Строение мужских, женских половых клеток обусловливает выполнение их важнейшей функции - осуществления генеративного размножения. Оно свойственно представителям как растений, так и животных. Особенности строения половых клеток будут рассмотрены в нашей статье.
Гаметы: взаимосвязь строения и функций
Специализированные клетки, осуществляющие процесс называются гаметами. Мужские и женские половые клетки - сперматозоиды и яйцеклетки - имеют гаплоидный, т. е. одинарный набор хромосом. Такое строение половых клеток обеспечивает генотип организма, который образуется при их слиянии. Он является диплоидным, или двойным. Таким образом, половину генетической информации организм получает от матери, а другую часть - от отца.
Несмотря на общие черты, строение половых и животных во многом отличается друг от друга. Это прежде всего касается определенных мест их формирования. Так, у покрытосеменных растений спермии расположены в пыльниках тычинки, а яйцеклетка - в завязи пестика. Многоклеточные животные имеют специальные органы - железы, в которых происходит формирование половых клеток: яйцеклеток - в яичниках, а сперматозоидов - в семенниках.
Процесс формирования половых клеток
Строение и развитие половых клеток определяется ходом гаметогенеза - процессом их формирования, который протекает в несколько этапов. В ходе фазы размножения первичные гаметы делятся несколько раз путем митоза. При этом сохраняется двойной набор хромосом. У особей разного пола этот этап имеет свои отличия. Так, у самцов млекопитающих он начинается с момента наступления и длится до глубокой старости. У самок деление первичных половых клеток происходит только во время внутриутробного развития плода. А до наступления полового созревания они остаются в состоянии покоя.
Фаза роста является следующей. В этот период первичные гаметы увеличиваются в размерах, происходит репликация (удвоение) ДНК. Важным процессом является также запасание питательных веществ, ведь они будут необходимы для последующих делений.
Последний этап гаметогенеза называется фазой роста. В его ходе первичные половые клетки делятся путем редукционного деления - мейоза. Его результатом являются четыре гаплоидные клетки, образованные из первичных диплоидных.
Сперматогенез
В результате образования мужских половых клеток, т. е. сперматогенеза, образуется четыре одинаковых и полноценных структуры. Они обладают способностью к оплодотворению. Строение мужской половой клетки, точнее ее особенность, заключается в возникновении специфических приспособлений. В частности, это жгутик, с помощью которого происходит движение мужских гамет. Этот процесс происходит в последнюю дополнительную фазу формирования, которая характерна только для процесса сперматогенеза.
Овогенез
Строение женских половых клеток, как и процесс их формирования (овогенез), имеет ряд характерных особенностей. При в ходе мейоза цитоплазма распределяется между будущими клетками неравномерно. Только одна из них в результате становится яйцеклеткой, способной дать начало будущей жизни. Остальные три превращаются в направительные тельца и в результате разрушаются. Биологический смысл этого процесса заключается в уменьшении количества зрелых, способных к оплодотворению женских половых клеток. Только при этом условии единственная яйцеклетка сможет получить необходимое количество питательных веществ, являющееся главным условием развития будущего организма. В итоге в течение времени, когда женщина является способной к рождению детей, способно сформироваться всего около 400 половых клеток. В то время как у мужчины эта цифра достигает нескольких сотен миллионов.
Строение мужских половых клеток
Сперматозоиды являются очень мелкими клетками. Их размер едва достигает нескольких микрометров. В природе такие размеры, естественно, компенсируются их количеством. Строение половых клеток мужского организма имеет свои особенности.
Сперматозоид состоит из головки, шейки и хвоста. Каждая из этих частей выполняет определенные функции. В головке располагается постоянная клеточная органелла эукариот - ядро. Оно является носителем генетической информации, заключенной в молекулы ДНК. Именно ядро обеспечивает передачу и хранение наследственного материала. Вторым компонентом головки сперматозоида является акросома. Эта структура является видоизмененным комплексом Гольджи и выделяет особые ферменты, способные растворить оболочки яйцеклетки. Без этого процесс оплодотворения будет невозможным. В шейке находятся органеллы митохондрии, которые обеспечивают движения хвоста. В этой части сперматозоидов находятся и центриоли. Эти органеллы играют важную роль образования веретена деления во время дробления оплодотворенной яйцеклетки. Хвост сперматозоидов образован микротрубочками, которые, используя энергию митохондрий, обеспечивают движение мужских половых клеток.
