Устройството, развитието и деленето на мъжките и женските репродуктивни клетки. Женски и мъжки репродуктивни клетки Какви структури изграждат мъжката репродуктивна клетка

Гамета: зародишна клетка (сперма или яйцеклетка), съдържаща хаплоиден набор от хромозоми, тоест притежаваща по едно копие на всяка хромозома.

При сексуалния метод на размножаване потомството като правило има двама родители. Всеки родител произвежда полови клетки. Половите клетки или гамети имат половин или хаплоиден набор от хромозоми и възникват в резултат на мейоза. Така гаметата (от гръцки gamete - съпруга, gametes - съпруг) е зряла репродуктивна клетка, съдържаща хаплоиден набор от хромозоми и способна да се слее с подобна клетка от противоположния пол, за да образува зигота, а броят на хромозомите става диплоиден. В диплоиден набор всяка хромозома има сдвоена (хомоложна) хромозома. Една от хомоложните хромозоми идва от бащата, другата от майката.Женската гамета се нарича яйцеклетка, мъжката - сперма. Процесът на образуване на гамети има общо наименование - гаметогенеза.

В ембрионите на всички гръбначни животни в ранен стадий на развитие се изолират определени клетки като предшественици на бъдещи гамети. Такива първични зародишни клетки мигрират към развиващите се гонади (яйчници при жените, тестиси при мъжете), където след период на митотично размножаване претърпяват мейоза и се диференцират в зрели гамети. В зародишните клетки преди мейозата се активират допълнителни гени, които регулират сдвояването на хомоложни хромозоми, рекомбинацията и разделянето на рекомбинирани хомоложни хромозоми в анафазата на първото деление.

Яйцата се развиват от първични зародишни клетки, които в ранен стадий на развитие на организма мигрират към яйчника и се трансформират там в оогония. След период на митотично възпроизвеждане оогониите се превръщат в овоцити от първи ред, които, след като са влезли в първото разделение на мейозата, се забавят в профаза I за време, измерено в дни или години, в зависимост от вида на организма. По време на това забавяне овоцитът расте и натрупва рибозоми, иРНК и протеини, като често използва други клетки, включително околните поддържащи клетки, в процеса. По-нататъшното развитие (съзряването на яйцеклетката) зависи от полипептидните хормони (гонадотропини), които, действайки върху спомагателните клетки, заобикалящи всеки овоцит, ги насърчават да индуцират узряването на малка част от овоцитите. Тези овоцити завършват първото мейотично делене, образувайки малко полярно тяло и голям овоцит от втори ред, който по-късно навлиза в метафаза на второто мейотично делене. При много видове овоцитът се забавя на този етап, докато оплождането инициира завършването на мейозата и началото на ембрионалното развитие.

Сперматозоидът обикновено е малка и компактна клетка, която е силно специализирана за функцията да допринася със своята ДНК към яйцеклетката. Докато в много организми целият набор от яйцеклетки се формира на ранен етап от развитието на жената, при мъжете, след началото на пубертета, все повече и повече зародишни клетки навлизат в мейоза, като всеки сперматоцит от първи ред поражда четири зрели сперматозоиди. Диференциацията на спермата настъпва след мейозата, когато ядрата са хаплоидни. Въпреки това, тъй като по време на митотичното делене на зрели сперматогонии и сперматоцити цитокинезата не е завършена, потомците на един сперматогоний се развиват под формата

Полово размножаване- метод на размножаване, при който нов индивид обикновено се развива от зигота, получена в резултат на сливането на две полови клетки.

Сексуален процес.Половото размножаване се характеризира с наличието на полов процес, при който зародишните клетки (гамети) се събират и последващото им сливане (оплождане). Гаметите в повечето организми се образуват с рекомбинирани родителски хромозоми (помнете как протича мейозата). Когато гаметите се слеят, се образува диплоидна зигота, от която се развива организъм, който е наследил уникална комбинация от гени и характеристики от двамата родители. По този начин сексуалното размножаване (за разлика от безполовото размножаване) води до разнообразие от потомци. Това повишава способността на организмите да се адаптират към променящите се условия на околната среда, което е от първостепенно значение в еволюцията на живата природа.

