Размножение — это свойство живых организмов, которое заключается в способности производить подобных особей своего вида.

При бесполом размножении не происходит увеличение генетического разнообразия, которое может оказаться очень полезным при изменении условий существования вида.

По этой причине большинство живых организмов на Земле размножаются половым путём.

Сущность полового размножения заключается в слиянии генетической информации родителей, благодаря чему генетическое разнообразие в потомстве увеличивается.

Половой процесс возник очень давно. Самые простые его формы наблюдаются у простейших.

У одноклеточных организмов выделяют две формы полового размножения: конъюгацию и копуляцию.

Например, у инфузории-туфельки половой процесс получил название — конъюгации.

У инфузории туфельки имеется два разных по строению и функциям ядра полиплоидный макронуклеус (большое ядро) бобовидной формы и диплоидный микронуклеус (малое ядро) округлой формы.

В отличие от микронуклеуса макронуклеус содержит полный геном.

В ходе конъюгации две инфузории сближаются. Между ними образуется цитоплазматический мостик.

Затем макронуклеусы инфузорий разрушаются, а микронклеусы делятся путём мейоза. В результате образуются 4 ядра.

Три из которых погибают, а оставшаяся делится митозом.

В каждой инфузории теперь есть два гаплоидных ядра одно из них женское, а другое — мужское.

Инфузории обмениваются мужскими пронуклеусами, а женские остаются в «своей» клетке. Затем в каждой инфузории «свой» женский и «чужой» мужской пронуклеусы сливаются, образуя диплоидное ядро — синкарион. При делении синкариона образуется два ядра. Из двух имеющихся ядер, одно становится макронуклеусом, другое — микронуклеусом.

Конъюгация водоросли спирогиры проходит схожим образом.

При этом клетки двух соседних нитей различных типов соединяются между собой боковыми выростами. Затем между нитями образуется копуляционный канал, по которому протопласт одной клетки перетекает в другую и сливается с содержимым последней. Клетка, в которой произошло слияние (то есть зигота), закругляется, отделяется от нити и, одеваясь толстой оболочкой, превращается в зигоспору.

Зигоспора перезимовывает и весной делится мейозом, давая 4 гаплоидные споры, три из которых отмирают, а одна прорастает в молодую нить. Все стадии, кроме зиготы и зигоспоры, — гаплоидны.

Биологическое значение конъюгации состоит в обновлении генетического материала и возможном появлении новых признаков, полезных для выживания в меняющихся условиях окружающей среды. Однако число особей при этом не увеличивается. Поэтому конъюгацию называют половым процессом, а не размножением.

У некоторых одноклеточных организмов наблюдается другая разновидность полового процесса — копуляция.

Процесс копуляции наблюдается в жизненном цикле одноклеточной зелёной водоросли хламидомонады.

Сначала образуются гаметы. Затем две различающиеся по полу клетки − гаметы — сливаются и образуют зиготу. При этом ядра гамет образуют одно ядро зиготы, которая содержит (2 n — два набора хромосом); Затем зигота прорастает при этом происходит мейоз и уменьшение числа хромосом вдвое, после чего из неё выходят вегетативные клетки, превращающиеся после размножения в гаметы.

При половом размножении особи каждого следующего поколения возникают в результате слияния двух специализированных гаплоидных клеток — гамет.

Различия между гаметами

В процессе эволюции степень различия гамет изменялась. Наиболее простым типом является изогамный половой процесс (изогамия).

Изогамия — это примитивная форма полового процесса, при котором сливаются две одинаковые морфологически и по величине гаметы.

Такая форма размножения встречается у низших растений — например у одноклеточной водоросли хламидомонады.

Следующей ступенью является гетерогамный половой процесс (гетерогамия). При котором гаметы различны по форме и размеру.

Гетерогамия также может происходить у хламидомонады. При гетерогамии обе гаметы подвижны, имеют жгутики, но различаются величиной.

Одна из них, меньших размеров, отличается большей подвижностью и считается мужской гаметой.