Строение яйцеклеток
Женские половые клетки гораздо крупнее сперматозоидов. Их диаметр у млекопитающих составляет до 0,2 мм. А вот этот же показатель у кистеперых рыб составляет 10 см, а у сельдевой акулы - до 23 см. В отличие от мужских половых клеток яйцеклетки неподвижны. Они имеют округлую форму. В цитоплазме этих клеток содержится в большом количестве находится запас питательных веществ в виде желтка. В ядре кроме ДНК, несущей генетическую информацию, находится другая нуклеиновая кислота - РНК. Она содержит сведения о структуре важнейших белков будущего организма. Желток может располагаться в яйцеклетке неравномерно. Например, у ланцетника он находится в центре, а у рыб занимает практически всю поверхность, сдвигая ядро и цитоплазму к одному из полюсов клетки. Снаружи яйцеклетка надежно защищена оболочками: желточной, прозрачной и наружной. Именно их приходится растворять акросоме головки сперматозоида для осуществления процесса оплодотворения.
Типы оплодотворения
Строение и функции половых клеток обусловливают осуществление процесса оплодотворения - слияния гамет. В результате этого процесса генетический материал гамет соединяется в едином ядре, и образуется зигота. Она и является первой клеткой нового организма.
В зависимости от места прохождения данного процесса различают наружное (внешнее) и Первый тип осуществляется вне организма женской особи. Обычно это происходит в водной среде обитания. Примерами организмов, у которых происходит наружное оплодотворение, являются представители класса рыбы. Их самки мечут икру в воду, где самцы и поливают ее семенной жидкостью. Количество икринок таких животных достигает нескольких тысяч, из которых выживает и вырастает не так уж много особей. Большинство из них съедают водные животные. А вот для всех млекопитающих животных характерно внутреннее оплодотворение, которое происходит внутри женского организма при помощи специализированных самца. При этом количество яйцеклеток, готовых к оплодотворению, невелико.
Строение мужской, женской половой клетки и репродуктивной системы растений значительно отличается от таковой у животных. Поэтому и процесс слияния гамет происходит иначе. Мужские половые клетки растений не имеют хвоста и не способны к движению. Поэтому оплодотворению предшествует опыление. Это процесс переноса пыльцы с пыльника тычинки на рыльце пестика. Оно происходит при помощи ветра, насекомых или человека. Оказавшись таким образом на рыльце пестика, спермии опускаются по зародышевой трубке в его расширенную нижнюю часть - завязь. Там располагается яйцеклетка. При слиянии гамет образуется зародыш семени.
Понятие о партеногенезе
Строение половых клеток, в частности женских, делает возможным одну из необычных форм генеративного размножения. Она называется партеногенезом. Его биологическая суть заключается в развитии взрослого организма из неоплодотворенной яйцеклетки. Такой процесс наблюдается в жизненном цикле рачков дафний, в ходе которого чередуются половое и партеногенетическое поколения. Женская половая клетка содержит достаточно питательных веществ, чтобы дать начало новой жизни. Однако при партеногенезе не происходит возникновения новых комбинаций генетической информации, а значит, появление новых признаков также невозможно. Однако партеногенез имеет важное биологическое значение, поскольку делает возможным процесс полового размножения даже без наличия особи противоположного пола.
