Где созревают мужские половые клетки. Развитие и строение половых клеток. Предел Хейфлика и теломеры

Размножение – важнейшее свойство всего живого. Вид, размножающийся только бесполым путем, может процветать достаточно длительное время, если он обитает в относительно постоянных условиях. При возникновении в среде его обитания изменений, которые вызывают гибель отдельных особей, весьма вероятно, что погибнут все особи, потому что они очень сходны генетически.

При половом материнским и отцовским организмами вырабатываются специализированные половые клетки – . Женские неподвижные гаметы называются яйцеклетками, мужские неподвижные – спермиями, а подвижные – сперматозоидами. Эти половые клетки сливаются с образованием зиготы, т.е. происходит оплодотворение. Половые клетки, как правило, имеют половинный набор хромосом (), так что при их слиянии восстанавливается двойной (диплоидный) набор, из зиготы развивается новая особь. При половом размножении потомство образуется при слиянии гаплоидных ядер. Гаплоидные ядра образуются в результате мейотического деления.

Мейоз ведет к уменьшению генетического материала вдвое, благодаря чему количество генетического материала у особей данного вида в ряду поколений остается постоянным. Во время мейоза происходит несколько важных процессов: случайное расхождение хромосом (независимое расчленение), обмен материалом между гомологичными хромосомами (кроссинговер). В результате этих процессов возникают новые комбинации генов. Поскольку ядро зиготы после оплодотворения содержит генетический материал двух родительских особей, это повышает генетическое разнообразие внутри вида. Если суть и биологическое значение полового процесса едины для всех организмов, то его формы очень разнообразны и зависят от уровня развития, среды обитания, образа жизни и некоторых других особенностей.

Половое размножение есть у всех групп растений. Мхи растут дернинами. Мужские и женские растения оказываются рядом. Дождевая вода помогает сперматозоидам попасть на верхушки женских растений, где они сливаются с яйцеклетками, образуется зигота, из которой развивается сидящая на длинной ножке коробочка со спорами. У половые клетки развиваются на заростке, образовавшемся в результате прорастания споры. На нижней стороне заростка женские органы – архегонии, мужские – антеридии. Во влажной среде половые клетки сливаются, зигота дает начало зародышу, из которого вырастает молодой . У цветковых растений самое сложное половое размножение – двойное оплодотворение. Пыльца (мужские половые клетки) попадает на рыльце пестика (женский половой орган) и прорастает. По пыльцевой трубке спермии движутся к . Спермии проникают в зародышевый мешок. Один сливается с яйцеклеткой и дает начало зародышу, второй спермий сливается с центральной клеткой и дает начало эндосперму – запасу питательных веществ.

Половое размножение имеет очень большие преимущества по сравнению с бесполым. Сущность полового размножения заключается в объединении в наследственном материале потомка генетической информации из двух разных источников – родителей. Оплодотворение у животных может быть наружным или внутренним. При слиянии образуется зигота с двойным набором хромосом.

В ядре зиготы все хромосомы становятся парными: в каждой паре одна из хромосом отцовская, другая – материнская. Дочерний организм, который разовьется из такой зиготы, в одинаковой мере снабжен наследственной информацией обоих родителей.

Биологический смысл полового размножения состоит в том, что возникающие организмы могут сочетать полезные признаки отца и матери. Такие организмы более жизнеспособны. Половое размножение играет важную роль в эволюции организмов.

Одна молодая, но принципиальная учительница биологии однажды поставила двойку ученику, который спутал гаметы с гонадами. На первый взгляд, всё совершенно справедливо: гаметы — это половые клетки, а гонады – это половые органы. Но ведь ученик смотрел прямо в корень: функция гонад, или половых органов — это создание половых клеток с целью оплодотворения и продолжения рода. Так что, наверное, можно было бы двойку и не ставить.

Действительно, а можно ли вообще обойтись без гамет, и размножаться без половых клеток? О размножении наедине, или зачем нужны гаметы, рассмотрим ниже.

В природе возможно размножение наедине, иногда так и происходит, но только у некоторых видов и при некоторых обстоятельствах. Это явление называется партеногенезом. С помощью партеногенеза могут размножаться тли, некоторые ящерицы. Гораздо более известно почкование у гидры, при котором одно многоклеточное животное превращается в два разных существа.

Важно отметить, что гидра — это примитивное существо, поэтому этот вид размножения для нее можно признать естественным. И то, при возможности гидра старается использовать половое размножение. Что касается ящериц, то в условиях партеногенеза способна к размножению только женская особь.