Има два вида полов процес - конюгация и копулация. По време на конюгацията съдържанието на две неспециализирани клетки се слива (в някои водораслиИ гъби)или обмен на генетичен материал между индивиди (в някои бактерииИ реснички).Освен това във втория случай няма увеличение на броя на индивидите. Въпреки това, поради обмена и рекомбинацията на генетичен материал, се осигурява увеличаване на наследствената променливост на организмите.

Копулацията (гаметогамия) е сливането на зародишни клетки за образуване на зигота. В този случай хаплоидните ядра на гаметите образуват диплоидното ядро ​​на зиготата.

Структурата на зародишните клетки.В повечето видове живи организми се образуват два вида зародишни клетки, различаващи се по структура и физиологични свойства - мъжки (подвижни сперматозоиди или неподвижни сперматозоиди) и женски (яйца).

спермахората и много животни имат глава, шия, средна част и дълъг флагел (опашка), който служи за активно движение (фиг. 79). Главата съдържа хаплоидно ядро ​​и малко количество цитоплазма. В предния край на главата има аксома, която е видоизменен апарат на Голджи. Акрозомата съдържа ензими, които разтварят мембраните на яйцето по време на оплождането. В шийката има две центриоли, а в средната част има митохондрии, които генерират енергията, необходима за движението на флагела. Опашката съдържа подвижна аксиална нишка на флагела, изградена от микротубули.

Спермата може да остане жизнеспособна за дълго време извън тялото, когато е замразена. Това свойство се използва широко в селското стопанство, по-специално при отглеждане на говеда чрез изкуствено осеменяване. Спермата на елитни породи животни се събира и съхранява в течен азот и след размразяване се използва за получаване на високопродуктивно потомство.

Яйцеклеткинай-често са неподвижни и имат сферична форма (фиг. 80). Яйцето съдържа ядро ​​и цитоплазма с набор от различни органели и запас от хранителни вещества за развитието на ембриона. Следователно яйцеклетките обикновено са много по-големи от спермата и соматичните клетки. Например, диаметърът на човешките яйцеклетки достига 200 микрона, докато дължината на спермата е около 60 микрона. Яйчните клетки на животните, чието ембрионално развитие се случва извън тялото на майката, са много големи по размер - птици, влечуги, земноводни, рибии т.н. Да, Пиледиаметърът на овоцита (яйце без белтъчна черупка) е повече от 30 mm, в някои акули- 50-70 мм и щраус- 80 мм.

Яйцата са покрити с ципи. Според произхода си черупките се разделят на първични, вторични и третични. Първичната мембрана на яйцеклетката е производна на цитоплазмата и се нарича вителлинна мембрана. Характерен е за яйцата на всички животни. Вторичните мембрани се образуват поради активността на клетките, които подхранват яйцето. Те са характерни например за членестоноги (хитинова черупка). Третичните мембрани възникват в резултат на дейността на жлезите на гениталния тракт. Третичните включват черупката, подчерупката и белтъчните мембрани на яйцата на птиците и влечугите и желатиновата мембрана на яйцата на земноводните. Мембраните на яйцата изпълняват защитни функции и осигуряват обмяната на вещества с околната среда.

Гаметогенезае процесът на образуване и развитие на гамети. При растенията, някои водорасли и гъби образуването на гамети се извършва в специални органи. Например при споровите растения женските гамети се образуват в архегониума, мъжките гамети в антеридиите. При повечето животни гаметогенезата протича в половите жлези.

В природата има много видове, при които един и същ организъм може да образува както мъжки, така и женски репродуктивни клетки. Такива организми се наричат ​​хермафродити (в гръцката митология Хермафродит е двуполово същество, дете на боговете Хермес и Афродита). Хермафродитизмът е често срещан сред безгръбначните животни ( coelenterates, плоскиИ анелиди, мекотели) и в растенията.

Образуване на зародишни клетки при бозайници.Процесът на образуване на мъжките зародишни клетки се нарича сперматогенеза, а този на женските се нарича оогенеза.

Сперматогенезасреща се в мъжките полови жлези – тестисите. Този процес е разделен на четири периода (фиг. 81).

1 . IN размножителния периоддиплоидни предшественици на мъжки гамети — сперматогонии - делят се многократно чрез митоза, което води до значително увеличаване на броя им. При мъжките бозайници (включително хората) този процес започва в пубертета и продължава до дълбока старост.