Фазы менструального цикла
В женском организме половые клетки не всегда готовы к оплодотворению, а только в определенные Во время этого физиологического процесса в организме происходят циклические закономерные изменения функций половой системы. Регулируется этот процесс гуморальной системой. Продолжительность этого цикла составляет 21-36 дней при среднем показателе 28. Этот период можно разделить на три фазы. В первую (менструальную), которая продолжается примерно первые 5 дней, происходит отторжение слизистой оболочки матки. Это сопровождается разрывом небольших кровеносных сосудов. На 6-14-й день под воздействием гипофиза выделяется фолликул, в котором созревает яйцеклетка. Слизистая оболочка матки в этот период начинает восстанавливаться. В этом заключается суть послеменструальной фазы. С 15-го по 28-й день происходит образование жировой соединительной ткани - желтого тела. Оно выполняет роль временной железы внутренней секреции, которая вырабатывает гормоны, задерживающие созревание фолликулов. В период с 17-го по 21-й день вероятность к оплодотворению наиболее высока. Если этого не происходит, половая клетка разрушается и слизистая оболочка снова отслаивается.
Что такое овуляция
На 14-й день менструального цикла строение женской половой клетки несколько изменяется. Яйцеклетка разрывает фолликулярную оболочку и выходит из яичника в маточную трубу. Именно там завершается ее созревание. Этот процесс называется овуляцией. Это очень важный период, в ходе которого матка приобретает способность принять оплодотворенную яйцеклетку.
Хромосомный набор половых клеток
Яйцеклетки и сперматозоиды имеют одинарный набор генетической информации. Например, у человека половые клетки содержат по 23 хромосомы, а зигота - 46. При слиянии гамет половину генов организм получает от матери, а вторую часть - от отца. Это касается также и пола. Среди хромосом различают аутосомы и одну пару половых. Они обозначаются латинскими буквами. У человека женские клетки содержат две одинаковые половые хромосомы, а мужские - разные. Половые клетки содержат по одной из них. Таким образом, пол будущего ребенка полностью зависит от мужского организма и от вида хромосом, который несет сперматозоид.
Функции половых клеток
Строение женской половой клетки, как и мужской, взаимосвязано с функциями, которые они выполняют. Являясь частью репродуктивной системы, они осуществляют функцию генеративного размножения. В отличие от бесполого, при котором сохраняется целостность генетической информации организма, половое размножение обеспечивает создание новых признаков. Это является необходимым условием возникновения адаптации, а значит, и всего существования живых организмов.
ДЛЯ ПРЕПОДАВАТЕЛЯ
по дисциплине « Биология»
для специальности 060101 – Лечебное дело (очная форма обучения)
К ПРАКТИЧЕСКОМУ ЗАНЯТИЮ № 7
ТЕМА: «Размножение организмов»»
Аннотация (краткое содержание темы).
Известны различные формы размножения, но все они могут быть объединены в два типа – половое и бесполое .
Половым размножением называют смену поколений и развитие организмов на основе специализированных – половых – клеток, образующихся в половых железах.
У беспозвоночных животных нередко сперматозоиды и яйцеклетки формируются в теле одного организма. Такое явление – обоеполость – называется гермафродитизмом.
Новый организм не обязательно появляется в результате слияния половых клеток. У некоторых видов животных и растений наблюдается развитие из неоплодотворенной яйцеклетки. Такое размножение называется девственным. Гаметогамия без оплодотворения включает в себя несколько типов:
Партеногенез (от греч. parthénos - девственница и...генез), девственное размножение, одна из форм полового размножения организмов, при которой женские половые клетки (яйцеклетки) развиваются без оплодотворения;
Гиногенез (от греч. gyn - женщина и...генез), особая форма размножения и развития, при которой после проникновения спермия в яйцеклетку их ядра не сливаются, и в последующем развитии участвует только ядро яйцеклетки. Поскольку при гиногенезе отсутствует важная часть полового процесса - объединение наследственного материала родителей посредством слияния ядер их половых клеток, - оплодотворение является здесь ложным;
Андрогенез (от греч. aner, родительный падеж andrys - мужчина и génesis - происхождение), развитие яйцеклетки с мужским ядром, привнесённым в неё спермием в процессе оплодотворения. Андрогенез наблюдается у отдельных видов животных (шелкопряд) и растений (табак, кукуруза) в тех случаях, когда материнское ядро погибает до оплодотворения, которое при этом является ложным, т. е. женское и мужское ядра не сливаются, и в дроблении участвует только мужское ядро;
Апомиксис (от апо... и греч. mixis - смешение), различные способы бесполого размножения животных и растений; в более употребительном узком значении - образование зародыша без оплодотворения. Зародыш при апомиксисе развивается не из зиготы, а непосредственно из неоплодотворённой яйцеклетки (партеногенез, или апозиготия), либо - у высших растений - из клеток заростка, зародышевого мешка (апогамия, или апогаметия) и даже из соматических клеток семяпочки.