Другая, несколько более крупная, менее подвижная. Она считается женской гаметой. В плазме её содержится некоторое количество запасных питательных веществ.

Следующей ступенью является оогамный половой процесс (оогамия). В этом случае гаметы резко различны по форме и по величине.

Одна из них — мужская — очень мелкая со жгутиком. Мужская гамета активно подвижна и называется сперматозоидом.

Женская гамета крупная и лишена подвижности. Она называется яйцеклеткой.

Оогамия свойственна как многим низшим растениям, так и высшим растениям.

А также всем многоклеточным животным включая и человека.

У животных и человека гаметы формируются в специальных органах гонадах.

Сперматозоиды формируются в мужских половых железах- семенниках. А яйцеклетки формируются в женских половых железах — яичниках.

Яйцеклетка — это округлая, относительно крупная клетка. Она состоит из ядра, которое содержит ДНК. Также яйцеклетка включает цитоплазму в которой имеется запас питательных веществ в виде желтка.

Яйцеклетку окружает оболочка, вокруг которой располагаются фолликулярные клетки.

По содержанию желтка яйцеклетки бывают:

Изолецитальными где желток распределён равномерно по цитоплазме. Такие яйцеклетки имеются у млекопитающих и человека. Желтка они почти не содержат, и будущий зародыш сможет питаться только за счёт материнского организма.

Телолецитальными − желток находится на одном из полюсов (вегетативном). Эти яйцеклетки характерны для земноводных, рептилий и птиц.

И центролецитальными − желток расположен вокруг ядра. По периферии находится свободная от желтка цитоплазма. Эти яйцеклетки характерны для насекомых.

Сперматозоид в отличии от яйцеклетки гораздо более мелких размеров. Он состоит из головки, которая почти полностью занята ядром и гаплоидным набором хромосом; Шейки, в которой находится митохондрии. Также сперматозоид содержит хвост, образованный микротрубочками. Хвост обеспечивает подвижность всего сперматозоида.

В передней части головки сперматозоида находится видоизменённый комплекс Гольджи, который называется акросомой. В акросоме запасается определённый фермент, который необходим для растворения оболочки яйцеклетки, без чего невозможно оплодотворение.

Развитие половых клеток

Процесс созревания половых клеток называется гаметогенезом.

Выделяют сперматогенез — процесс образования сперматозоидов.

И оогенез — процесс образования яйцеклетки.

В данных процессах созревания выделяют несколько фаз.

Фазу размножения, фазу роста и фазу созревания.

В фазу размножения первичные половые клетки (сперматогонии и оогонии) делаться митозом. Благодаря этому увеличивается количество будущих гамет.

При этом сохраняя диплоидный набор хромосом в ядрах. Сперматогонии превращаются в сперматоциты первого порядка. Оогоний становится ооцитом первого порядка.

У самцов млекопитающих (в том числе и у человека — мужчин) этот процесс идёт с момента наступления половой зрелости и до старости.

А у самок млекопитающих (а также человека -женщин) первичные половые клетки делятся только в период внутриутробного развития плода.

В фазу роста клетки увеличиваются в размерах.

Будущее сперматозоиды увеличиваются незначительно, а вот будущие яйцеклетки увеличиваются в несколько раз. Вспомните интерфазу делений.

Происходит репликация ДНК, запасаются вещества, которые пригодятся для последующих делений клетки.

Рассмотрим фазу созревания сперматозоидов. В эту фазу будущие гаметы делятся мейозом.  

В результате первого деления из одного сперматоцита первого порядка образуется два сперматоцита второго порядка.

После второго деления из каждого сперматоцита второго порядка возникают две гаплоидные клетки — сперматиды. Таким образом, из одной исходной клетки, вступившей в мейоз, образуются четыре гаплоидных сперматиды. Они имеют гаплоидный набор хромосом.

В сперматогенезе выделяют ещё одну, заключительную фазу — фазу формирования.

В этой фазе у сперматозоидов возникают жгутики, и они приобретают подвижность.