2. IN период на растежразделянето на сперматогониите спира и те започват да растат (в същото време размерът им леко се увеличава) - образуват се сперматоцити от първи ред.

3. По време на периода на зреенеСперматоцитите от първи ред се делят чрез мейоза. След първото мейотично делене от всеки сперматоцит от първи ред се образуват два хаплоидни сперматоцита от втори ред, след второто - четири хаплоидни сперматиди.

4 . IN период на формиранесперматидите се трансформират в сперматозоиди, докато формата на клетката се променя, образуват се флагелум, акрозома и др.

Продължителността на сперматогенезата при човека е около 75 дни. Огромен брой сперматозоиди се образуват в тестисите (тестисите), например при хората 1 ml семенна течност съдържа до 100 милиона.

Оогенезавъзниква в женските полови жлези - яйчниците - и започва още преди раждането. В процеса на образуване на яйца се разграничават три периода (виж фиг. 81).

1. IN размножителния периоддиплоидни предшественици на яйца — Относно гонията - те се делят митотично много пъти. При бозайниците този процес се случва в ембрионалния период (преди раждането). Броят на оогониите в яйчниците се увеличава значително и след това остават непроменени до пубертета.

2. С настъпването на пубертета периодично навлизат отделни оогонии период на растежкоето може да продължи няколко месеца. През това време техният обем се увеличава значително поради приемането на вещества от околните фоликуларни клетки и кръв. Така се образуват овоцитите от първи ред.

3. Периодично овоцитите от първи ред влизат в мейоза. Това - период на зреене.По време на процеса на мейоза се образуват дъщерни клетки с различни размери. След първото мейотично делене се образува голяма хаплоидна клетка - овоцит от втори ред - и малка, наречена първично полярно телце. Настъпва овулация - овоцит от втори ред напуска яйчника в коремната кухина. След това навлиза във фалопиевата тръба, където претърпява второ мейотично делене, образувайки голямо яйце и малко вторично полярно тяло. Първичното полярно тяло, като правило, също се разделя на две. Всички полярни тела впоследствие умират и се унищожават.

Така, за разлика от сперматогенезата, където по време на мейозата се образуват четири еднакви хаплоидни клетки, по време на оогенезата се развиват едно голямо яйце и три малки полярни тела. Биологичният смисъл на неравномерното разделяне е да се запази в яйцето максималното количество хранителни вещества, необходими за бъдещия ембрион.

1. Какви са имената на органите, в които се образуват женски и мъжки гамети в споровите растения? В животните?

Яйчници, антеридии, спорангии, тестиси, архегонии.

2. Как структурата на спермата и яйцето е свързана с функциите, изпълнявани от тези клетки?

3. Сперматозоидите практически не съдържат цитоплазма и хранителни вещества, но се нуждаят от голямо количество енергия, за да се движат. Откъде мислите, че идва тази енергия?

4. Какъв е максималният брой яйцеклетки и вторични полярни тела, които могат да се образуват при котка от четири овоцита от първи ред?

5. Какви процеси, протичащи по време на оогенезата, осигуряват натрупването на големи количества хранителни вещества в яйцата?

6. Какъв е биологичният смисъл на образуването на полярни тела по време на оогенезата?

7. Сравнете процесите на сперматогенезата и оогенезата, посочете приликите и разликите.

8. Яйчниците на 22-годишна жена със стабилен 28-дневен репродуктивен цикъл съдържат 42 хиляди фоликула. Повечето от тях са много малки и само 299 имат диаметър над 100 микрона. Освен това в яйчниците има 5 жълти тела и 112 белега, останали от тях. На каква възраст тази жена е имала първа овулация? На каква възраст най-вероятно ще спре да произвежда яйцеклетки?

Глава 1. Химични компоненти на живите организми

• § 1. Съдържание на химични елементи в тялото. Макро- и микроелементи
• § 2. Химични съединения в живите организми. Неорганични вещества

Глава 2. Клетка - структурна и функционална единица на живите организми

• § 10. История на откриването на клетката. Създаване на клетъчната теория
• § 15. Ендоплазмен ретикулум. Комплекс Голджи. Лизозоми