Дать краткую характеристику всем типам гаметогамии без оплодотворения.
Бесполое размножение характеризуется тем, что новая особь развивается из неполовых, соматических клеток.
Бесполое размножение
Бесполое размножение осуществляется при участии лишь одной родительской особи. Особи дочернего поколения возникают из одной или группы клеток материнского организма. Наиболее широко бесполое размножение распространено среди прокариот, грибов и растений, но встречаются и у различных видов животных. Основными формами бесполого размножения являются бинарное деление (деление надвое, митоз), шизогония (множественное деление), спорообразование, почкование, фрагментация и вегетативное размножение.
Дать краткую характеристику всем формам бесполого размножения.
Половое размножение появилось более 3 млрд. лет назад и встречается во всех крупных группах ныне существующих организмов. Сущность полового размножения заключается в объединении генетической информации от двух особей одного вида – родителей – в наследственном материале потомка.
Образующиеся в процессе полового размножения организмы отличаются друг от друга по генотипу, признакам, свойствам, характеру приспособленности к условиям обитания.
Таким образом, биологическое значение полового размножения заключается не только в самовоспроизведении особей, но и в обеспечении биологического разнообразия видов, их адаптивных возможностей и эволюционных перспектив. Это позволяет считать половое размножение биологически более прогрессивным, чем бесполое.
Половое размножение осуществляется с помощью специализированных половых клеток – гамет . Женские гаметы - яйцеклетки (образуются в яичниках), мужские – сперматозоиды (образуются в семенниках). Гаметы отличаются от соматических клеток, прежде всего, вдвое меньшим числом хромосом, а также низким уровнем обменных процессов.
Яйцеклетки – относительно крупные неподвижные клетки, обычно округлой формы; в цитоплазме помимо типичных органоидов содержатся включения запасных питательных веществ в виде желтка.
ИЗОЛЕЦИТАЛЬНЫЕ яйцеклетки – относительно мелкие яйцеклетки с небольшим количеством равномерно распределенного желтка. Данный тип яйцеклеток характерен для червей.
ТЕЛОЛЕЦИТАЛЬНЫЕ – имеют диаметр 1,5 – 2 мм и содержат среднее количество желтка, основная масса которого сосредоточена на одном из полюсов (вегетативном). На противоположном полюсе (анимальном), где желтка мало, находится ядро яйцеклетки. Данный тип яйцеклеток характерен для птиц, земноводных, пресмыкающихся.
РЕЗКО ТЕЛОЛЕЦИТАЛЬНЫЕ – содержат очень много желтка, занимающего весь объем цитоплазмы яйцеклетки. Характерно для насекомых.
АЛЕЦИТАЛЬНЫЕ – яйцеклетки практически лишены желтка. Характерен данный тип яйцеклеток для человека и других плацентарных млекопитающих.
Сперматозоиды – обычно очень мелкие клетки. У разных организмов они не одинаковой формы, но большинство из них имеет головку, шейку и хвост (рис. см. приложение). Головка содержит ядро и очень небольшое количество цитоплазмы. На переднем конце головки располагается акросома – видоизмененный комплекс Гольджи, который содержит ферменты для растворения оболочки яйцеклетки при оплодотворении. В шейке находятся многочисленные митохондрии и две центриоли. От шейки отрастает хвост, образованный микротрубочками и обеспечивающий подвижность сперматозоидов.