Из неоплодотворенной яйцеклетки, которая начинает дробиться (от «безысходности»), получается дочь, генетически идентичная своей матери. Поэтому без натяжек партеногенез можно назвать клонированием.

Конечно, так размножаться могут только женские особи, потому что они могут вынашивать потомство. Мужские особи с удовольствием бы проделывали то же самое, но самцы к вынашиванию, и тем более, к рождению потомства не способны.

Также существует копирование генома родительской особи и у растений. Всем известно размножение смородины отводками, а садовой земляники — усами. Но со временем генетический материал истощается, урожай становится меньше, а ящерицы, долгое время не сумевшие найти себе хоть какого–нибудь кавалера, проигрывают битву под солнцем.

Поэтому гаметы (яйцеклетки и сперматозоиды) нужны для того, чтобы обеспечить будущему потомству здоровый и полноценный генетический материал, взятый поровну от отца и от матери. Именно половое размножение позволило возникнуть большому разнообразию признаков, сделало возможным появление эволюции, и снабдило нас самыми разными видами полезных человеку растений и животных.

Образование половых клеток и оплодотворение — это совершенные механизмы поддержания и развития жизни на нашей планете. Но обратимся теперь к половым клеткам человека. В чём их уникальность, и чем они отличаются от обычных клеток, коих в нас многие миллиарды?

Отличия

Человек, изучивший биологию, может дать несколько ответов на вопрос, чем половые клетки человека отличаются от соматических (то есть, от обычных клеток). И в каждом случае он будет прав. Так, сперматозоиды — это подвижные клетки со жгутиками, которых больше в организме нигде нет, а яйцеклетки определяют менструальный цикл, что тоже больше не делает ни одна клетка в организме. Всё это правильно.

Но главным отличием гамет от других высокодифференцированных клеток, из которых построен наш организм, является половинное и «перетасованное» содержание наследственного материала. Что это значит?

Известно, что кариотип человека содержит 46 хромосом. Из них 22 хромосомы парные, то есть всего у человека 44 хромосомы, которые кодируют самые разные белки организма. Их называют аутосомами.

Ещё в кариотипе существует 2 непарные хромосомы, которые называются половыми. У женщин эти хромосомы одинаковые — XX, а у мужчины разные — ХУ. Поэтому каждая клетка организма, за исключением гамет, содержит 46 хромосом (аутосомы + половые хромосомы). Этот набор называется двойным, или диплоидным, поскольку можно организовать 22 пары аутосом в каждой клетке.

Поскольку мужская и женская гамета соединяются вместе, то в итоге должно получиться число хромосом — 46. Поэтому половые клетки содержат половинный, или гаплоидный набор. Сколько аутосом в половых клетках человека? Конечно, 23. Парный набор образуется во время оплодотворения.

Кроме гаплоидного набора, гаметы отличаются от соматических клеток ещё и особым типом полового размножения клеток, который называется мейозом. Если соматические клетки просто делятся пополам, предварительно удвоив свой генетический материал, то при мейозе генетический материал, напротив, уменьшается вдвое. Конечно, половые клетки человека формируются в особых условиях, и этот процесс намного сложнее, чем деление соматических клеток.

Мейоз характерен для половых клеток не только тем, что позволяет подготовить отдельное «ключик» — сперматозоид и «замочек» — яйцеклетку, но также во время мейоза существуют две очень важные процедуры, которые позволяют избежать накопления мутаций, и освежить генетический материал.

Это так называемое независимое распределение, когда во время мейоза хромосомы расходятся совершенно случайно по разным полюсам клетки, и кроссинговер.

Кроссинговер — это процесс обмена наследственным материалом между хромосомами внутри одной диплоидной пары, которые пока еще не разделились на гаплоидные наборы. После кроссинговера возникают новые комбинации наследственного материала, который случайно так, как тасуется колода карт перед сдачей, попадает в одну гамету. В половых клетках человека эти процессы обязательны.

В результате существенно повышается разнообразие, и следовательно, наследование признаков. После слияния гаплоидных гамет образуется нормальная, диплоидная зигота — или оплодотворенная яйцеклетка. В зиготе уже существует два набора хромосом родителей, и на свет появляется новая особь с уникальным генетическим кодом. Вот чем половые клетки человека отличаются от других его клеток в главном.

Но даже и у полового размножения, с его совершенной перетасовкой и подменой генетического материала, со временем, если его не обновлять, возникают определенные проблемы. О том, что генетический материал постепенно истощается, накапливаются мутации и возникают болезненные особи, человечество узнало давно.