Глава 3. Метаболизъм и преобразуване на енергията в организма

По-голямата част от многоклетъчните организми се размножават сексуаленначин. В многоклетъчните организми основната роля в този процес играят зародишните клетки с хаплоиден набор от хромозоми - гамети. По време на половото размножаване се случва сливането на яйцеклетката - женската репродуктивна клетка и спермата (или сперматозоидите в голосеменните и покритосеменните) - мъжката репродуктивна клетка, поради което дъщерните организми получават генетична информация от двамата родители.
В природата могат да се намерят различни видове гамети. В редица организми гаметите са подвижни, еднакви по форма и размер. Има видове, при които подвижните гамети варират по размер. При по-високо организираните видове гаметите се различават по размер и подвижност: при бозайниците например мъжките гамети са малки и подвижни, докато женските са големи и неподвижни. При висшите семенни растения мъжките и женските гамети са неподвижни.
Да се ​​запознаем със структурата на зародишните клетки. Спермата се състои от глава, шийка и дълъг флагел. Главата съдържа ядро ​​с хаплоиден набор от хромозоми. Шията съдържа клетки, които синтезират ATP молекули - източникът на енергия за движението на флагела, с помощта на който се движи спермата.
В сравнение с други клетки в тялото, яйцата са големи клетки. Те съдържат голямо ядро ​​с нуклеоли, много цитоплазма с множество органели. Цитоплазмата на яйцата съдържа голямо количество хранителни вещества - протеини, мазнини, въглехидрати. Тези вещества осигуряват хранене на ембриона в ранните етапи на развитие. Ядрото на яйцеклетката съдържа хаплоиден набор от хромозоми.

* Размерът на яйцата в различни организми варира от няколко десетки микрометра до няколко сантиметра в диаметър. Броят на яйцата също варира при различните организми. При птиците, които се грижат за потомството си, броят на яйцата е малък, но при рибите броят на яйцата достига няколкостотин и хиляди. Треската, например, снася до 9 милиона яйца. Живородящите риби, които се грижат за потомството си, произвеждат само 100 до 300 яйца.

Някои яйца са покрити с мембрани. Мембраните на яйцата са особено масивни при организми с външно оплождане, например при повечето птици.
Повечето животински видове са двудомни, т.е. те произвеждат яйца в женското тяло и сперма в мъжкото тяло. При някои видове един и същи индивид произвежда мъжки и женски гамети. Организмите, които образуват както женски, така и мъжки клетки, включват някои протозои, коелентерати, плоски червеи, пръстеновидни червеи (например земни червеи) и много растения.

Сексуалното размножаване се среща при представители на всички видове флора и фауна. Свързва се с образуването на специални зародишни клетки: женски - яйцеклетки и мъжки - сперма.

Половите клетки (гамети) се характеризират с един (хаплоиден) брой хромозоми (виж). В допълнение, те се различават в съотношението на обемите на цитоплазмата и ядрото (в сравнение със соматичните клетки).

Структурата на мъжката репродуктивна клетка (сперма)

Мъжките репродуктивни клетки - сперматозоидите - обикновено са много малки и подвижни. Типичният сперматозоид се състои от глава, шийка и опашка.

Главасе състои почти изцяло от ядро, покрито с тънък слой цитоплазма. Най-предният му отдел е заострен и покрит с шапка.

Шиястеснен, той съдържа центриола (неделима част от клетъчния център) и митохондриите.

Опашкасперматозоидите се състоят от най-фините влакна, покрити с цитоплазмен цилиндър: това е органелата на движението.

Общата дължина на спермата, включително главата, шията и опашката, при бозайници и хора е 50-60 µm. Характерно е, че сперматозоидите обикновено се образуват в огромни количества (при бозайниците стотици милиони от тях узряват през целия живот).

Структурата на женската репродуктивна клетка (яйцеклетка)

Женските репродуктивни клетки (яйцеклетки) са неподвижни и като правило по-големи от спермата. Те обикновено имат сферична форма и разнообразна структура на черупката. При бозайниците размерът на яйцата е сравнително малък и възлиза на 100-200 микрона в диаметър. Други гръбначни (риби, земноводни, влечуги, птици) имат големи яйца. Те съдържат огромно количество хранителни вещества в цитоплазмата.

При птиците, например, яйцеклетката е онази част от яйцето, която обикновено се нарича жълтък. Диаметърът на пилешкото яйце е 3-3,5 cm, а при големите птици като щраусите е 10-11 cm. Тези яйца са покрити с няколко мембрани със сложна структура (протеинов слой, подчерупкови и черупкови мембрани и др.), Които осигуряват нормалното развитие на ембриона.

