Гаметогенез и оплодотворение

Гаметогенез и оплодотворение

Гаметогенез - процесс образования половых клеток (гамет). Различают овогенез - формирование яйцеклеток и сперматогенез-сперматозоидов. Рассмотрим, как эти процессы происходят у млекопитающих.

Яйцеклетки и сперматозоиды, которые имеют гаплоидный набор хромосом, образуются из первичных диплоидных половых клеток в половых железах и проходят ряд последовательных стадий: размножения, роста, созревания и формирования.

На стадии размножения первичные половые клетки делятся в результате последовательных митотических делений, после чего их количество значительно возрастает. На стадии роста образованные клетки увеличиваются до определенных размеров и достигают стадии созревания, во время которой диплоидные первичные половые клетки (сперматоцитига овоциты) в результате мейоза превращаются в незрелые гаметы. Этот процесс имеет свои особенности при образовании сперматозоидов и яйцеклеток.

Во время сперматогенеза вследствие двух мейотического деления дипло-идного сперматоциты образуются четыре одинаковые гаплоидные клетки. При овогенеза после первого мейотического деления овоцита образуется две разные по размеру гаплоидные клетки: большая, в которой содержится запас питательных веществ, предназначенных для развития зародыша, и мелкий - направляющее тельце. После второго деления мейоза образуются четыре гаплоидные клетки - одна яйцеклетка, большая по размерам, содержащий запас питательных веществ, и три мелких направляющих тельца, которые не участвуют в процессе размножения и впоследствии исчезают.

На стадии формирования ядро ??и цитоплазма сперматозоидов уплотняются, и за потери большей части массы размеры созревшего сперматозоида уменьшаются; он приобретает созревшей формы. Яйцеклетки на этой стадии формируют часть внешних оболочек и также созревают.

Различия в формировании сперматозоидов и яйцеклеток объясняются тем, что сперматозоид вносит в яйцеклетку при оплодотворении лишь половину генетического материала (гаплоидный набор хромосом), и поэтому его масса не имеет значения для развития будущего зародыша. Яйцеклетка, кроме своей половины генетического материала, содержащего все органеллы и запас питательных веществ, необходимых для развития нового организма. Поэтому она должна сохранить максимальную массу, однако стать гаплоидное. Это и достигается двумя неравномерными делениями мейоза: направляющие тельца, которые имеют очень незначительную массу, предназначенные для удаления избыточного генетического материала.

Гаметогенез

Гаметогенез — процесс развития половых клеток, т. е. гамет. Гаметогенез протекает в половых железах — гонадах (мужские гонады — семенники, женские — яичники). В семенниках протекает сперматогенез, а в яичниках — оогенез (овогенезом). Гаметы образуются из половых клеток — гоноцитов.

Разделение полов имеет очевидные эволюционные преимущества, оно создает возможность специализации родителей по строению и поведению, способствует развитию различных форм заботы о потомстве.

Сперматогенез — процесс развития сперматозоидов, происходящий в семенниках в результате последовательных клеточных делений и состоящий из четырех стадий: размножения, роста, развития и формирования.

На стадии размножения гоноциты дают начало диплоидным клеткам сперматогониям, которые многократно делятся митозом.

На стадии роста сперматогонии растут, вступают в профазу первого деления мейоза и превращаются в диплоидные клетки — сперматоциты 1-порядка.

На стадии развития (созревания) сперматоциты 1-го порядка делятся мейозом. В результате первого деления мейоза из каждого сперматоцита 1 -го порядка образуются два гаплоидных сперматацита 2-го порядка, а в результате второго деления — четыре гаплоидных сперматиды.

На стадии формирования сперматиды не делятся. Из каждой формируется сперматозоид.

Оогенез (овогенез) — процесс развития яйцеклеток, происходящий в яичниках в результате последовательных клеточных делений и состоящий из трех стадий: размножения, роста и развития.

На стадии размножения гоноциты дают начало диплоидным оогониям, которые многократно делятся митозом. Большая часть образовавшихся клеток погибает.

На стадии роста оогонии растут, вступают в профазу первого мейоза и превращаются в диплоидные клетки — ооциты 1-го порядка. Они активно питаются, растут и накапливают питательные вещества (желточные зерна). Фолликулы — окруженные оболочками ооциты 1-го порядка, расположенные в яичнике.

На стадии развития (созревание) ооциты 1-го порядка делятся мейозом. В результате первого деления мейоза из каждого ооцита 1-го порядка образуется один ооцит 2-го порядка и первое полярное тельце (редукционное тельце), а второго — яйцеклетка (оотида) и второе полярное тельце (первое полярное тельце также делится, образуя еще два). В результате образуются четыре гаплоидные клетки: одна крупная яйцеклетка и три полярных тельца, которые чаще всего в дальнейшем растворяются.

Оплодотворения. В течение формирования половых клеток их хромосомный набор уменьшается вдвое, то есть, как правило, становится гаплоидным. Во время оплодотворения диплоидный набор хромосом, присущий определенному виду, восстанавливается. Оплодотворение - процесс слияния мужской и женской половых клеток с образованием оплодотворенной яйцеклетки (зиготы), которая дает начало новому организму.

У животных оплодотворение может быть внешним и внутренним. Внешнее оплодотворение, которое происходит за половой системой самки, характерное преимущественно для обитателей водоемов (многощетинковые черви, двустворчатые моллюски, речной рак, иглокожие, ланцетники, костные рыбы, земноводные), а также некоторых наземных животных (дождевые черви, некоторые паукообразные и т.д.).

