- Сравнительная характеристика половых клеток животных
- Образование половых клеток у животных
- Оплодотворение
- Условия оплодотворения
- Биологическое значение оплодотворения
- Типы оплодотворения животных
- Этапы оплодотворения
- Формы оплодотворения
- Оплодотворение у цветковых растений
- Выделять существенные признаки овогенеза и сперматогенеза
- Приводить доказательства преимущества внутреннего оплодотворения перед наружным
- При половом размножении молодая особь развивается в результате слияния двух половых клеток. Однако в клетках потомства количество хромосом не увеличивается, а остаётся постоянным. Объясните, почему число хромосом в клетках не увеличивается с каждым поколением.
Гаметы, или половые клетки — репродуктивные клетки, имеющие гаплоидный (одинарный) набор хромосом и участвующие в частности в половом размножении.
Сравнительная характеристика половых клеток животных
|
Признаки
|
Яйцеклетки (рис. 1Б)
|
Сперматозоиды (рис. 1А)
|
|
Место образования
|
Яичники
|
Семенники
|
|
Процесс образования
|
овогенез, или оогенез
|
сперматогенез
|
|
Хромосомный
|
гаплоидный
|
гаплоидный
|
|
Размер
|
крупные
|
мелкие
|
|
Особенности строения
Почему яйцеклетка млекопитающих во много раз меньше яйцеклетки птиц?
|
Округлые клетки, содержащие в цитоплазме запас питательных веществ в виде желтка.
В ядрах содержатся ДНК и запасные и-РНК, в которых записана структура важнейших белков будущего зародыша.
В зависимости от количества и характера распределения желтка выделяют несколько видов яйцеклеток: - изолецитальные — с равномерным распределением желтка (моллюски, ланцетник); - телолецитальные — с неравномерным (некоторые рыбы, птицы, рептилии, яйцекладущие млекопитающие); - алецитальные — с небольшим количеством желтка (плацентарные млекопитающие).
|
Сперматозоид состоит из: - головки, в которой находится ядро с гаплоидным набором хромосом; - шейки, в которой находятся центриоли и митохондрии; - хвоста, образованного микротрубочками (много митохондрий). - акросомы в передней части головки есть (видоизменённый аппарат Гольджи), в которой находится особый фермент, необходимый для растворения оболочки яйцеклетки.
|
|
Подвижность
|
Неподвижные
|
Подвижные
|
|
Количество
|
Образуется немного, например, у женщины, способной к деторождению, формируется около 400 яйцеклеток.
|
Образуется огромное количество, например у мужчины в течение жизни созревает до 1010 сперматозоидов.
|
Рис. 1. Строение половых клеток животных: А — сперматозоид; Б — яйцеклетка
Воспроизведение является одним из важнейших свойств жизни. Преемственность заключается в том, что в процессе воспроизведения дочернему поколению передаётся вся генетическая информация, заложенная в родительском поколении.
Образование половых клеток у животных
Гаметогенез — процесс образования половых клеток, который происходит в несколько стадий (фаз).
|
Овогенез
|
Сперматогенез
|
|
Процесс образования женских половых клеток. Происходит в яичниках Образуются яйцеклетки
|
Процесс образования мужских половых клеток. Происходит в семенниках Образуются сперматозоиды
|
|
I — период размножения
|
|
|
Хромосомный набор: диплоидный (2n) Процесс: деление митоз. Результат: первичные половые клетки зачаткового эпителия, делятся митозом, в результате увеличивается их количество.
|
|
|
Интенсивно размножаются в период внутриутробного развития.
Образуется: овогенная ткань зачаткового эпителия (овогонии)
|
Начинается внутриутробно, потом приостанавливается, затем возобновляется с периода полового созревания и продолжается почти всю жизнь. Интенсивно — в период половой зрелости в течении всего репродуктивного периода. Образуется: сперматогенная ткань зачаткового эпителия (сперматогонии)
|
|
II — период роста
|
|
|
Хромосомный набор: диплоидный (2n) Процесс: интерфаза. Результат: рост клетки, накопление питательных веществ.
|
|
|
Значительно продолжителен. Клетка сильно увеличивается в размерах, запасая желток (совокупность питательных веществ: белки, липиды, углеводы). Накапливается РНК (для синтеза белков у зародыша). Образуются: овоциты I порядка
|
Выражен не резко. Клетки растут и незначительно увеличиваются в размерах.