Броят на произведените яйцеклетки обикновено е много по-малък от броя на сперматозоидите. Например, една жена узрява около 400 яйцеклетки през целия си живот.

Описан е строежът на мъжките и женските зародишни клетки на растенията.

Развитие на яйцеклетки и сперма

Съзряването и развитието на зародишните клетки се нарича гаметогенеза.При животните и хората се среща в половите жлези: яйцеклетките се развиват в яйчниците, а сперматозоидите в тестисите.

Етапи на развитие

Процесите на развитие на мъжките зародишни клетки (сперматогенеза) и женските зародишни клетки (овогенеза) имат редица подобни характеристики. Има три различни етапа както в яйчника, така и в тестисите:

• Етапи на размножаване;
• етапи на растеж;
• етапи на узряване на зародишните клетки.

На първи етапсперматогониите и оогониите (клетки - предшественици на спермата и яйцеклетките) се размножават и броят им се увеличава.

При мъжете митотичното делене на сперматогониите започва по време на пубертета и продължава десетилетия. При жените разделянето на оогония се случва само през ембрионалния период от живота им и завършва преди раждането. При животните разделянето на тези клетки зависи от времето и периодите на размножаване.

в втори етапсперматогониите и оогониите спират да се размножават, започват да растат и да се увеличават по размер, превръщайки се в първични сперматоцити и ооцити. Размерът на овоцитите се увеличава особено значително. Например при жабите линейните размери на яйцеклетката са 2 хиляди пъти по-големи от тези на оогонията. Това се дължи на факта, че те натрупват хранителни вещества, необходими за развитието на ембриона.

Най-важните промени настъпват с бъдещите зародишни клетки трети етапсъзряване. Тук също се появяват значителни разлики между сперматозоидите и оогенезата. В тази зона първичните овоцити се разделят два пъти чрез мейоза. По време на първото мейотично делене се образуват голям вторичен овоцит и малка клетка, първичен полоцит (първото полярно или водещо тяло).

По време на второто мейотично делене вторичният овоцит се разделя на голямо незряло яйце и малък вторичен полоцит (второ полярно тяло). Първичният полоцит може също да се раздели на още два полоцита.

Така в резултат на две мейотични деления един първичен овоцит произвежда 4 клетки с хаплоиден набор от хромозоми - незряла зародишна клетка (която се превръща в зряло яйце) и три полоцита, които впоследствие умират.

По време на сперматогенезата първичният сперматоцит в зоната на узряване също се разделя два пъти чрез мейоза. Но в този случай се появяват 4 еднакви хаплоидни сперматиди. Впоследствие чрез сложни трансформации (промени във формата, развитие на опашката) те се превръщат в зрели сперматозоиди.

Оплождане

Опложданее процес на сливане на ядрата на спермата и яйцеклетката и възстановяване на диплоидния набор от хромозоми. Оплоденото яйце се нарича зигота. Образуването на зигота става само когато сперматозоидът проникне в яйцето.

Този процес се извършва по различен начин в различните организми. При бозайниците проникването на сперматозоидите в яйцето се съпровожда от разтваряне на черупката му с помощта на различни ензими, секретирани от сперматозоидите. При много насекоми яйцата имат плътна черупка и сперматозоидите проникват през малки дупки. При някои водни организми на повърхността на яйцеклетката в точката на контакт със спермата се образува малък възприемчив туберкул, който след това се прибира навътре заедно със спермата.

Обикновено само главата на спермата с митохондриите и центриола прониква в цитоплазмата на яйцето, а опашката остава отвън. Черупката на главата се разтваря, ядрото започва да набъбва, докато достигне размера на ядрото на яйцето. След това двете ядра се приближават и накрая се сливат.

Понякога няколко сперматозоида проникват в яйцето едновременно, но само един от тях се слива с ядрото. В зиготата всички хромозоми се сдвояват: във всяка двойка хомоложни хромозоми една хромозома принадлежи на яйцеклетката, а втората на спермата. Това явление е от голямо значение за еволюцията. Организмът, който се развива от зигота, има широк диапазон на комбинирана променливост и следователно по-големи възможности за адаптиране към променящите се условия на околната среда.

Характерно за цъфтящи растения.