В некоторых не очень развитых изолированных культурах северных народов, где много близкородственного скрещивания, часто почетный гость, проезжающий через племя, должен был разделить ложе с женой хозяина чума. Это был единственный способ подбросить здоровый генетический материал в угасающий от мутаций племенной генофонд.

Строение

Первичные знания о строении половых клеток были получены в давние времена, при попытке создания различных сортов сельскохозяйственных культур, поскольку изучать растительные источники наследственного материала гораздо легче, и можно не обращать внимания на многочисленные запреты, в том числе и религиозного характера.

Мы уже узнали, что половые клетки человека содержат половинное количество хромосом, готовых соединиться вместе. Чтобы произошло оплодотворение, сперматозоид должен суметь донести генетическую информацию до яйцеклетки, а яйцеклетка должна принять в «свое лоно» самого здорового и активного сперматозоида.

Строение половых клеток человека как нельзя лучше показывает, насколько они приспособлены к этой функции. Рассмотрим очень коротко, как устроены сперматозоид и яйцеклетка человека.

Сперматозоид

Сперматозоид является очень мелкой и очень подвижной гаметой. В семенниках ежедневно образуются многие миллионы сперматозоидов, и созревают они каждые 2 месяца. С момента полового созревания и до старости они вырабатываются непрерывно, и в каждый момент времени мужчина располагает большим числом зрелых сперматозоидов. В отличие от женщины, мужчина всегда готов к оплодотворению.

Мужской сперматозоид состоит из головки, шейки, промежуточного отдела и жгутика.

Головка сперматозоида содержит самое главное — гаплоидное число хромосом, сверху головка прикрыта особой шапочкой — акросомой, как лобовой броней. Акросома содержит специальные ферменты, которые перед оплодотворением помогают сперматозоиду растворить поверхность яйцеклетки. Таким образом, акросома — это «химическое оружие».

Коротенькая шейка сперматозоида содержит осевые структуры, или центриоли. Центриоли состоят из микротрубочек, которые формируют жгутик или жесткий каркас все клетки.

Что касается промежуточного отдела, то в нем находится огромное число митохондрий, или энергетических аккумуляторов — батареек. Сперматозоид должен постоянно бить своим хвостом, и митохондрии должны доставлять большое количество энергии для движения сперматозоидов к яйцеклетке. Главное, что он должен сделать без утомления — то пройти от влагалища до места оплодотворения (иногда очень далеко, в яичник).

Затем сперматозоиды скапливаются около яйцеклетки, некоторое время совершают свои движения, при этом ориентируются в определённом месте на ее поверхности. После этого начинается проникновение сперматозоидов сквозь множество мембрана яйцеклетки, и на этом этапе «открывания незнакомых дверей» побеждает сильнейший.

Яйцеклетка

Отличие овогенеза от сперматогенеза заключается в том, что сперматозоиды мужчина начинает продуцировать только после полового созревания, а у девочек все яйцеклетки возникают еще во внутриутробном периоде. Говоря простым языком, каждая женщина рождается с совершенно ограниченным набором яйцеклеток, и ни одной новой яйцеклетки после рождения у женщины не возникает.

В отличие от мужчин яйцеклетки (гаметы) у женщин выделяются не постоянно, а циклически, и этот процесс называется овариально-менструальным циклом. Через каждые 28 дней, если не состоялось оплодотворение, то подготовленный эпителий матки за ненадобностью отторгается в виде месячных, и всё начинается сначала.

Если проследить развитие яйцеклетки по дням, то оказывается, что самые первичный фолликул, в котором находится незрелый ооцит, постепенно созревает, увеличивается в размерах, и в конце концов, превращается в зрелый фолликул, или граафов пузырек. Его видно невооружённым глазом, поскольку он возвышается над поверхностью яичника и в поперечнике составляет около одного сантиметра.

После этого созревший фолликул лопается, и яйцеклетка выходит наружу. Так происходит овуляция. Во время овуляции яйцеклетка представляет собой так называемый ооцит второго порядка. Именно этот ооцит второго порядка и содержит гаплоидный набор хромосом.

В процессе созревания ооцитов в яичнике у женщины происходит первое деление мейоза, а второе деление мейоза (с окончательной перетасовкой генетического материала) происходит после оплодотворения. Гаметы у человека образуются в результате мейоза, в отличие от простого деления соматических клеток, которое называется митозом.

