Половое размножение. Развитие половых клеток

Вопрос 1. Чем половое размножение отличается от бесполого?

Вопрос 2. Определите критерии для сравнения мейоза и митоза. Составьте и заполните таблицу «Два основных способа деления клеток».

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).

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

Благодаря мейозу образуются генетически различные клетки, т.к. в процессе мейоза трижды происходит перекомбинация генетического материала: за счет кроссинговера (профаза 1), за счет случайного, независимого расхождения гомологичных хромосом (анафаза 1) и за счет случайного расхождения хроматид (анафаза 2).

Вопрос 4. Изобразите схематично яйцеклетку и сперматозоид. В чём их сходство и отличия?

Яйцеклетка и сперматозоид – две клетки, без слияния которых невозможен процесс размножения животных, высших растений и ряда более примитивных живых существ. Такие разные, обе клетки призваны совместить генетическую информацию родительских организмов, чтобы увеличить выживаемость и распространение на планете всего вида. Сливаясь, клетки становятся причиной образования зиготы, из которой затем развивается живой организм.

Яйцеклетка – это репродуктивная клетка женской особи, которая в большинстве случаев имеет гаплоидный, то есть одинарный набор хромосом. У отдельных организмов, например у пшеницы, в яйцеклетке присутствует полиплоидный или диплоидный набор хромосом.

Яйцеклетка образуется из гоноцита в результате оогенеза из половой гонады или яичника. Клетка окружена специфической цитоплазматической мембраной, которая является своеобразной «посадочной базой» для сперматозоида. Она должна пропустить первого, самого сильного носителя наследственной информации, и оперативно перекрыть доступ в клетку остальным. Внешний вид яйцеклетки подобен солнцу, окруженному короной.

Кроме узкоспециальной оболочки и гаплоидного ядра, некоторые яйцеклетки содержат определенное количество желтка – питательного вещества или дейтоплазмы. Его количество и распределение по яйцеклетке зависит от вида и уровня организации живого организма. Наибольший процент клетки желток занимает у птиц, большинства рыб, пресмыкающихся и членистоногих. Меньше желтка содержится в клетках амфибий и осетровых рыб, еще меньше – у моллюсков и иглокожих и полностью эта питательная масса отсутствует у представителей класса млекопитающих.

Синонимом к слову яйцеклетка у некоторых видов организмов могут стать термины «икра» или «яйцо». При партеногенезе или бесполом размножении яйцеклетка без стандартного процесса оплодотворения способна дать жизнь новому организму.

Сперматозоид – это клетка, произведенная мужской особью. Иначе ее можно именовать гаметой. В большинстве случаев она содержит гаплоидный, то есть одинарный набор хромосом. Открытие принадлежит Антони Левенгуку, автору микроскопа.

Размеры сперматозоида весьма малы. Единичную клетку можно увидеть лишь в окуляр светового или электронного микроскопа. Это связано с отсутствием в ней больших объемов цитоплазмы и значительным количеством наследственного материала, который единовременно продуцирует андрогенный организм. У низших организмов вместо сперматозоида используется термин «спермий».

Типичный сперматозоид имеет головку, в которой расположено ядро – носитель наследственной информации, акросома и центриоль. Акросома призвана разрушить целостность мембраны яйцеклетки, а центриоль отвечает за формирования жгутика. За головкой следует шейка, средняя часть и жгутик. С его помощью сперматозоид может двигаться. У рыбки тетрадон и сумчатых найдено два жгутика, у тритонов – своеобразный плавник, а у круглых червей – ложноножки, как у амебы.

Отличие яйцеклетки от сперматозоида заключается в следующем:

Обе клетки имеют кардинально разное строение, вызванное их функциональным предназначением.

Размеры клеток резко отличается. Сперматозоиды – маленькие, самые миниатюрные клетки живого организма. Яйцеклетка может быть видна невооруженным глазом.

Вопрос 5. Какие эволюционные преимущества даёт живым организмам половое размножение?

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.

Вопрос 6. Объясните, почему фраза «половые клетки делятся мейозом» неверна.

Мейоз — это особый тип дифференцировки, специализации клеток, который приводит к образованию половых клеток. Половые клетки - результат мейоза.

Гаметогенез или предзародышевое развитие — процесс созревания половых клеток, или гамет. Гаметогенез не следует путать с мейозом.

Сущность этих процессов совершенно различна: формирование специализированных половых клеток и специфический вариант деления клеток с уменьшением числа хромосом.

При образовании гамет, т.е. половых клеток – сперматозоидов и яйцеклеток – происходит деление клетки, называемое мейозом. Исходная клетка имеет диплоидный набор хромосом, которые затем удваиваются. Но, если при митозе в каждой хромосоме хроматиды просто расходятся, то при мейозе хромосома (состоящая из двух хроматид) тесно переплетается своими частями с другой, гомологичной ей хромосомой (также состоящей из двух хроматид), и происходит кроссинговер - обмен гомологичными участками хромосом. Затем уже новые хромосомы с перемешанными «мамиными» и «папиными» генами расходятся и образуются клетки с диплоидным набором хромосом, но состав этих хромосом уже отличается от исходного, в них произошла рекомбинация. Завершается первое деление мейоза, и второе деление мейоза происходит без синтеза ДНК, поэтому при этом делении количество ДНК уменьшается вдвое. Из исходных клеток с диплоидным набором хромосом возникают гаметы с гаплоидным набором. Из одной диплоидной клетки образуются четыре гаплоидных клетки.