Накапливается АТФ (для активного перемещения). Образуются сперматоциты I порядка
|
|
III — период созревания
|
|
|
Хромосомный набор: гаплоидный (1n, 1chr, 1c) Процесс: мейоз. Результат: из одной первичной диплоидной клетки образуется четыре гаплоидные клетки.
|
|
|
Цитоплазма всегда остаётся в одной клетке, а другие три клетки становятся направительными тельцами ⇒ образуется одна крупная жизнеспособная клетка и три мелкие, которые погибают (1 яйцеклетка и 3 направительных тельца). Образуются: - мейоз I — овоциты II порядка (внутриутробно), - мейоз II — оотиды (яйцеклетка) в период половой зрелости может завершиться только после оплодотворения, ежемесячно).
|
Одинаковые по величине: цитоплазма распределяется равномерно по всем клеткам образуется ⇒ 4 равноценные клетки Образуются: Мейоз I — сперматоциты II порядка, Мейоз II — сперматиды.
|
|
IV — период формирования
|
|
|
Хромосомный набор: гаплоидный (n) Результат: образование созревших половых клеток.
|
|
|
Эта стадия отсутствует.
|
Формирование созревшего сперматозоида со специфическим строением, длительный: из гаплоидных клеток формируются подвижные сперматозоиды — спермиогенез. Образуются: сперматозоиды.
|
Рис. 2. Гаметогенез животных: А — сперматогенез; Б — овогенез
Оплодотворение
Оплодотворение — это процесс слияния гамет, в результате которого образуется зигота.
Зигота — первая клетка нового организма, которая в ядре содержит генетический материал сперматозоида и яйцеклетки, т. е. восстанавливается диплоидный набор хромосом: n + n = 2n.
Условия оплодотворения
- Одновременное созревание гамет.
- Своевременная доставка мужских гамет к женским.
- Биологическая совместимость двух половых клеток.
Биологическое значение оплодотворения
- Осуществление материальной непрерывности между поколениями.
- Восстановление диплоидного набора хромосом.
- Объединение в одном организме отцовских и материнских наследственных задатков.
- Обеспечение относительного постоянства вида.
Типы оплодотворения животных
|
Внешнее
|
Внутреннее
|
|
Происходит вне тела самки, обычно в водной среде (рыбы, земноводные, многие моллюски, некоторые черви)
|
Происходит в половых путях самки (практически все наземные и некоторые водные виды организмов)
|
Этапы оплодотворения
|
1 этап — сближение сперматозоида и яйцеклетки (рис. 3.1)
|
- цитоплазматическая мембрана сперматозоида встраивается в мембрану яйцеклетки
|
|
2 этап — проникновение одного сперматозоида в яйцеклетку (рис. 3.2)
|
- отслаивание от яйцеклетки оболочки оплодотворения, что препятствует проникновению других сперматозоидов - активация в яйцеклетке метаболических процессов (в т. ч. завершение мейоза II с образованием зрелого овоцита) - проникновение в цитоплазму яйцеклетки ядра сперматозоида (оно набухает и достигает величины ядра яйцеклетки)
|
|
3 этап — слияние ядер сперматозоида и яйцеклетки (рис. 3.3)
|
- восстановление диплоидности
|
Рис. 3. Этапы оплодотворения
3.1 — сближение сперматозоида и яйцеклетки
3.2 — проникновение одного сперматозоида в яйцеклетку
3.3 — слияние ядер сперматозоида и яйцеклетки
Формы оплодотворения
Полиспермия — слияние с яйцеклеткой нескольких сперматозоидов, при этом с ядром сливается ядро только одного сперматозоида, а ядра других разрушаются. Тем не менее для оплодотворения требуется участие многих сперматозоидов, так как они выделяют ферменты, обеспечивающие их проникновение в яйцеклетку.