При образовании сперматозоидов каждая из четырёх дочерних клеток полноценна и способна оплодотворить яйцеклетку.

А вот при созревании яйцеклеток мейотическое деление протекает иначе: цитоплазма между дочерними клетками распределяется неравномерно.

После цитокинеза первого мейоза получается одна крупная клетка, содержащая практически всю цитоплазму (ооцит второго порядка), другая — мелкая, состоящая по существу из ядра с минимальным количеством цитоплазмы. Эту клетку называют 1-м редукционным тельцем.

После второго деления мейоза, появляется крупная яйцеклетка и 2-е редукционное тельце. Первое редукционное тельце, как правило, тоже делится. Таким образом, возникают четыре гаплоидные клетки.

В отличие от сперматогенеза, где образующиеся в ходе мейоза клетки равноценны друг другу, при формировании женских половых клеток результатом мейоза является одна готовая к оплодотворению яйцеклетка и три редукционных тельца, которые со временем разрушаются.

Смысл образования редукционных телец заключается в осуществлении мейоза при сохранении максимума питательных веществ в яйцеклетки.

Значит в процессе сперматогенеза из диплоидных сперматогониев содержащих двойной набор хромосом 2n (два эн) образуются 4 гаплоидные сперматиды. Из них формируются сперматозоиды, которые также содержат гаплоидный набор хромосом.

В процессе оогенеза, из оогонии (содержащей двойной набор хромосом), образуется ооцит, а затем и гаплоидная яйцеклетка.

Как мы уже сказали оогенез начинается ещё на эмбриональных стадиях развития. И к моменту рождения в организме девочки уже имеется полный набор клеток. Однако яйцеклетками они будут становиться, только после полового созревания. До этого времени клетки находятся в покоящимся состоянии.

После полового созревания под действием гормонов зрелая яйцеклетка ежемесячно выходит в просвет яйцеводов и продвигается к матке. Именно в этот период может произойти оплодотворение яйцеклетки. Естественно при наличии сперматозоидов.

Источник: videouroki.net

Гаметогенез — это процесс образования половых клеток. Протекает он в половых железах — гонадах (в яичниках у самок и в семенниках у самцов). Гаметогенез в организме женской особи сводится к образованию женских половых клеток (яйцеклеток) и носит название овогенеза. У особей мужского пола возникают мужские половые клетки (сперматозоиды), процесс образования которых называетсясперматогенезом.

Гаметогенез — это последовательный процесс, которых складывается из нескольких стадий — размножения, роста, созревания клеток. В процесс сперматогенеза включается также стадия формирования, которой нет при овогенезе.

Стадии гаметогенеза

1. Стадия размножения. Клетки, из которых в последующем образуются мужские и женские гаметы, называются сперматогониями и овогониямисоответственно. Они несут диплоидный набор хромосом 2n2c. На этой стадии первичные половые клетки многократно делятся митозом, в результате чего их количество существенно возрастает. Сперматогонии размножаются в течение всего репродуктивного периода в мужском организме. Размножение овогоний происходит главным образом в эмбриональном периоде. У человека в яичниках женского организма процесс размножения овогоний наиболее интенсивно протекает между 2 и 5 месяцами внутриутробного развития.

К концу 7 месяца большая часть овоцитов переходит в профазу I мейоза.

Если в одинарном гаплоидном наборе количество хромосом обозначить как n, а количество ДНК — как c, то генетическая формула клеток в стадии размножения соответствует 2n2c до синтетического периода митоза (когда происходит репликация ДНК) и 2n4c после него.

2.   Стадия роста. Kлетки увеличиваются в размерах и превращаются в сперматоциты и овоциты I порядка (последние достигают особенно больших размеров в связи с накоплением питательных веществ в виде желтка и белковых гранул). Эта стадия соответствует интерфазе I мейоза. Важное событие этого периода — репликация молекул ДНК при неизменном количестве хромосом. Они приобретают двунитчатую структуру: генетическая формула клеток в этот период выглядит как 2n4c.