Внутреннее оплодотворение, которое происходит в половых путях самки, присущее большинству наземных животных (плоские, круглые черви, брюхоногие моллюски, насекомые, многоножки, пресмыкающиеся, птицы, млекопитающие), а также некоторым обитателям водоемов (некоторые ракообразные, хрящевые рыбы и т.д.).

В процессе оплодотворения происходит активация яйцеклетки, проникновения сперматозоида в нее и слияния их ядер. В результате активации, вызванной контактом акросомы сперматозоида и оболочки яйцеклетки, яйцеклетка переходит из состояния покоя к развитию. При этом свойства оболочек меняются и сперматозоид попадает внутрь яйцеклетки, после чего оболочки яйцеклетки становятся непроницаемыми для других сперматозоидов.

Иногда в яйцеклетку одновременно попадает несколько сперматозоидов (некоторые насекомые, паукообразные, акулы, земноводные, пресмыкающиеся, птицы), но с ее ядром сливается ядро ??только одного из них, остальные дегенерируют. Часто ядра сперматозоида и яйцеклетки длительное время не сливаются и расположены в цитоплазме отдельно, соединяясь лишь перед дроблением. Подобное явление наблюдается у многих грибов, некоторых круглых червей.

Для процесса оплодотворения водорослей и высших споровых растений (мхов, папоротников, хвощей, плаунов) нужна влага, в которой передвигаются подвижные сперматозоиды. Половое размножение голосеменных и покрытосеменных растений не зависит от влажности среды обитания. В них оплодотворению предшествует опыление (перенос пильного зернышки из пыльника тычинки на рыльце пестика цветочных или непосредственно на семенной зачаток голосеменных). В последних опыление происходит только с помощью ветра. У покрытосеменных растений благодаря появлению цветка способы опыления разнообразнее (с помощью ветра, воды, животных-опылителей). Оно может быть перекрестным (если пыльцевое зерно попадает на рыльце пестика другого цветка) или же наблюдается самоопыление (если пыльцевое зерно попадает на рыльце пестика того же цветка).

Процесс оплодотворения у цветковых растений достаточно сложный. Впервые его исследовал профессор Киевского университета С. Г. Навашин в 1898 г. и назвал двойным оплодотворением (.

После того, как пыльцевое зерно попадает на рыльце пестика, оно набухает и начинает образовываться пыльцевая трубка В пыльцевой трубки переходит три гаплоидные клетки - большая вегетативная и две более мелкие - спермии. Вегетативная клетка создает питательную среду для спермиев и впоследствии дегенерирует. Пыльцевая трубка через особое отверстие в оболочках семенного зачатка (пилковхид) проникает в зародышевого мешка. Зародышевый мешок семиклитинний (мал.58). На его полюсах расположены шесть гаплоидных клеток: на одном - яйцеклетка и две синергиды, которые ее сопровождают, а на другом - три клетки-антиподы. В центре размещена клетка с двумя гаплоидными ядрами, которые впоследствии сливаются, образуя вторичное ди-плоидне ядро.

Один из спермиев, которые через пыльцевой трубки проникают в зародышевого мешка, сливается с яйцеклеткой. Вследствие этого образуется диплоидная зигота, из которой развивается зародыш. Второй спермий сливается с диплоидным ядром центральной клетки, из которой в дальнейшем будет развиваться питательная триплоидные ткань - эндосперм

Двойное оплодотворение у растений - это по сути два разных процесса, поскольку только из оплодотворенной яйцеклетки развивается зародыш. Слияния второго спермия с ядром центральной диплоидной клетки оплодотворением можно назвать лишь условно, поскольку с возникшей триплоидные клетки развивается не новый организм, а ткань, которая обеспечивает зародыш питательными веществами.

Биологическое значение процесса оплодотворения заключается в восста-нии хромосомного набора, присущего данному виду. В оплодотворенной яйцеклетке в каждой паре гомологичных хромосом одна из них-родительская, другая - материнская, и поэтому новый организм, который развивается, несет в себе признаки обоих родителей, что увеличивает наследственную изменчивость. Этому также способствует процесс мейоза, которым сопровождается созревание половых клеток, а именно - обмен участками между гомологичными хромосомами в профазе, и независимое расхождение гомологичных хромосом в анафазе первом мейотическом разделения.

Отдельно рассмотрим биологическое значение процесса двойного оплодотворения у цветковых растений. Образования триплоидные клетки, из которой развивается запасная питательная ткань - эндосперм, сопровождается увеличением содержания ДНК в ядре этой клетки, что, в свою очередь, вызывает интенсификацию процессов биосинтеза, в частности белков, то есть увеличение запасов питательных веществ для зародыша. Благодаря двойному оплодотворению у цветковых растений по сравнению с голосеменными быстрее накапливаются питательные вещества в семени, что ускоряет ее созревания после оплодотворения.

выводы

Половые клетки выполняют функцию передачи наследственной информации от родительских организмов потомкам. У позвоночных животных они образуются в половых органах в несколько стадий: размножения, роста, созревания и формирования и сопровождаются уменьшением числа хромосом вдвое.

Набор хромосом, свойственный данному виду (как правило, ди-плоидний), восстанавливается во время оплодотворения - слияния мужской и женской гамет с образованием оплодотворенной яйцеклетки (зиготы). Биологическое значение оплодотворения заключается в увеличении наследственного разнообразия, поскольку потомки соединяют в себе признаки как материнского, так и родительской организмов.

 


Загрузка...
Яндекс.Метрика Google+