§ 40. Развитие половых клеток. Оплодотворение

Вопрос 1. Что такое мейоз? Где он происходит у разных организмов?

Мейоз — процесс деления клеток, в результате которого из одной диплоидной клетки образуются клетки с гаплоидным набором хромосом.

Этот процесс происходит при образовании половых клеток. Присутствует в жизненном цикле ряда простейших, водорослей, грибов, споровых и голосеменных растений, а также многоклеточных животных (в т.ч. человека и многих позвоночных животных). Мейоз происходит только в половых железах.

У организмов, относящихся к другим царствам живой природы, половое размножение осуществляется несколько иначе. Например, у растений оно происходит исключительно на стадии гаметофита. Именно на этом этапе жизненного цикла растения формируют особые органы, продуцирующие половые клетки — антеридии и архегонии.

Вопрос 2. Для каких организмов характерно двойное оплодотворение?

Для покрытосеменных растений характерно так называемое двойное оплодотворение с образованием особой питательной ткани — эндосперма.

Вопрос 3. У кого наблюдается самооплодотворение?

Самоопыление и самооплодотворение наблюдается у высших растений (из культурных злаков — пшеница, овёс, ячмень и др., из бобовых — горох, фасоль и др., многие сорные растения с мелкими невзрачными цветками из семейства крестоцветных, гвоздичных и др.).

Самооплодотворение наблюдается также и у одноклеточных организмов, заключающееся в слиянии двух ядер (диатомовые водоросли, споровики, некоторые амебы).

Самооплодотворение наблюдается также у гермафродитов: распространено среди беспозвоночных (свойственен некоторым кишечнополостным (гидре), почти всем плоским червям (ресничным, сосальщикам, ленточным червям), некоторым кольчатым червям (пиявкам, малощетинковым кольчецам), некоторым моллюскам и т.д. Среди позвоночных — некоторым рыбам (морскому окуню, морскому карасю).

Вопрос 4. Как называют мужские и женские половые клетки? В чём состоят особенности их строения?

Мужские половые клетки называются сперматозоидами, а женские половые клетки — яйцеклетками.

Размер сперматозоида маленький (50 — 55 мкм), он быстрый и подвижный, а количество сперматозоидов огромно. Строение: состоят из головки, шейки и жгутика, который необходим для движения сперматозоида.

Яйцеклетки всегда крупнее сперматозоидов, поскольку содержат запас питательных веществ. Диаметр яйцеклетки большинства млекопитающих, в том числе и человека, составляет десятые доли миллиметра.

Вопрос 5. Как происходит развитие половых клеток?

В половых железах, где происходит развитие половых клеток, различают три зоны, где последовательно проходят этапы созревания гамет.

В первой зоне происходит (посредством митоза) размножение первичных половых клеток, т. е. там их количество увеличивается. У самцов млекопитающих, в том числе и у мужчин, этот процесс начинается с момента полового созревания и продолжается до старости. Всего в течение жизни мужчины формируется огромное число сперматозоидов — приблизительно 1012 штук.

У самок млекопитающих, в том числе и у женщин, первичные половые клетки делятся ещё во время эмбрионального развития, т. е. до момента рождения девочки. Но зато будущих яйцеклеток запасается в избытке — около миллиона, из которых окончательно в течение детородного периода жизни женщины созревают приблизительно четыре сотни.

Во второй зоне половых желёз происходит рост будущих гамет. Особенно сильно при этом увеличиваются в размерах будущие яйцеклетки.

В третьей зоне происходит созревание половых клеток и мейоз, представляющий собой, как вы помните, особый вид деления клеток, при котором число хромосом в дочерних клетках уменьшается в два раза. Это необходимо для сохранения постоянства числа хромосом в клетках организма при половом размножении.

В процессе сперматогенеза все четыре клетки, образовавшиеся при мейозе, становятся сперматозоидами. При этом их ядра уменьшаются, формируется орган проникновения (акросома), а на противоположном конце клетки появляется жгутик.

При оогенезе всё происходит по — другому. Во время деления первичных половых клеток цитоплазма распределяется неравномерно, и только одна клетка из четырёх образовавшихся при мейозе получается жизнеспособной. Три остальные превращаются в особые направительные тельца, которые дают возможность нормально пройти мейозу и сбросить излишний наследственный материал, а также обеспечить яйцеклетку запасом питательных веществ.

Вопрос 6. Почему бесполое размножение у гидры наблюдается в тёплое время года, а половое — осенью?

Бесполым способом гидры размножаются в благоприятное время года, когда у них достаточно пищи, чтобы активно расти.

С наступлением осени, когда погода становится прохладной и пищи недостаточно, или с наступлением неблагоприятных условий, гидра приступает к половому размножению. После этого гидры гибнут, т. е. в природе гидра в лучшем случае живет с весны до осени (если считать стадию яйца, то с осени до осени, т. е. один год). Таким образом, половое размножение гидр можно также считать способом пережить неблагоприятный период года в форме яйца, имеющего защитную оболочку. Также половое размножение сопровождается комбинативной изменчивостью (т. к. при образовании половых клеток происходит мейоз). За счет комбинативной изменчивости изменяется комбинация генов, в результате у организмов возникают новые сочетания признаков. Т.о. в изменившихся условиях какие — то особи (с каким — то определенным сочетанием признаков) могут выжить.

Вопрос 7. Почему в гаметах набор хромосом уменьшен вдвое по сравнению с набором хромосом в соматических клетках?

После слияния гамет в дочерних клетках восстанавливается свойственный им кариотип. Поэтому, для поддержания кариотипа постоянным в ряду поколений, в гаметах набор хромосом уменьшен вдвое по сравнению с набором хромосом в соматических клетках.

Вопрос 8. Чем сперматозоиды отличаются от спермиев?

Сперматозоид подвижный, у него есть жгутик и он может сам передвигаться, а у спермия нет жгутика и он находится в пыльцевом зерне (у голосеменных и покрытосеменных растений, например) и переносится вместе с ним при опылении.

Вопрос 9. Что такое акросома и для чего она нужна?

Акросома — органоид сперматозоида, расположенный в передней части его головки. Обычно чашевидный или копьевидный. Имеется у подавляющего большинства животных. Представляет собой мембранный пузырек. Возникает аналогично лизосоме благодаря функционированию комплекса Гольджи в клетках — предшественниках сперматозоидов.

При оплодотворении в результате воздействия на сперматозоид сигнальных веществ оболочки яйцеклетки и содержимого яйцевода происходит акросомная реакция, в ходе которой акросома сливается с наружной мембраной. При этом из акросомы высвобождаются ферменты, растворяющие яйцевую оболочку. В частности, акросома содержит фермент гиалуронидазу.

Вопрос 10. Составьте сравнительную таблицу сперматогенеза и оогенеза.

Вопрос 11. Можно ли согласиться с утверждением о том, что зрелые сперматозоиды, готовые к оплодотворению, формируются лишь после завершения мейоза, в то время как ооциты созревают до его завершения?

Да, можно. В группах, для которых характерен жизненный цикл с гаметической редукцией (например, многоклеточные животные) мейоз сопряжён с гаметогенезом, однако и здесь нельзя говорить о полной идентичности этих процессов. Потому что, зрелый сперматозоид, готовый к оплодотворению, формируется лишь по завершении мейоза, в то время как ооцит созревает до его завершения.

Вопрос 12. Можно ли согласиться с утверждением о том, что слияние гамет в ходе полового процесса происходит ещё до завершения мейоза в ооците?

Да, можно. Так и происходит.