6.2.2. Осеменение и оплодотворение

ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ ПОВТОРЕНИЯ

Вопрос 1. Какие периоды выделяют в развитии половых клеток?

В процессе гаметогенеза (образования половых клеток) выделают четыре этапа.

1. Период размножения характеризуется митотическим делением первичных половых клеток; при этом увеличивается их количество.

2. Период роста заключается в увеличении размеров клетки. В конце периода в интерфазе I происходит редупликация ДНК. Формула клетки становится 2n4с.

3. Период созревания (мейоз). Во время мейоза клетки делятся дважды.

4. Период формирования заключается в приобретении клеткой соответствующей формы и размеров, необходимых для выполнения специфических функций.

Вопрос 2. Опишите развитие мужских половых клеток; женских половых клеток.

В процессе образования мужских и женских половых клеток имеются некоторые отличия.

1. Период размножения. При сперматогенезе период размножения происходит в течение всего репродуктивного периода (у человека с 12-14 до б0-70 лет). При овогенезе период размножения первичных половых клеток завершается к моменту рождения женского организма. Их количество достигает 100 тыс., большая часть погибает. Остается около 8001000 клеток, которые после наступления половой зрелости поочередно приступают к дальнейшему развитию.

2. Период роста. При сперматогенезе рост непродолжительный, увеличение размеров клетки незначительное. Заканчивает рост клетка (2n4с) - сперматоцит 1 -го порядка.

При овогенезе рост продолжительный, происходит увеличение размеров клетки в десятки и сотни тысяч раз. В цитоплазме накапливается большое количество компонентов желтка, РНК и белков, необходимых для обеспечения процессов биосинтеза на ранних этапах развития зародыша, когда его собственная наследственная информация не используется. Кроме этого, образуются РНК, белки, гликопротеиды, являющиеся регуляторами активности генов. Они упорядоченно распределяются по цитоплазме, создавая анимально-вегетативный градиент. В результате образуется клетка (2п4с) - овоцит 1-го порядка.

3. Период созревания, или мейоз. При сперматогенезе в ходе 1 мейотического деления из сперматоцита 1-го порядка образуются две одинаковые клетки – сперматоциты 2-го порядка с формулой клетки 1n2c, а в результате 2 мейотического деления из каждого сперматоциты 2-го порядка образуются две одинаковые клетки (1n1c) – сперматиды.

При овогенезе в результате I мейотического деления из овоцита 1-го порядка образуется овоцит 2-го порядка и маленькая, почти лишенная цитоплазмы клетка - первое редукционное (направляющее) тельце. Формула клетки 1п2с. В результате II мейотического деления из овоцита 2-го порядка образуется крупная яйцеклетка и второе редукционное тельце. Первое редукционное тельце может разделиться надвое. Формула каждой клетки 1п1с. Вскоре редукционные тельца погибают. Биологический смысл образования редукционных телец заключается в необходимости сохранения всех запасов цитоплазмы, необходимых для обеспечения дальнейшего развития зародыша из яйцеклетки.

4. Период формирования. При сперматогенезе каждая сперматида дает начало одному сперматозоиду. Формула клетки 1n1с.

При овогенезе период формирования отсутствует.

Вопрос 3. Расскажите, как протекает период созревания (мейоз) в процессе сперматогенеза; овогенеза.

Мейоз в сперматогенезе протекает в несколько стадий (фаз). Между делениями имеются две интерфазы. Таким образом, мейотическое деление можно представить в виде серии следующих одно за другим событий, а именно: интерфаза I первое мейотическое деление (ранняя профаза I, поздняя профаза I, метафаза I, анафаза I, телофаза I) интерфаза II (интерокинез) второе мейотическое деление (профаза II, метафаза II, анафаза II, телофаза II). Процесс мейоза очень динамичен, поэтому микроскопические различия между разными стадиями отражают скорее не характер самих стадий, а скорее свойства хромосом на разных стадиях Интерфаза I характеризуется тем, что в ней происходит репликация хромосом (удвоение ДНК), которая к началу ранней профазы I почти полностью завершается.

Вопрос 4. Укажите отличия мейоза от митоза.

1. После митоза получается две клетки, а после мейоза – четыре.

2. После митоза получаются соматические клетки (клетки тела), а после мейоза – половые клетки (гаметы – сперматозоиды и яйцеклетки; у растений после мейоза получаются споры).

3. После митоза получаются одинаковые клетки (копии), а после мейоза – разные (происходит рекомбинация наследственной информации).

4. После митоза количество хромосом в дочерних клетках остается таким же, как было в материнской, а после мейоза уменьшается в 2 раза (происходит редукция числа хромосом; если бы её не было, то после каждого оплодотворения число хромосом возрастало бы в два раза; чередование редукции и оплодотворения обеспечивает постоянство числа хромосом).

ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ ОБСУЖДЕНИЯ

Вопрос 1. Чем половое размножение отличается от бесполого?

Сравнение полового и бесполого размножения

Вопрос 2. В чём заключается биологический смысл мейоза?