Образование половых клеток
Гаметогенез – процесс образования половых клеток, протекает в половых железах (гонадах).
Сперматогенез – процесс образования сперматозоидов.
Овогенез – образование яйцеклеток.
Условно обе формы гаметогенеза можно разделить на несколько фаз:
Размножения;
Созревания;
Формирования.
Важно отметить, что процесс образования яйцеклеток не включает в себя фазу формирования.
Дать характеристику фазам гаметогенеза. Студентам составить и зарисовать в альбом сперматогенез и овогенез.
Оплодотворение
Оплодотворением называют процесс слияния сперматозоида и яйцеклетки, сопровождающийся объединением геномов отцовского и материнского организмов и завершающийся образованием зиготы.
Типы оплодотворения:
Наружное;
Внутреннее;
Перекрестное;
Самооплодотворение;
Моноспермия и полиспермия.
Дать краткую характеристику всем типам.
У человека процесс оплодотворения происходит в маточной трубе, куда после овуляции попадают овоцит II порядка и многочисленные сперматозоиды При контакте с яйцеклеткой сперматозоид выделяет ферменты, разрушающие ее оболочки и обеспечивающие проникновения спермия внутрь. После проникновения сперматозоида яйцеклетка формирует на поверхности толстую непроницаемую оболочку оплодотворения, препятствующую полиспермии.
Проникновение сперматозоида стимулирует овоцит II порядка к дальнейшему делению. Он осуществляет анафазу и телофазу II мейотического деления и становится зрелым яйцом. В результате в цитоплазме яйцеклетки оказывается два гаплоидных ядра, называемых мужским и женским пронуклеусами, которые сливаются с образованием диплоидного ядра – зиготы. Таким образом, сущность оплодотворения заключается в объединении гаплоидных геномов отцовского и материнского организмов и формировании уникальной комбинации генов в генотипе зиготы потомка.
Клеток, называется гаметогенезом. Он подразделяется на сперматогенез и овогенез. Формирование начинается в утробном периоде, во время дифференциации пола, и продолжается до завершения репродуктивного возраста. Половые клетки секретируются специальными железами - гонадами. У человека и животных в яичниках развиваются женские гаметы, а в семенниках - мужские.
Процесс овогенеза и его особенности
Развитие женских половых клеток протекает довольно длительно. Начало процесса проходит в корковом слое первичных фолликулов яичника. Завершение наблюдается после овуляции в яйцепроводе. Овогенез - это трехфазный процесс, включающий в себя стадии размножения, роста и развития.
Фаза размножения и фаза роста
На первой стадии овогенеза в клетках стенки яичника происходят множественные митотические деления. В результате образуется большое количество диплоидных овогоний. В организме человека размножение гонад запускается в эмбриогенезе и прекращается к третьему году жизни.
Период роста характеризуется увеличением ядра и цитоплазмы в клетках. Накапливаются вещества, необходимые для последующих процессов деления, происходит удвоение хромосом. На этой фазе овогонии преобразуются в овоциты первого порядка. Они растут в яичнике и запасают питательные вещества. Каждый овоцит окружен эпителиальными клетками. Он формирует пузырек - фолликул.
Овогенез - это длительный процесс. Особенности фазы созревания
Фаза созревания имеет ряд особенностей. Профаза мейоза I проходит еще во время эмбрионального развития, а остальные стадии протекают после того, как организм достигнет половой зрелости. Ежемесячно в одном из яичников созревает один фолликул. На этом этапе заканчивается первое деление мейоза, формируется крупный вторичный овоцит и маленькое тельце. Эти структуры вступают во вторую фазу мейоза. На стадии метафазы мейоза II происходит овуляция - овоцит покидает яичник, оказывается в брюшной полости и переходит в яйцевод.
Если происходит слияние яйцеклетки со сперматозоидом, то начинается дальнейшее созревания овоцита. В результате завершения мейоза II образуется созревшая яйцеклетка овотида и второе полярно тельце.
