Какие из половых клеток очень подвижны. Строение половых клеток, стадии развития яйцеклеток и сперматозоидов, оплодотворение
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?
- § 1. Содержание химических элементов в организме. Макро- и микроэлементы
- § 2. Химические соединения в живых организмах. Неорганические вещества
- § 10. История открытия клетки. Создание клеточной теории
- § 15. Эндоплазматическая сеть. Комплекс Гольджи. Лизосомы
Глава 1. Химические компоненты живых организмов
Глава 2. Клетка - структурная и функциональная единица живых организмов
Глава 3. Обмен веществ и преобразование энергии в организме
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.
Полезная информация
Половые клетки представляют собой специализированные клетки, благодаря которым происходит процесс полового размножения. Женские и мужские половые клетки отличаются от соматических (всех остальных клеток тела) : они содержат половинный набор хромосом. В процессе оплодотворения происходит восстановление числа хромосом. Особенности формирования, строения половых клеток обеспечивают их функциональную специфичность.
Женские и мужские половые клетки: строение
Гаметы (половые клетки) характеризуются гаплоидным (одинарным) набором хромосом. То есть в половых клетках человека содержится 23 хромосомы: 22 аутосомные и 1 половая. Типы половых клеток (мужская или женская) отличаются именно по половой хромосоме: женская половая клетка (гамета) содержит Х-хромосому, мужская –Х или Y-хромосому. В процессе оплодотворения именно от сочетания половых хромосом зависит пол будущего ребенка: ХХ – женский, ХY – мужской.
Строение половых клеток отличается невероятной структурной организованностью и целесообразностью. Мужские половые клетки (сперматозоиды), которые в женском половом тракте должны быть высокомобильными, являются маленькими клетками, которые лишены цитоплазмы и состоят из головки, содержащей ядро с генетическим материалом, и хвоста – органа передвижения. Из клеточных элементов они содержат только митохондрии, обеспечивающие энергию для передвижения, акросомальную вакуоль, содержащую протеолитические ферменты для растворения оболочек яйцеклетки, и проксимальную центриоль. Общая длина сперматозоида составляет примерно 60 мкм, причем 55 из них приходится на долю хвоста.
Акросомальная вакуоль мужской половой клетки содержит следующие ферменты:
Сперматозоиды при выходе из яичка еще морфологически незрелые, способность к оплодотворению и подвижность они приобретают в семявыносящих путях. Кроме того, мужские половые клетки содержат ряд специфических антигенов, инактивация которых также происходит в семявыносящих путях.
Женская половая клетка (яйцеклетка) представляет собой крупную неподвижную клетку. В ней содержится большой запас трофических веществ, которые необходимы для раннего развития зародыша. Кроме того, для формирования бластомеров (первых генераций клеток зародыша) в яйцеклетке содержится достаточное количество цитоплазматических структур. Яйцеклетка человека является олиголециальной, то есть она не содержит большого количества желтка.
Особенностью половых клеток высших плацентарных, в том числе и человека, является то, что зрелая половая клетка не существует изолированно, она всегда находится в тесном контакте с окружающими ее соматическими клетками, создающими оболочку. Комплекс женской половой клетки с соматическими оболочками называется овариальный фолликул, или овосоматический гистион.
Образование половых клеток. Оплодотворение
Процесс развития половых клеток очень сложный и многоэтапный. Первичные гаметы (половые клетки) в эмбриональном периоде закладываются далеко от половых желез, а затем в ходе развития с током перемещающихся жидкостей переносятся к области гонад. Уже в половых железах происходит дальнейшее их формирование. В ходе дальнейшего эмбрионального развития окружающие клетки и ткани не оказывают влияние на процесс непосредственного формирования гамет, и никакие приобретенные признаки человека не передаются по наследству.