3.   Стадия созревания. Происходят два последовательных деления — редукционное (мейоз I) и эквационное (мейоз II), которые вместе составляют мейоз. После первого деления (мейоза I) образуются сперматоциты и овоциты II порядка (с генетической формулой n2c), после второго деления (мейоза II) — сперматиды и зрелые яйцеклетки (с формулой nc) с тремя редукционными тельцами, которые погибают и в процессе размножения не участвуют. Так сохраняется максимальное количество желтка в яйцеклетках. Таким образом, в результате стадии созревания один сперматоцит I порядка (с формулой 2n4c) дает четыре сперматиды (с формулой nc), а один овоцит I порядка (с формулой 2n4c) образует одну зрелую яйцеклетку (с формулой nc) и три редукционных тельца. Отмеченные выше различия в ходе овогенеза и сперматогенеза имеют определенный биологический смысл, связанный с разным функциональным назначением мужских и женских гамет (помимо переноса генетической информации). Накопление в цитоплазме яйцеклетки большого количества запасных питательных веществ необходимо, так как на этой «базе» осуществляется развитие дочернего организма из оплодотворенного яйца. Неравномерное клеточное деление при овогенезе и обеспечивает формирование крупной яйцеклетки. Функция же сперматозоидов заключается в отыскании яйцеклетки, проникновении в нее и доставке своего хромосомного набора. Их существование кратковременно, а поэтому нет необходимости в запасании большого количества веществ в цитоплазме. А поскольку сперматозоиды в массе гибнут в процессе поиска яйцеклетки, их образуется огромное количество.

Центральное событие в процессе гаметогенеза — редукция диплоидного набора хромосом (в ходе мейоза) и формирование гаплоидных гамет.

4.   Стадия формирования, или спермиогенеза (только при сперматогенезе). В результате этого процесса каждая незрелая сперматида превращается в зрелый сперматозоид (с формулой nc), приобретая все структуры, ему свойственные. Ядро сперматиды уплотняется, происходит сверхспирализация хромосом, которые становятся функционально инертными. Комплекс Гольджи перемещается к одному из полюсов ядра, формируя акросому. К другому полюсу ядра устремляются центриоли, причем одна из них принимает участие в формировании жгутика. Вокруг жгутика спирально закручивается одна митохондрия. Почти вся цитоплазма сперматиды отторгается, поэтому головка сперматозоида ее почти не содержит.

 Сперматогенез (от греч. сперма, сперматос — семя и генезис — происхождение, возник­новение) — это процесс образования зрелых мужских половых клеток — сперматозоидов. У человека он протекает в семенниках, или яичках, и делится на четыре периода: размно­ жение, рост, созревание и формирование.

В период размножения первичные половые клетки делятся митотически, вследствие чего образуются диплоидные сперматогонии. В период роста сперматогонии накапливают пита­тельные вещества в цитоплазме, увеличиваются в размерах и превращаются в первичные сперматоциты, или сперматоциты 1­го порядка. Лишь после этого они вступают в мейоз (период созревания), в результате которого образуется сначала два вторичных спермато­ цита, или сперматоциты 2­го порядка, а затем — четыре гаплоидных клетки с еще до­ статочно большим количеством цитоплазмы — сперматиды. В период формирования они утрачивают почти всю цитоплазму и формируют жгутик, превращаясь в сперматозоиды.

Источник: www.sites.google.com

Вспомните!

Где в организме человека происходит образование половых клеток?

Яйцеклетки – женские половые гаметы образуются в яичниках, парных органах. Сперматозоиды – мужские половые клетки образуются в семенниках, парных органах.

Какой набор хромосом содержат гаметы? Почему?

Гаплоидный набор – это половинный набор хромосом, одинарный (нечетное число), такой набор содержится в половых клетках (гаметах) обозначается n. Например, гаплоидный набор хромосом человека n=23. Так как при оплодотворении двух половых клеток восстанавливается полный диплоидный набор организма – зиготы.