Овогенез - это сложный многоступенчатый процесс, в результате которого из диплоидной гаметы формируются клетки с гаплоидным хромосомным набором: одна зрелая яйцеклетка и три полярных тельца.
Яйцеклетка обладает шарообразной формой и крупными размерами. Ее диаметр у млекопитающих и человека варьируется от 0,110 до 0,140 мм. По своему объему яйцеклетка крупнее спермия в 10-20 тыс. раз и длиннее в 2 раза.
Фаза созревания на примере организма человека
Созревание начинается в 12-13 лет, в период полового созревания. В гонадах содержатся множественные фолликулы, в которых находятся овоциты. Под действием фолликулостимулирующего гормона один за другим они начинают развиваться, достигая размеров горошины. По мере роста яйцеклетки, находящиеся внутри этих пузырьков, достигают просвета яичника. В итоге здесь обособляется самый жизнеспособный фолликул, а остальные редуцируются. Обычно это происходит на 10-й день от начала менструации. Фолликул, оставшийся на поверхности яичника, и граафов пузырек, продолжают расти. Достигнув максимального развития, образование лопается, и созревшая яйцеклетка выходит в яйцевод.
Происходит овуляция. Под влиянием лютеинообразующего гормона лопнувший граафов пузырек изменяется - теперь это желтое тело. Составляющие его стенку клетки приобретают желтый оттенок из-за содержащегося жира. Они занимают площадь, в которой прежде находилась яйцеклетка. Желтое тело продуцирует гормон прогестерон, действие которого направлено на подготовку слизистой матки к оплодотворению.
Если встречи яйцеклетки и спермия не произошло, через несколько дней начинается регенерация и уменьшение желтого тела. Слизистая оболочки матки при отсутствии прогестерона разрушается и отторгается. Этот процесс характеризуется кровяными выделениями из влагалища длительностью 2-7 дней (менструация).
Процесс сперматогенеза и его особенности
Овогенез и сперматогенез схожи между собой, отличие заключается в том, что созревание мужских гамет происходит в 4 стадии.
Сперматогенез - это образование и формирование мужских половых клеток - спермиев. Начинается с момента половой дифференциации и интенсивно развивается в период зрелости организма.
На стадии размножения в семенниках начинаются многократные митотические деления клеток, в результате чего образуются многочисленные сперматогонии, имеющие диплоидный набор хромосом. Фаза развития у мужчин начинается с момента полового созревания и длится практически всю жизнь.
На стадии роста клетки называются сперматоцитами 1-го порядка. Они постепенно увеличиваются в размерах за счет накопления питательных веществ, удвоения ДНК и хромосом.
Фаза созревания характеризуется двумя последовательными делениями мейоза. В результате из каждого первичного сперматоцита образуется 4 сперматиды с гаплоидным хромосомным набором.
Особенности развития мужских гонад
Фаза созревания характерна только для сперматогенеза. Ее сущность заключается в том, что сперматиды приобретают свойственные спермиям строение и двигательную функцию.
Процесс сперматогенеза от деления исходной клетки до выхода сперматозоида в придаток семенника составляет 35-55 дней. За сутки в половой железе созревает до 7 млрд спермиев. Мужские гонады сохраняют свою подвижность на протяжении 2-3 месяцев, а способность к оплодотворению - более 30 дней. Образование сперматозоидов напрямую зависит от состояния организма, питания и внешних условий. Их жизнеспособность может снижаться при действии неблагоприятных факторов, неполноценном рационе, внутренних нарушениях.
Сперматогенез и овогенез - это важнейшие процессы, которые отвечают за размножение, развитие и продление рода всех живых существ.
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?
| <<< Назад
|
Вперед >>>
|
Эти клетки значительно отличаются у мужчин и женщин. У мужчин половые клетки или сперматозоиды имеют хвостоподобные выросты () и являются относительно подвижными. Женские половые клетки, называемые яйцеклетками, не подвижны и намного больше относительно мужских гамет. Когда эти клетки сливаются в процессе, называемом оплодотворением, результирующая клетка (зигота) содержит смесь унаследованных от отца и матери. Половые человека производятся органами репродуктивной системы - гонадами. продуцируют половые гормоны, необходимые для роста и развития первичных и вторичных репродуктивных органов и структур.
