Сущность жизни

Вид материала

Содержание

Половое размножение
Половые клетки ( гаметы )
Резко телолецитальные яйцеклетки
Третичные оболочки
Гаметогенез у животных
Фаза размножения
Фаза роста
Фаза роста
Схема гаметогенеза

Подобный материал:

1 ... 12 13 14 15 16 17 18 19 ... 49

Половое размножение

Носит универсальный характер , т. е. свойственно практически всем живым организмам ( возможно что у организмов , не размножающихся половым путём , этот процесс просто неизвестен исследователям , хотя и существует реально )

Предполагают , что в процессе эволюции половому размножению , которое существует уже более 3 млрд. лет предшествовало бесполое , которое возникло раньше полового

Биологическое значение полового размножения :

увеличение числа особей ( самовоспроизведение ) ; особи при этом имеют перекомбинированные наследственные свойства и признаки двух родителей и поэтому чрезвычайно разнообразны
обеспечение биологического разнообразия , наследственной изменчивости особей одного вида , что даёт материал для естественного отбора , прогрессивной эволюции , адаптациогенеза )

Складывается из четырёх основных процессов :

гаметогенез – образование половых клеток ( гамет )
оплодотворение (половой процесс ) – слияние гамет и их ядер и образование зиготы
эмбриогенез ( дробление зиготы , формирование и развитие зародыша )
постэмбриогенез ( рост и развитие организма в послезародышевый период )

Половые клетки ( гаметы )

Гаметы – это специализированные к выполнению репродуктивной функции половые клетки , при слиянии которых образуется зигота , из которой развивается новая особь ( женские половые клетки называют яйцеклетками мужские – сперматозоидами , сперматозоонами , спермиями )

Гаметы – высокодифференцированные клетки , отличающиеся следующими признаками :

имеют гаплоидный набор хромосом в ядрах , что обеспечивает восстановление в зиготе типичного для данного вида диплоидного набора хромосом
низкий уровень обменных процессов , близким к состоянию анабиоза
изменённые ядерно- плазматические отношения ( отношения объёма ядра к цитоплазме )
не способны к митотическому делению

У большинства организмов половые клетки делятся на материнские ( яйцеклетки ) и отцовские ( сперматозоиды ) , которые отличаются рядом структурных и функциональных признаков ( половой диморфизм )

Яйцеклетки

Сперматозоиды ( сперматозооны )

Неподвижна , не имеет специальных органов активного движения ( у человека преодолевает расстояние до полости матки , равное 10 см., за 4 –7 суток )
Имеют крупные размеры ( большой объём цитоплазмы ); у млекопитающих имеет размер около100 – 200 мкм , наибольшая яйцеклетка у сельдевой акулы – более 29 см.
Очень низок уровень обмена веществ (близок к анабиозу)
Имеют дополнительные оболочки , выполняющие защитные функции и способствуют внедрению (имплантации) зародыша в стенку матки у плацентарных животных
Образуют и накапливают в цитоплазме желток и пигменты в виде гранул ( запас питательных веществ )
Имеют множество митохондрий и пластид ( у растений )
Не имеют акросомы

Характерна цитоплазматическая сегрегация – после оплодотворения в ещё не дробящемся яйце происходит закономерное перераспределение цитоплазмы , определяющее направление развития тканей зародыша
Имеют полярность , вследствие возникновения анимального и вегетативного полюсов
Имеют шарообразную или слегка вытянутую форму

.Не несут заряда

Образуются в незначительных , по сравнению со сперматозоидами , количествах
Окружены жидкостью , имеющей кислую среду

Образуются у животных в яичниках ( у растений в архегониях )
Имеют сниженные ядерно – плазматические отношения , т. к. имеют большой объём цитоплазмы

16. Способность вступать в митотический цикл восстанавливается при оплодотворении

17.Отсутствует

18.Протоплазма имеет коллоидное состояние

19.Мало устойчивы к неблагоприятным факторам среды

Подвижны , имеют аппарат активного движения в виде жгутика ( у человека развивает скорость до 5 см\ч ); спермии растений даже без жгутика тоже подвижны
Очень мелкие , очень небольшое количество цитоплазмы ( у человека - 50 -70мкм , крокодила – 20мкм) ; главная задача – транспортировка ДНК особи к яйцеклетке
Обмен веществ протекает очень активно
Не имеют дополнительных оболочек