Конечно, знания о том, что происходит со сперматозоидом и яйцеклеткой при созревании, могли быть получены только в обществе, где господствует научное мировоззрение, есть предпосылки к совершению открытий, существует материально-техническая база.

В настоящее время эти знания успешно применяются на практике. Стало возможным проведение экстракорпорального оплодотворения, и скоро наступит время, когда не будет никаких наследственных заболеваний, а наука научиться обновлять генетический материал, и это спасет мир от онкологических болезней. Надеемся, что нашим потомкам удастся дожить до этого действительно светлого будущего.

20. Образование половых клеток. Мейоз

Вспомните!

Где в организме человека происходит образование половых клеток?

Какой набор хромосом содержат гаметы? Почему?

Для осуществления полового размножения необходимы специализированные клетки – гаметы , содержащие одинарный (гаплоидный) набор хромосом. При их слиянии (оплодотворении) происходит образование диплоидного набора, в котором каждая хромосома имеет пару – гомологичную хромосому. В каждой паре гомологичных хромосом одна хромосома получена от отца, а вторая – от матери.

У животных процесс образования половых клеток – гаметогенез – протекает в специальных органах – половых железах (гонадах). У большинства животных мужские половые клетки (сперматозоиды) образуются в семенниках, женские гаметы (яйцеклетки) – в яичниках. Развитие яйцеклеток называют овогенезом или оогенезом , а сперматозоидов – сперматогенезом .

Строение половых клеток.

Яйцеклетки – это относительно крупные неподвижные клетки округлой формы. У некоторых рыб, пресмыкающихся и птиц они содержат большой запас питательных веществ в виде желтка и имеют размеры от 10 мм до 15 см. Яйцеклетки млекопитающих, в том числе и человека, гораздо мельче (0,1–0,3 мм) и желтка практически не содержат.

Сперматозоиды – мелкие подвижные клетки, у человека их длина всего около 60 мкм. У разных организмов они отличаются формой и размерами, но, как правило, все сперматозоиды имеют головку, шейку и хвост, обеспечивающий их подвижность. В головке сперматозоида находится ядро, содержащее хромосомы, и акросома – особый пузырёк с ферментами, необходимыми для растворения оболочки яйцеклетки. В шейке сосредоточены митохондрии, которые обеспечивают движущийся сперматозоид энергией (рис. 63).

Рис. 63. Сперматозоид млекопитающего: А – электронная фотография; Б – схема строения

Сперматозоиды впервые были описаны голландским естествоиспытателем А. Левенгуком в 1677 г. Он же и ввёл этот термин – сперматозоид (от греч. sperma – семя и zoon – живое существо), т. е. живое семя. Яйцеклетка млекопитающих была открыта в 1827 г. российским учёным К. М. Бэром.

Образование половых клеток. Развитие половых клеток подразделяют на несколько стадий: размножение, рост, созревание, а в процессе сперматогенеза выделяют ещё и стадию формирования (рис. 64).

Рис. 64. Гаметогенез у человека

Рис. 65. Фазы мейоза

Стадия размножения. На этой стадии клетки, формирующие стенки половых желёз, активно делятся митозом, образуя незрелые половые клетки. Эта стадия у мужчин начинается с наступлением половой зрелости и продолжается почти всю жизнь. У женщин образование первичных половых клеток завершается ещё в эмбриональном периоде, т. е. общее количество яйцеклеток, которые у женщины будут созревать в течение её репродуктивного периода, определяется уже на ранней стадии развития женского организма. На стадии размножения первичные половые клетки, как и все остальные клетки тела, диплоидны.

Стадия роста. На стадии роста, которая гораздо лучше выражена в овогенезе, происходит увеличение цитоплазмы клеток, накопление необходимых веществ и редупликация ДНК (удвоение хромосом).

Стадия созревания. Третья стадия – это мейоз. Мейоз – это особый способ деления клеток, приводящий к уменьшению числа хромосом вдвое и к переходу клетки из диплоидного состояния в гаплоидное.

Будущие гаметы на стадии созревания делятся дважды. Клетки, приступающие к мейозу, содержат диплоидный набор уже удвоенных хромосом. В процессе двух мейотических делений из одной диплоидной клетки образуются четыре гаплоидные.

Мейоз состоит из двух последовательных делений, которым предшествует однократное удвоение ДНК, осуществлённое на стадии роста. В каждом делении мейоза выделяют четыре фазы, характерные и для митоза (профазу, метафазу, анафазу, телофазу), однако они отличаются некоторыми особенностями (рис. 65).