Образование женских половых клеток (овогенез)
Образование и созревание половых клеток женщины происходит в фолликулах, расположенных в ткани яичников. Примордиальные фолликулы перемещаются в ткань яичника на этапе эмбриогенеза. Отличительной особенностью является то, что женские половые клетки образуются в ткани яичника в большом количестве, к моменту рождения количество их составляет около двух миллионов. Большее количество клеток рассасывается, при этом к периоду полового созревания насчитывается примерно 300 тысяч ооцитов. Образуются женские половые клетки только в эмбриональном периоде, а до полового созревания происходит только их окончательное структурное формирование. Именно поэтому абсолютно все негативные факторы, с которыми женщина сталкивается в течение жизни, отражаются на состоянии ее гамет. Влияние алкоголя на половые клетки в любой период жизни оказывает крайне негативное действие, и его последствия сохраняются навсегда. Новые половые клетки у женщин не образуются в течение жизни, происходит только их дозревание.
В репродуктивном возрасте каждый менструальный цикл созревают несколько фолликулов. К времени овуляции (период, когда зрелая половая клетка выходит из фолликула) имеется окончательно сформированный доминантный фолликул. Происходит его увеличение в размерах, и к моменту овуляции полость с фолликулом в яичнике, заполненная жидкостью (графов пузырек), достигает 2 см в диаметре.
При созревании фолликула окружающие его клетки продуцируют гормоны – эстрогены. Перед самой овуляцией их концентрация значительно возрастает, в результате чего происходит выброс лютеинизирующего гормона. При этом происходит разрыв фолликула, и готовая к оплодотворению яйцеклетка выходит в брюшную полость, откуда затем попадает в маточные трубы.
Развитие мужских половых клеток (сперматогегез)
Мужская репродуктивная клетка формируется абсолютно другим путем. К моменту рождения в гонадах находятся зачаточные, несформированные мужские половые клетки. Процесс их окончательного формирования начинается с периода полового созревания. Отличительной особенностью формирования мужских половых клеток является то, что каждая клетка формируется примерно 75 дней, а не с момента рождения, как женские клетки.
Процесс формирования сперматозоидов происходит в извитых семенных канальцах. Сперматогонии (предшественники зрелых половых клеток мужчины) располагаются на базальной мембране, где проходят стадии митотического деления. В результате митоза образуются клетки двух типов. Сперматогонии А сохраняют способность дальше делиться путем митоза и дают начало таким же клеткам, а сперматогонии В эвакуируются с мембраны и способны делиться только путем мейоза. Именно после первого мейоза формируются клетки с одинарным набором хромосом, которые за 75 дней окончательно созревают и готовы к оплодотворению яйцеклетки.
Половые клетки: оплодотворение
Слияние двух половых клеток называется оплодотворением. Процесс оплодотворения завершается образованием зиготы. Половые клетки женщины и мужчины имеют гаплоидный (одинарный) набор хромосом, и при их слиянии восстанавливается диплоидный (двойной) набор хромосом, свойственный организму человека. При этом соединяется уникальная генетическая информация материнского и отцовского организма. Сформированная зигота обладает свойством типотолерантности – она способна дать начало разнообразным клеткам и тканям будущего организма.
Процесс оплодотворения яйцеклетки происходит в маточной трубе. Сперматозоид при помощи акросомальных ферментов разрушает оболочки яйцеклетки (лучистый венец, блестящую оболочку), происходит процесс слияния его плазматической мембраны с мембраной яйцеклетки. После этого в цитоплазму яйцеклетки проникает головка спермия. Когда генетический материал сперматозоида проник в яйцеклетку, заканчивается процесс оплодотворения, в результате которого формируется уникальная новая одноклеточная система, дающая начало новому организму.
Когда сперматозоид проникает в яйцеклетку, вышедшие из нее ферменты так модифицируют мембрану, что другие спермии уже не могут ее разрушить и проникнуть внутрь яйцеклетки. Данный процесс занимает всего несколько минут. В процессе оплодотворения принимает участие только один сперматозоид. В крайне редких случаях, когда в яйцеклетку проникают два спермия, формируется триплоидный эмбрион, однако он является нежизнеспособным и в течение нескольких дней погибает.