Не образуют желтка и пигментов , не имеют запаса питательных веществ
Сперматозоиды растений не имеют пластид
Имеют акросомный аппарат ( акросома ) – видоизменённый аппарат Гольджи , содержащий ферменты для растворения оболочки яйцеклетки при оплодотворении
Цитоплазматическая сегрегация не происходит

Не полярны

Имеют головку ( акросома и ядро ) , шейку ( центриоль и спиральная нить , образованная из митохондрий ) и хвост ( осевая нить жгутика
Все сперматозоиды несут одноимённый отрицательный заряд , что препятствует их склеиванию
У животных образуется колоссальное число(10⁷10¹⁰штук при каждом половом акте у человека выделяеся 200 млн.)
У млекопитающих локализуются в семенной жидкости , имеющей щелочную среду
Образуются у животных в семенниках ( у растений в антеридиях )
Имеют высокие ядерно- плазматические отношения благодаря малому количеству цитоплазмы

16. Не вступают в митотический цикл

17.Обладают положительным хемотаксисом ( активно двигаются против тока жидкости в направлении яйцеклетки )

18.Протоплазма головки имеет жидкокристаллическое состояние

19. Более устойчивы к неблагоприятным условиям среды

У однодомных растений и гермафродитных животных яйцеклетки и сперматозоиды развиваются в одном организме

Организация яйцеклеток животных

В зависимости от количества желтка и характера его распределения в цитоплазме различают несколько типов яйцеклеток :

Алецитальные – имеют микроскопически малые размеры , желтка очень мало или совсем лишены его и распределён он в цитоплазме неравномерно ( у млекопитающих , человека и плоских червей )
Гомолецитальные – имеют много желтка и он равномерно распределён , заполняя весь объём цитоплазмы ( у иглокожих )
Телолецитальные – крупные яйцеклетки , имеющие много желтка и распределён он неравномерно , образуя в яйцеклетке два полюса

вегетативный полюс – сосредотачивает основную массу желтка
анимальный полюс – содержит ядро , большую часть органоидов и очень мало желтка

Умеренно телолецитальные яйцеклетки – содержат среднее количество желтка ( осетровые рыбы , амфибии – имеют размер – 1,5 - 2 мм )
Резко телолецитальные яйцеклетки – содержат очень много желтка , занимающего весь объём цитоплазмы ( на анимальном полюсе находится зародышевый диск с активной , лишённой желтка цитоплазмой ) ; размеры этих яиц крупные – 10 – 15 мм и более ( некоторые рыбы , рептилии , птицы , яйцекладущие млекопитающие )

Изолецитальные – имеют мелкие размеры с небольшим количеством желка , распределённого равномерно ( у червей , двустворчатых и брюхоногих моллюсков , ланцетника )
Центролецитальные – желток концентрируется вокруг ядра , расположенного в центре , а переферические слои цитоплазмы лишены питательных веществ и пигментов ( у насекомых )

Оболочки яйцеклеток

Выполняют следующие функции :

связь зародыша с окружающей средой
механическая защита и защита от проникновения микроорганизмов , обезвоживания
терморегуляция , газообмен

Оболочки по их происхождению делят на первичные , вторичные и третичные

Первичная оболочка – представляет собой производное цитоплазмы и носит название желточной оболочки ( характерна для всех яйцеклеток животных )
Вторичные оболочки – образуются за счет деятельности клеток , питающих яйцеклетку – хитиновые оболочки яиц насекомых и других членистоногих
Третичные оболочки- возникают в результате деятельности половых путей – это скорлуповая , подскорлуповая и белковая оболочки яйца птиц и рептилий , студенистая оболочка яйцеклеток земноводных

Гаметогенез у животных

Гаметогенез – процесс образования и развития половых клеток ( гамет ) протекающий в половых железах ( гонадах )

Разделяется на :

Сперматогенез – образование зрелых мужских гамет ( сперматозоидов ) в мужских гонадах ( семенниках )

Овогенез ( оогенез ) – процесс образования и развития женских гамет ( яйцеклеток или ооцитов ) в яичниках

Условно обе формы гаметогенеза делят на несколько фаз : размножения , роста , созревания и выделяемую только при сперматогенезе фазу формирования ( каждая фаза протекает в одноимённой зоне гонад )