Биологический смысл мейоза заключается в том, что из одной материнской клетки с диплоидным набором хромосом образуется четыре гаплоидные клетки, таким образом количество хромосом уменьшается в два раза, а количество ДНК в четыре раза. В результате такого деления образуются половые клетки (гаметы) у животных и споры у растений.

Вопрос 3. Почему зрелые половые клетки одного организма несут разные комбинации генов?

При образовании половых клеток клетка проходит процесс, называемый мейозом, при котором происходит обмен некоторыми участками схожих генов в двух схожих хромосомах .Кроме того, при мейозе происходит уменьшение хромосом в 2 раза, что тоже немало важно при образовании половых клеток.

Вопрос 4. В чём состоят эволюционные преимущества полового размножения перед бесполым?

Огромное большинство животных, особенно форм, возникших сравнительно недавно, размножается половым путем, т. е. путем слияния мужских и женских гамет. Теоретики расходятся во мнениях относительно причин такого преобладания полового процесса. Поскольку половое размножение требует известных затрат, оно, очевидно, должно давать какие-то существенные преимущества. Для объяснения выдвигались следующие главные причины:

1) эволюционное преимущество для популяций, способных изменяться быстрее других благодаря половому размножению;

2) эволюционное преимущество, связанное с тем, что такой способ размножения облегчает видообразование (возникновение новых видов);

3) то, что отдельные родительские особи могут создавать разнообразие в своем ближайшем потомстве, облегчая ему адаптацию к непредсказуемым изменениям среды.

ПРОБЛЕМНЫЕ ОБЛАСТИ

Вопрос 1. Какие формы осеменения и оплодотворения вы знаете? В чём заключается биологический смысл бесполого размножения?

Можно выделить внутреннее и внешнее оплодотворение.

Бесполое размножение является древнейшим и самым простым способом размножения и широко распространено у одноклеточных организмов (бактерии, сине-зелёные бактерии, хлореллы, амёбы, инфузории). Этот способ имеет свои преимущества: в нём отсутствует необходимость поиска партнёра, а полезные наследственные изменения сохраняются практически навсегда. Однако при таком способе размножения изменчивость, необходимая для естественного отбора, достигается только за счёт случайных мутаций и потому осуществляется очень медленно.

Вопрос 2. Что, по вашему мнению, обусловливает партеногенетическое развитие организмов?

Партеногенез – это девственное размножение, одна из форм полового размножения организмов, при которой женские половые клетки (яйцеклетки, яйца) развиваются без оплодотворения. Таким образом, партеногенез — половое, но однополое размножение, возникающее в процессе эволюции раздельнополых и гермафродитных форм. Значение партеногенеза заключается в возможности размножения при редких контактах разнополых особей (например, на экологической периферии ареала), а также в возможности резкого увеличения численности потомства (что важно для видов и популяций с большой циклической смертностью). Возникновению партеногенеза способствует отдалённая гибридизация исходных форм, сопровождающаяся повышением жизнеспособности партеногенетических форм.

ПРИКЛАДНЫЕ АСПЕКТЫ

Вопрос 1. Какое значение для сельскохозяйственного производства имеет способность растений к вегетативному размножению?

Вегетативное размножение культурных растений применяется уже многие столетия. В современной практике используются эффективные методы культуры тканей (микроразмножение). Клональное микроразмножение основано на получении посадочного материала из клеток верхушечной меристемы (верхушек побегов). Этот метод позволяет из одного растения в течение года получать к нужному сроку несколько тысяч растений, обладающих признаками материнского и свободных от вирусной и другой инфекции. Таким образом получают посадочный материал овощных, плодовых и декоративных растений.

ЗАДАНИЯ

Вопрос 1. Воспроизведите в тетради схемы мейоза и гаметогенеза в целом.

Вопрос 2. Проведите сравнительный анализ процессов, происходящих в митозе и делениях мейоза.

Можно выделить ряд отличий мейоза от митоза.

1. В митозе одно деление, а в мейозе – два (из-за этого получается 4 клетки).

2. В профазе первого деления мейоза происходит конъюгация (тесное сближение гомологичных хромосом) и кроссинговер (обмен участками гомологичных хромосом), это приводит к перекомбинации (рекомбинации) наследственной информации.

3. В анафазе первого деления мейоза происходит независимое расхождение гомологичных хромосом (к полюсам клетки расходятся двуххроматидные хромосомы). Это приводит к рекомбинации и редукции.

4. В интерфазе между двумя делениями мейоза удвоения хромосом не происходит, поскольку они и так двойные.

5. После митоза получается две клетки, а после мейоза – четыре.

6. После митоза получаются соматические клетки (клетки тела), а после мейоза – половые клетки (гаметы – сперматозоиды и яйцеклетки; у растений после мейоза получаются споры).

7. После митоза получаются одинаковые клетки (копии), а после мейоза – разные (происходит рекомбинация наследственной информации).

8. После митоза количество хромосом в дочерних клетках остается таким же, как было в материнской, а после мейоза уменьшается в 2 раза (происходит редукция числа хромосом; если бы её не было, то после каждого оплодотворения число хромосом возрастало бы в два раза; чередование редукции и оплодотворения обеспечивает постоянство числа хромосом).