После оплодотворения стадия зиготы длится около 30 часов. Далее начинается дробление. Это процесс митотического деления зиготы, в результате которого увеличивается число ее клеток, но общий размер при этом остается прежним. На данном этапе клетки называются бластомерами. Через 3 дня, когда все сформированные клетки одинаковы по детерминации и по размеру, начинается этап их дифференцировки. На 5 день развития эмбрион представляет собой бластоцисту, которая состоит примерно из 200 клеток. Бластоциста – это полый шар клеток (клетки трофобласта), внутри которого находится клетки эмбриобласта. Если в бластоцисте располагаются два эмбриобласта, из такого эмбриона формируется однояйцевая двойня.
В течение всего этого периода зародыш мигрирует по маточной трубе в полость матки. Это процесс происходит под действием движений ворсинок на поверхности маточных труб. Когда эмбрион достигает полости матки, происходит его имплантация. При этом бластоциста теряет блестящую оболочку (данный процесс называется хэтчинг) и при помощи специальных отростков погружается в эндометрий. Данный процесс регулируется тесными химическими и физическими связями эндометрия и бластоцисты. Клетки трофобласта продуцируют хорионический гонадотропин, который стимулирует продукцию прогестерона клетками желтого тела, в результате чего не наступает менструация.
Именно такой сложно организованный процесс развития половых клеток обеспечивает необыкновенное явление, при котором из двух маленьких клеток с набором уникальной генетической информации формируется новый неповторимый организм – новый человек.
Российский центр доноров ооцитов предлагает широкий выбор доноров женщинам, нуждающимся в лечении бесплодия с применением донорских яйцеклеток. Обращайтесь к вам - и мы обязательно вам поможем!
1. Как называются органы, в которых осуществляется образование женских и мужских гамет у споровых растений? У животных?
Яичники, антеридии, спорангии, семенники, архегонии.
У споровых растений женские гаметы образуются в архегониях, а мужские – в антеридиях.
У животных женские гаметы формируются в яичниках, а мужские – в семенниках.
2. Как строение сперматозоида и яйцеклетки связано с функциями, выполняемыми этими клетками?
Сперматозоиды и яйцеклетки – половые клетки, посредством которых осуществляется передача наследственной информации от одного поколения другому. Выполнение этой функции обусловлено наличием ядра с гаплоидным набором хромосом как в мужских, так и в женских гаметах. При слиянии сперматозоида и яйцеклетки образуется диплоидная зигота, из которой развивается организм, унаследовавший уникальную комбинацию генов и признаков обоих родителей.
Сперматозоиды – подвижные половые клетки. В связи с этим они имеют обтекаемую форму и длинный жгутик (хвост), служащий для активного передвижения. Сперматозоид содержит небольшое количество цитоплазмы с минимальным набором органоидов. На переднем конце головки расположена акросома, обеспечивающая растворение оболочек яйцеклетки при оплодотворении. В шейке располагаются две центриоли, одна из которых служит центром организации микротрубочек, образующих подвижную осевую нить жгутика. Митохондрии, расположенные в средней части сперматозоида, генерируют энергию, необходимую для движения жгутика.
Яйцеклетки чаще всего неподвижны. Они содержат запас питательных веществ, необходимых для развития зародыша. Поэтому яйцеклетки, как правило, намного крупнее сперматозоидов и покрыты несколькими защитными оболочками.
3. Сперматозоиды практически не содержат цитоплазмы и питательных веществ, однако им необходимо большое количество энергии для движения. Как вы думаете, откуда берётся эта энергия?
Энергию для движения жгутика сперматозоида (в виде АТФ) непосредственно поставляют митохондрии, локализованные в средней части сперматозоида. Однако исходным источником энергии, за счёт которого происходит синтез АТФ в митохондриях, служат питательные вещества (прежде всего – фруктоза), содержащиеся в семенной жидкости. Эти вещества выделяются семенными пузырьками, предстательной железой и некоторыми другими органами мужской половой системы.
4. Какое максимальное количество яйцеклеток и вторичных полярных телец может сформироваться у кошки из четырёх ооцитов первого порядка?
У млекопитающих в результате мейотического деления ооцита первого порядка образуется одна яйцеклетка и три вторичных полярных тельца. Следовательно, из четырёх ооцитов первого порядка может сформироваться четыре яйцеклетки и двенадцать вторичных полярных телец.