Фаза размножения

Характеризуется многократными митотическими делениями диплоидных соматических клеток стенки семенника или яичника ( гонадоцитов или гоноцитов – 2n2c )
В результате образуются многочисленные мелкие диплоидные клетки - предшественники гамет – сперматогонии и овогонии – 2n2c

Фаза роста

Происходит увеличение объёма цитоплазмы клеток , накопление ряда веществ , необходимых для дальнейших делений , репликация ДНК и удвоение хромосом ( клеточная формула 2n4с )
В фазе роста клетки получают название сперматоцитов и овоцитов I порядка

Фаза роста более выражена в овогенезе , поскольку овоциты I порядка накапливают значительные количества питательных веществ ( ооциты при этом увеличиваются в размерах в сотни и даже в тысячи раз

Фаза созревания

Осуществляется мейоз – два последовательных деления созревания – редукционное ( мейоз I ) и эквационное ( мейоз II )
После первого мейотического деления ( редукционного ) образуются сперматоциты и овоциты II порядка , имеющие редуцированное вдвое число хромосом ( формула клетки n2c )
После второго мейотического деления ( эквационного ) из сперматоцитов II порядка образуются гаплоидные сперматиды , а из овоцита II – зрелая яйцеклетка ( клеточная формула nс )

В результате делений на стадии созревания ( мейоза ) из каждого сперматоцита I порядка образует ся 4 гаплоидных сперматиды
Каждый овоцит I порядка в результате мейоза образует только одну полноценную яйцеклетку и три редукционных ( направительных ) тельца – мелких клетки , которые погибают и не участвуют в размножении

Сперматогенез

Сперматогенез – это процесс образования зрелых мужских половых клеток ( сперматозоидов )

Происходит в мужских половых железах – семенниках ( постоянно или периодически , сезонно )

Фаза размножения

Специализированные соматические диплоидные клетки стенки семенника (2n4c) – примордиальные клетки , которые мигрируют к семенникам в раннем эмбриогенезе , многократно делятся путём митоза , что приводит к образованию многочисленных сперматогониев (2n2c)
Сперматогонии размножаются ( делятся ) на протяжении всего периода половой зрелости мужской особи ( фаза размножения у мужчин начинается с наступлением половой зрелости и продолжается постоянно в течение почти всей жизни )

Фаза роста

Увеличение сперматогониев в размерах и образование из них сперматоцитов I порядка
Происходят процессы интерфазы I мейоза (репликация ДНК) , клетки приобретают формулу (2n4c )

Фаза созревания

Мейоз ( два деления созревания – редукционное и эквационное ) сперматоцитов I порядка
После первого мейотического деления ( редукционного ) из каждого сперматоцита I порядка образуются два одинаковых гаплоидных сперматоцита II порядка( nc)
После второго мейотического деления ( эквационного ) из каждого сперматоцита II образуется две гаплоидные сперматиды ( nc)
В результате мейоза из каждого диплоидного сперматоцита I порядка образуется четыре гаплоидных сперматиды ( 2n4c --> nc )

Фаза формирования ( или спермиогенеза )

Конечный этап сперматогенеза , связанный с дифференцировкой сперматидов :

ядра сперматидов уплотняются вследствие гиперспирализации хромосом , которые становятся функционально инертны
комплекс Гольджи перемещается к одному из полюсов , образуя акросому
центриоли занимают место у другого плюса , от одной из них отрастает жгутик , у основания которого в виде спирального чехлика располагаются митохондрии
отторгается почти вся цитоплазма , т. ч. головка зрелого сперматозоида практически лишена её ; плотная упаковка и отсутствие цитоплазмы делают сперматозоид устойчивым к неблагоприятным воздействиям внешней среды ( сперма животных с выдающимися признаками может быть заморожена и храниться приочень низкой температуре в жидком азоте , сохраняясь на очень долгое время , а потом использоваться для получения высокопродуктивного потомства )

Фаза формирования продолжается у человека почти четыре недели

Сперматогенез отличается высокой производительностью , за время половой жизни мужчина продуцирует не менее 500 млрд. сперматозоидов

У взрослого человека сперматогенез осуществляется в течение всего года

Время развития примитивных сперматогониев в зрелые сперматозоиды составляет около 74 дней

Овогенез

Овогенез ( оогенез ) – процесс формирования женских гамет ( яйцеклеток )

Происходит в женских половых железах ( яичниках )

