается в поддержании постоянства числа хромосом в ряду поколений вида.

Вопросы для повторения и задания

1. Опишите строение половых клеток.

2. От чего зависит размер яйцеклеток?

3. Какие периоды выделяют в процессе развития половых клеток?

4. Расскажите, как протекает период созревания (мейоз) в процессе сперматогенеза; овогенеза.

5. Перечислите отличия мейоза от митоза.

6. В чем заключается биологический смысл и значение мейоза?