Самооплодотворение — истинное слияние половых клеток, но лишь одного организма. Не связано с генетической рекомбинацией. Характерно для некоторых растений (фиалки), для плоских червей (бычий и свиной цепень).
Перекрёстное оплодотворение — слияние половых клеток разных мужских и женских особей одного вида. У многих раздельнополых животных оплодотворение бывает только перекрёстным. Даже у гермафродитных видов, особи которых обладают одновременно органами разных полов, есть механизмы, препятствующие самооплодотворению:
- созревание гамет разного пола в одном организме происходит в разное время;
- яйца гермафродита, оплодотворённые собственными сперматозоидами, не развиваются.
Оплодотворение у цветковых растений
Для цветковых растений характерен особый тип оплодотворения, который был открыт русским учёным Сергеем Гавриловичем Навашиным (1857–1930) в 1898 году и получил название двойного оплодотворения.
|
В завязи пестика развивается женский гаметофит, который представлен зародышевым мешком, содержащим восемь гаплоидных ядер. Два из них сливаются и образуют центральное диплоидное ядро. Таким образом, в зародышевом мешке содержится одна диплоидная клетка, одна яйцеклетка и пять гаплоидных вспомогательных клеток (рис. 4А).
|
Пыльцевое зерно (мужской гаметофит) созревает в пыльниках тычинок и имеет две клетки: генеративную и вегетативную. Первая содержит два неподвижных спермия, а вторая прорастает в пестике, образует пыльцевую трубку, по которой они проникают в завязь (рис. 4Б).
|
|
Когда спермии проникают в зародышевый мешок, один из них сливается с яйцеклеткой, а другой — с диплоидной клеткой. В результате в дальнейшем из оплодотворённой яйцеклетки развивается зародыш, а из крупной центральной триплоидной клетки формируется эндосперм — запас питательных веществ для него. Таким образом, у цветковых растений в оплодотворении участвуют два спермия, за что процесс получил название двойного оплодотворения (рис. 5).
|
|
Рис. 4. Гаметофиты цветковых растений. А – женский гаметофит; Б – мужской гаметофит
Рис. 5. Этапы двойного оплодотворения
После оплодотворения
Из семязачатка образуется семя:
- из завязи — плод;
- из стенок завязи — кожура плода,
- из покровов семязачатка — кожура семени:
- зигота путём митотических делений превращается в многоклеточный зародыш;
- из триплоидной клетки — эндосперм.
Кратное увеличение числа хромосом в эндосперме повышает интенсивность обмена веществ и ускоряет рост клеток эндосперма.
Контрольные вопросы
- Чем половое размножение отличается от бесполого?
- Что такое гаметогенез?
- Какие периоды выделяют в развитии половых клеток?
- Назовите основные отличия в развитии мужских и женских половых клеток.
- Как протекает период созревания половых клеток?
- В чём заключается биологический смысл мейоза?
- Почему зрелые половые клетки одного организма несут разные комбинации генов? Каково значение этого явления?
- Что такое оплодотворение?
- Какой набор хромосом имеет зигота?
- Для каких животных характерно наружное оплодотворение?
- Каковы особенности внутреннего оплодотворения?
- Какие оно имеет преимущества перед наружным оплодотворением?
- В чём заключается процесс двойного оплодотворения?
- Какие причины могли послужить возникновению внутреннего оплодотворения?
- В чём преимущество двойного оплодотворения покрытосеменных растений по сравнению с оплодотворением голосеменных?
Подумайте
- Для большинства наземных позвоночных (рептилий, птиц, млекопитающих) характерно внутреннее оплодотворение. В чём преимущество внутреннего оплодотворения по сравнению с наружным? Какие механизмы обеспечивают выживание потомства при наружном оплодотворении?
- Яйцеклетки многих животных поверх плазматической мембраны покрыты довольно толстой и прозрачный вителиновой оболочкой. Она отделена от плазматической мембраны пространством, заполненным жидкостью, выполняет защитную роль. Прежде чем произойдёт слияние ядра сперматозоида с ядром яйцеклетки, он должен преодолеть этот барьер. Объясните, как это происходит. Какие структуры сперматозоида этому способствуют?