5. Какие процессы, происходящие в ходе оогенеза, обеспечивают накопление в яйцеклетках большого количества питательных веществ?
В период роста происходит значительное увеличение объёма первичных половых клеток (оогониев) за счёт поступления в них питательных веществ из окружающих фолликулярных клеток и крови. Так образуются ооциты первого порядка.
В результате последующего мейоза (период созревания) образуются разные по величине дочерние клетки: одна крупная яйцеклетка и три небольших полярных тельца, которые впоследствии погибают и разрушаются. Биологический смысл такого неравномерного деления заключается в сохранении в яйцеклетке максимального количества питательных веществ, необходимых для развития будущего зародыша.
6. Каков биологический смысл образования при оогенезе полярных телец?
Формирование полярных телец, содержащих незначительное количество цитоплазмы, необходимо для осуществления мейоза при сохранении максимального запаса питательных веществ в яйцеклетке. Проще говоря, полярные тельца образуются с целью отделения (удаления) "избыточной" генетической информации.
7. Сравните процессы сперматогенеза и оогенеза, укажите черты сходства и различия.
Сходство:
● Представляют собой процессы гаметогенеза – образования и развития половых клеток (гамет), подразделяются на несколько периодов, протекающих сходным образом.
● Первый этап – период размножения. Диплоидные предшественники гамет многократно делятся митозом, в результате чего их количество значительно возрастает.
● Второй этап – период роста. Сперматогонии (оогонии) увеличиваются в размерах и становятся сперматоцитами (ооцитами) первого порядка.
● Третий этап – период созревания. Происходит мейоз, в результате которого из каждого сперматоцита (ооцита) первого порядка, содержащего набор 2n4c, образуются четыре гаплоидных дочерних клетки (набор 1n1c).
Различия:
● В результате сперматогенеза образуются подвижные мужские половые клетки – сперматозоиды, в результате оогенеза – неподвижные женские гаметы – яйцеклетки. Обычно сперматозоидов в мужском организме формируется во много раз больше, чем яйцеклеток в женском.
● В сперматогенезе за периодом созревания следует период формирования сперматозоидов, в оогенезе период формирования отсутствует. Таким образом, сперматогенез включает четыре периода, а оогенез – три.
● Сперматогенез у самцов млекопитающих начинается с периода полового созревания. Оогенез у самок млекопитающих начинается ещё до рождения.
● В период роста сперматогонии увеличиваются в размерах незначительно, а размер оогониев увеличивается существенно.
● В ходе сперматогенеза мейоз приводит к образованию из одного сперматоцита первого порядка четырёх одинаковых дочерних клеток – сперматид. В ходе оогенеза происходит неравномерное мейотическое деление ооцита первого порядка, в результате чего формируется одна крупная клетка с запасом питательных веществ (яйцеклетка) и три мелких полярных тельца.
И (или) другие существенные признаки.
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 жёлтых тел и 112 рубцов, оставшихся от них. В каком возрасте у этой женщины произошла первая овуляция? В каком возрасте у неё, вероятнее всего, прекратится образование яйцеклеток?
● Из 42 тысяч фолликулов только 299 имеют диаметр свыше 100 мкм, т.е. содержат ооциты первого порядка. Остальные фолликулы содержат оогонии (не прошедшие период роста) и впоследствии подвергнутся дегенерации.
● При стабильном 28-дневном репродуктивном цикле в год происходит 365: 28 = 13,035 ≈ 13 овуляций. Общее количество жёлтых тел и рубцов, оставшихся от них, равно 5 + 112 = 117. Следовательно, первая овуляция, скорее всего, произошла 117: 13 = 9 лет тому назад. Сейчас женщине 22 года, значит, овуляции у неё начались в 22 – 9 = 13 лет.
● Запаса ооцитов первого порядка может хватить на 299: 13 = 23 года. Таким образом, образование яйцеклеток, вероятнее всего, прекратится в 22 + 23 = 45 лет.
Ответ: первая овуляция произошла в 13 лет; образование яйцеклеток, вероятнее всего, прекратится в 45 лет.
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.