Обеспечивает специализацию клетки , гаплоидный набор хромосом в ядре яйцеклетки и снабжение зиготы питательными веществами
Механизм овогенеза в основных чертах сопоставим со сперматогенезом
У млекопитающих и человека овогенез начинается ещё до рождения

Фаза размножения

Соматические диплоидные клетки стенки яичников – гоноциты (2n4c) многократно делятся путём митоза , что приводит к формированию многочисленных мелких клеток с крупным ядром - овогониев (2n2c) , которые локализуются в фолликулах яичников

Размножение овогоний человека начинается в эмбриогенезе и завершается на 3-м году жизни ( наиболее интенсивно протекает между 3-м и 7-м месяцами эмбриогенеза ; на 5-м месяце в зачатке женской половой железы насчитывается 6 000 000 клеток–предшественниц яйцеклеток – овогоний , часть из них погибает и к 7-летнему возрасту их остаётся около 300 000

Фаза роста

Увеличение размеров овогониев и превращение их в овоциты I порядка ( первичные овоциты )
Первичные овоциты питаются , увеличиваются в размерах , образуют и распределяют характерным для каждого вида образом желточные и пигментные гранулы , происходит цитоплазматическая сегрегация , происходит репликация ДНК ( клеточная формула – 2n4c )

У человека первичные овоциты формируются уже на 3-м месяце внутриутробного развития , после чего вступают в профазу первого мейотического деления ( редукционного )

Фаза созревания

Первичные овоциты претерпевают мейоз ( два последовательных деления созревания – редукционное и эквационное )

Ко времени рождения девочки все первичные овоциты уже находятся в профазе первого мейотического деления
Первичные овоциты остаются в профазе редукционного деления ещё в течение многих лет , вплоть до наступления половой зрелости женского организма , когда фолликулы яичника созревают
После созревания фолликулов яичников профаза первого мейотического деления в первичных овоцитах возобновляется

В результате первого мейотического деления ( редукционного деления ) из каждого первичного овоцита образуется две неравные по объёму цитоплазмы и желтка дочерние клетки :

овоцит или ооцит II порядка ( вторичный овоцит ) – относительно крупная клетка ( n2c)
первичное редукционное ( направительное , полярное ) тельце – I полоцит – очень мелкая клетка (n2c)

Во второе мейотическое деление ( эквационное деление ) вступают и вторичный овоцит и I полярное тельце ( полоцит I )
В результате второго мейотического деления из вторичного овоцита образуется овотида ( зрелая яйцеклетка ) с клеточной формулой (nc) и вторичное полярное тельце ( полоцит II ) , а из I полярного тельца – ещё два полярных , направительных тельца (nc)
Полярные тельца не способны к дальнейшему развитию , не становятся половыми клетками , не участвуют в размножении и в дальнейшем рассасываются ( биологический смысл образования полярных , направительных телец заключается в необходимости сохранения в яйцеклетке максимального количества желтка , т. к. сами содержат его очень мало )

Очень существенным отличием овогенеза от сперматогенеза является наличие в ней специальной стадии – диктиотены ; на этой стадии , которая наступает в профазе I , мейоз I в первичных овоцитах прерывается на многие годы и возобновляется лишь после созревания фолликулов яичника

Второе мейотическое деление и образование яйцеклетки у млекопитающих и человека начинается и доходит до стадии метафазы II только , когда овоцит II порядка проходит ( овулирует ) из яичника в фаллопиеву трубу и заканчивается , только после проникновения сперматозоида внутрь вторичного овоцита ( это событие происходит в в фаллопиевой трубе – яйцеводе ) ; в случае , если сперматозоид не проникнет во вторичный овоцит , второе мейотическое деление не завершается и яйцеклетка не образуется ( однако , по традиции для удобства яйцеклеткой называют овоцит вторго порядка , готовый к взаимодействию со сперматозоидом )

Таким образом из одного первичного овоцита в результате двух мейотических делений образуется одна овотида ( зрелая яйцеклетка ) и 3 редукционных ( полярных ) тельца , которые не участвуют в размножении и вскоре погибают

В яичниках человека на протяжении жизни обычно созревают 300 – 400 вторичных овоцитов ( впоследствии , возможно , яйцеклеток ) , но в месяц лишь один овоцит II (процесс выхода вторичного овоцита из яичника в яйцевод называется овуляцией и имеет определённую цикличность )