Строение половых клеток человека
Мужские и женские половые клетки сильно отличаются друг от друга по размеру и форме. Мужские сперматозоиды напоминают длинные, подвижные снаряды. Это небольшие клетки, которые состоят из головки, средней и хвостовой частей. Головка содержит колпачковое покрытие, называемое акросомой. Акросома включает ферменты, которые помогают клетке спермы проникать в наружную оболочку яйцеклетки. расположено в головке сперматозоида. ДНК в ядре плотно упаковано и клетка не содержит много . Средняя часть включает несколько митохондрий, обеспечивающих энергию для . Хвостовая часть состоит из длинного выроста, называемого жгутиком, который помогает в клеточной локомоции.
Женские яйцеклетки являются одними из самых крупных клеток в организме и имеют округлую форму. Они вырабатываются в женских яичниках и состоят из ядра, большой цитоплазматической области, зоны пеллюциды (zona pellucida) и лучистого венца. Zona pellucida - это мембранное покрытие, которое окружает яйцеклетки. Она связывает клетки спермы и помогает в оплодотворении. Лучистый венец является внешним защитным слоем фолликулярных клеток, окружающий zona pellucida.
Образование половых клеток
Половые клетки человека продуцируются посредством двухэтапного процесса деления клеток, называемого . Через серию последовательных событий, реплицированный генетический материал в родительской клетке распределяется между четырьмя дочерними клетками. Поскольку эти клетки имеют половину числа от родительской клетки, они являются . Половые клетки человека содержат один набор из 23 хромосом.
Существуют два этапа мейоза: мейоз I и мейоз II. До мейоза хромосомы реплицируются и существуют в виде . В конце мейоза I образуется две . Сестринские хроматиды каждой хромосомы в дочерних клетках все еще связаны . В конце мейоза II образуются сестринские хроматиды и четыре дочерние клетки. Каждая клетка содержит половину хромосом от родительской клетки.
Мейоз подобен процессу деления неполовых клеток, известному как митоз. продуцирует две дочерние клетки, которые генетически идентичны и содержат такое же количество хромосом, как и родительская клетка. Эти клетки являются диплоидными, потому что включают два набора хромосом. Человеческие включают 23 пары или 46 хромосом. Когда половые клетки объединяются во время оплодотворения, гаплоидные клетки становятся диплоидной клеткой.
Производство сперматозоидов известно как сперматогенез. Этот процесс происходит непрерывно внутри мужских яичек. Сотни миллионов сперматозоидов должны быть выпущены, чтобы произошло . Подавляющее большинство сперматозоидов не доходят до яйцеклетки. При оогенезе или развитии яйцеклеток, дочерние клетки делятся неравномерно в мейозе. Такой асимметричный цитокинез приводит к образованию одной большой яйцеклетки (ооцита) и меньших клеток, называемых полярными телами, которые деградируют и не оплодотворяются. После мейоза I, яйцеклетка называется вторичным ооцитом. Вторичный ооцит завершит вторую стадию мейоза, если начнется процесс оплодотворения. Как только завершится мейоз II, клетка становится яйцеклеткой и может сливаться с клеткой спермы. Когда оплодотворение завершено, объединенная сперма и яйцеклетка становятся зиготой.
Половые хромосомы
Мужские сперматозоиды у человека и других млекопитающих являются гетерогаметическими и содержат один из двух типов половых хромосом: Х или Y. Однако женские яйцеклетки содержат только X-хромосому и поэтому гомогаметичны. Сперматозоид индивидуума. Если клетка спермы, содержащая Х-хромосому, оплодотворяет яйцеклетку, результирующая зигота будет XX или женский пол. Если клетка спермы содержит Y-хромосому, тогда результирующая зигота будет XY или мужской пол.