Профаза первого мейотического деления (профаза I ) значительно длиннее, чем профаза митоза. В это время удвоенные хромосомы, каждая из которых состоит уже из двух сестринских хроматид, спирализуются и приобретают компактные размеры. Затем гомологичные хромосомы располагаются параллельно друг другу, образуя так называемые биваленты или тетрады, состоящие из двух хромосом (четырёх хроматид). Между гомологичными хромосомами может произойти обмен соответствующими гомологичными участками (кроссинговер), что приведёт к перекомбинации наследственной информации и образованию новых сочетаний отцовских и материнских генов в хромосомах будущих гамет (рис. 66).

К концу профазы I ядерная оболочка разрушается.

В метафазе I гомологичные хромосомы попарно в виде бивалентов, или тетрад, располагаются в экваториальной плоскости клетки, и к их центромерам присоединяются нити веретена деления.

В анафазе I гомологичные хромосомы из бивалента (тетрады) расходятся к полюсам. Следовательно, в каждую из двух образующихся клеток попадает только одна из каждой пары гомологичных хромосом – число хромосом уменьшается в два раза, хромосомный набор становится гаплоидным. Однако каждая хромосома при этом всё ещё состоит из двух сестринских хроматид.

Рис. 66. Перекрёст хромосом и обмен гомологичными участками

В телофазе I образуются клетки, имеющие гаплоидный набор хромосом и удвоенное количество ДНК.

Спустя короткий промежуток времени клетки приступают ко второму мейотическому делению, которое протекает как типичный митоз, но отличается тем, что участвующие в нём клетки гаплоидны.

В профазе II разрушается ядерная оболочка. В метафазе II хромосомы выстраиваются в экваториальной плоскости клетки, нити веретена деления соединяются с центромерами хромосом. В анафазе II центромеры, соединяющие сестринские хроматиды, делятся, хроматиды становятся самостоятельными дочерними хромосомами и расходятся к разным полюсам клетки. Телофаза II завершает второе деление мейоза.

В результате мейоза из одной исходной диплоидной клетки, содержащей удвоенные молекулы ДНК, образуется четыре гаплоидные клетки, каждая хромосома которых состоит из одиночной молекулы ДНК.

При сперматогенезе на стадии созревания в результате мейоза образуется четыре одинаковые клетки – предшественники сперматозоидов, которые на стадии формирования приобретают характерный вид зрелого сперматозоида и становятся подвижными.

Мейотические деления в овогенезе характеризуются рядом особенностей. Профаза I завершается ещё в эмбриональном периоде, т. е. к моменту рождения девочки в её организме уже имеется полный набор будущих яйцеклеток. Остальные события мейоза продолжаются только после полового созревания женщины. Каждый месяц в одном из яичников у женщины продолжает развитие одна из остановившихся в своем делении клеток. В результате первого деления мейоза образуется крупная клетка – предшественник яйцеклетки и маленькое, так называемое полярное, тельце, которые вступают во второе деление мейоза. На стадии метафазы II предшественница яйцеклетки овулирует, т. е. выходит из яичника в брюшную полость, откуда попадает в яйцевод. Если происходит оплодотворение, второе мейотическое деление завершается – образуется зрелая яйцеклетка и второе полярное тельце. Если слияния со сперматозоидом не происходит, не закончившая деление клетка погибает и выводится из организма.

Полярные тельца служат для удаления избытка генетического материала и перераспределения питательных веществ в пользу яйцеклетки. Спустя некоторое время после деления они погибают.

Значение гаметогенеза. В результате гаметогенеза образуются половые клетки, содержащие гаплоидный набор хромосом, что позволяет при оплодотворении восстанавливать число хромосом, характерное для вида. В отсутствие мейоза слияние гамет приводило бы к удвоению числа хромосом у каждого последующего поколения, возникающего в результате полового размножения. Этого не происходит благодаря существованию особого процесса – мейоза, во время которого диплоидное число хромосом (2n ) сокращается до гаплоидного (1n ). Таким образом, биологическая роль мейоза заключается в поддержании постоянства числа хромосом в ряду поколений вида.

Вопросы для повторения и задания

1. Сравните строение мужских и женских половых клеток. В чём их сходство и отличия?

2. От чего зависит размер яйцеклеток? Объясните, почему яйцеклетки млекопитающих – одни из самых мелких.

3. Какие периоды выделяют в процессе развития половых клеток?