Вопросы для повторения и задания

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

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 их длина всего около 60 мкм.

Яйцеклетка имеет:

-большие размеры

-округлая форма

-наличие большого количества желтка (питательные вещества будущего зародыша)

-наличие яйцевых оболочек

Сперматозоиды имеют:

-небольшие размеры

-разнообразные формы у разных млекопитающих

-орган передвижения (жгутики от 1 до нескольких)

-большое количество митохондрий

-отсутствие рибосом и ЭПС, видоизмененный аппарат Гольджи.

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

От запаса питательных веществ. У млекопитающих развитие идет в утробе матери, ее размеры не могут быть большими, так как зародыш развивается в матке, сама матка пронизана кровеносными сосудами, которые так же служат источником питательных веществ и кислорода.

3. Какие периоды выделяют в процессе развития половых клеток?

1 этап – размножение первичных половых клеток

2 этап – рост половых клеток

3 этап – созревание половых клеток

4 этап – формирование половых клеток (только для сперматогенеза), в овогенезе на 4 этапе происходит отмирание полярного тельца ил формирование яйцевых оболочек.

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

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.

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. 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.

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.

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. 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 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.

5. Перечислите отличия мейоза от митоза.

6. В чём заключается биологический смысл и значение мейоза?

1) является основным этапом гаметогенеза;

2) обеспечивает передачу генетической информации от организма к организму при половом размножении;

3) дочерние клетки генетически не идентичны материнской и между собой.

А так же, биологическое значение мейоза заключается в том, что уменьшение числа хромосом необходимо при образовании половых клеток, поскольку при оплодотворении ядра гамет сливаются. Если бы указанной редукции не происходило, то в зиготе (следовательно, и во всех клетках дочернего организма) хромосом становилось бы вдвое больше. Однако это противоречит правилу постоянства числа хромосом. Благодаря мейозу половые клетки гаплоидны, а при оплодотворении в зиготе восстанавливается диплоидный набор хромосом

Подумайте! Вспомните!

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

Да. Такой тип размножения называется партеногенез. Партеногенез (Parthenogenesis — от греч. parthenos — девушка, девственница + genesis-зарождение) — форма полового размножения, при котором развитие организма происходит из женской половой клетки (яйцеклетки) без оплодотворения ее мужской (сперматозоид).

Это половое, но однополое размножение, возникшее в процессе эволюции организмов у раздельнополых форм. В тех случаях, когда партеногенетические виды представлены только самками, одно из главных биологических преимуществ партеногенеза заключается в ускорение темпа размножения вида, так как все особи подобных видов способны оставить потомство. В случае если из оплодотворенных яйцеклеток развивается самка, а из неоплодотворенных самец, партеногенез способствует регуляции численности и соотношения полов (например, у пчел партеногенетически развиваются самцы — трутни, а из оплодотворенных — самки — матки и рабочие пчелы).

Партеногенетически может развиваться либо яйцеклетка, прошедшая мейоз и содержащая гаплоидный набор хромосом(n) (генеративный, гаплоидный, или мейотический партеногенетический), либо яйцеклетка одной из премейотических стадий оогенеза с сохранением свойственного данному виду хромосомного набора — диплоидного (2n) или полиплоидного (3n, 4n, 5n редко 6n , 8n) (амейотический партеногенез). При некоторых формах партеногенеза слияние гаплоидного ядра яйцеклетки с гаплоидным ядром направительного (полярного) тельца приводит к восстановлению диплоидности (аутомиктический партеногенез). От этих особенностей партеногенеза зависит генотип, пол партогенетического потомства, а так же сохранение или утрата гетерозиготности, приобретение гомозиготности и др.

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

Сперматозоиды – это мужские половые клетки, обладающие способностью к активному движению за счет жгутика. Спермий – это мужская половая клетка растений (голосеменные, покрытосеменные), лишенная жгутиков; передвигается пассивно — в результате роста пыльцевой трубки.

Источник: resheba.me