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

5. Перечислите отличия мейоза от митоза.

6. В чём заключается биологический смысл и значение мейоза?

Подумайте! Выполните!

1. Организм развился из неоплодотворённой яйцеклетки. Являются ли его наследственные признаки точной копией признаков материнского организма?

2. Объясните, почему для обозначения мужских половых клеток существует два термина: спермии (например, у покрытосеменных растений) и сперматозоиды.

Работа с компьютером

Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал и выполните задания.

Повторите и вспомните!

Человек

Половые клетки. Образование сперматозоидов у мужчин начинается с момента полового созревания. Длительность всех четырёх фаз сперматогенеза составляет около 80 дней. За всю жизнь в организме мужчины образуется огромное количество сперматозоидов – до 10 10 .

Несмотря на то что в женском эмбрионе закладывается очень много яйцеклеток, созревают из них лишь немногие. За репродуктивный период, т. е. когда женщина способна к деторождению, окончательно формируются около 400 яйцеклеток.

Развитие половых клеток (овогенез и сперматогенез) определяет здоровье будущего поколения. Курение, употребление алкогольных напитков, наркотических препаратов может оказать необратимое влияние на формирующиеся половые клетки, что в дальнейшем приведёт к бесплодию или рождению ребёнка с наследственными или врождёнными нарушениями.

Гамета (gamete): зародышевая клетка (спермий или яйцеклетка), содержащая гаплоидный набор хромосом , то есть имеющая по одному экземпляру каждой из хромосом.

При половом способе размножения потомство, как правило, имеет двух родителей. Каждый из родителей производит половые клетки. Половые клетки, или гаметы, обладают половинным или гаплоидным набором хромосом и возникают в результате мейоза . Таким образом, гамета (от греч. gamete - жена, gametes - муж) - зрелая репродуктивная клетка, содержащая гаплоидный набор хромосом и способная при слиянии с аналогичной клеткой противоположного пола образовать зиготу , при этом число хромосом становится диплоидным. В диплоидном наборе каждая хромосома имеет себе парную (гомологичную) хромосому. Одна из гомологичных хромосом происходит от отца, другая - от матери.. Женская гамета называется яйцеклеткой , мужская - сперматозоидом . Процесс образования гамет носит общее название - гаметогенез .

У эмбрионов всех позвоночных на ранней стадии развития определенные клетки обособляются как предшественники будущих гамет. Такие первичные половые клетки мигрируют в развивающиеся гонады ( яичники у самок, семенник и у самцов), где после периода митотического размножения претерпевают мейоз и дифференцируются в зрелые гаметы. В половых клетках перед мейозом активируются дополнительные гены, которые регулируют спаривание гомологичных хромосом, рекомбинацию и разделение рекомбинированных гомологичных хромосом в анафазе первого деления.

Яйцеклетки развиваются из первичных половых клеток , которые на ранней стадии развития организма мигрируют в яичник и превращаются там в оогонии . После периода митотического размножения оогонии становятся ооцитами первого порядка , которые, вступив в первое деление мейоза , задерживаются в профазе I на время, измеряемое сутками или годами в зависимости от вида организма. В период этой задержки ооцит растет и накапливает рибосомы , мРНК и белки, зачастую используя при этом другие клетки, включая окружающие вспомогательные клетки. Дальнейшее развитие (созревание яйцеклетки) зависит от полипептидных гормонов ( гонадотропинов), которые, воздействуя на окружающие каждый ооцит вспомогательные клетки, побуждают их индуцировать созревание небольшой части ооцитов. Эти ооциты завершают первое деление мейоза, образуя маленькое полярное тельце и крупный ооцит второго порядка , который позже переходит в метафазу второго деления мейоза . У многих видов ооцит задерживается на этой стадии до тех пор, пока оплодотворение не инициирует завершение мейоза и начало развития эмбриона.

Спермий обычно представляет собой маленькую и компактную клетку, которая в высокой степени специализирована для функции внесения своей ДНК в яйцеклетку. В то время как у многих организмов весь пул ооцитов образуется еще на ранней стадии развития самки, у самцов после наступления половой зрелости в мейоз вступают все новые и новые половые клетки, причем каждый сперматоцит первого порядка дает начало четырем зрелым спермиям. Дифференцировка спермиев осуществляется после мейоза, когда ядра гаплоидны. Однако, поскольку при митотическом делении зрелых сперматогониев и сперматоцитов цитокинез не доводится до конца, потомки одного сперматогония развиваются в виде

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.