Образование половых клеток. Мейоз

Вопрос 1. Опишите строение половых клеток.

Половые клетки (гаметы) бывают двух ти­пов. Женские гаметы — это яйцеклетки, муж­ские — сперматозоиды. Яйцеклетки круп­ные, округлые, неподвижные; они могут со­держать запас питательных веществ в виде желтка (особенно много желтка в икринках рыб, яйцах пресмыкающихся и птиц). Спер­матозоиды — мелкие подвижные клетки, которые, как правило, имеют головку, шейку и хвост-жгутик, обеспечивающий их подвижность. В шейке располагаются митохондрии, в головке — ядро, содержащее хромосомы. У се­менных растений мужские гаметы переносят­ся к яйцеклеткам с помощью особой структу­ры — пыльцевой трубки. В связи с эти они не имеют жгутика и называются спермиями.

Вопрос 2. От чего зависит размер яйцеклеток? 

Размер яйцеклеток зависит от наличия или отсутствия в них запаса питательных веществ. Яйцеклетки, содержащие много желтка (на­пример, у птиц), имеют размеры от нескольких миллиметров до 15 см. Яйцеклетки, почти не содержащие запаса питательных веществ, зна­чительно мельче. В свою очередь, количество желтка определяется тем, развивается ли оп­лодотворенная яйцеклетка самостоятельно, либо заботу о зародыше берет на себя материн­ский организм. В последнем случае какой-либо значительный запас питания не нужен (у плацентарных млекопитающих размер яйце­клеток составляет всего 0,1-0,3 мм).

Вопрос 3. Какие периоды выделяют в процессе развития половых клеток?

В ходе развития половых клеток выделяют:

• период размножения — клетки стенок половых желез активно делятся митозом, об­разуя незрелые половые клетки (клетки-пред­шественницы); у мужчин этот процесс начина­ется с наступлением половой зрелости и идет почти всю жизнь, у женщин завершается еще в эмбриональном периоде;
• период роста — происходит увеличение цитоплазмы клеток-предшественниц, накоп­ление необходимых питательных и строитель­ных веществ, удвоение ДНК; этот процесс луч­ше выражен у яйцеклеток;
• период созревания — происходит мейотическое деление клеток-предшественниц, при­водящее к образованию из одной диплоидной клетки четырех гаплоидных; при сперматоге­незе все четыре клетки одинаковые, в даль­нейшем они превращаются в зрелые спермато­зоиды; в овогенезе формируются три мелкие клетки (направительные тельца) и одна круп­ная (будущая яйцеклетка).

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

В процессе сперматогенеза клетка-пред­шественница претерпевает два последователь­ных деления. В результате первого деления об­разуются две клетки, несущие гаплоидный на­бор хромосом (каждая хромосома содержит по две хроматиды). Перед вторым делением удвое­ния генетического материала не происходит. В результате образуются четыре клетки — буду­щие сперматозоиды, которые постепенно приоб­ретают зрелый вид и становятся подвижными.

В овогенезе профаза I мейоза завершается в эмбриональном периоде; дальнейшие стадии идут лишь после полового созревания. Раз в месяц одна из клеток продолжает развитие. В результате первого деления образуется круп­ная клетка-предшественница яйцеклетки и мелкое полярное тельце, которые вступают во второе деление. На стадии метафазы II пред­шественница яйцеклетки овулирует — выхо­дит из яичника и попадает в брюшную полость, а затем в яйцевод. Второе мейотическое деле­ние завершается, только если произошло опло­дотворение. В противном случае так и не сфор­мировавшаяся женская гамета погибает и вы­водится из организма. Полярные тельца также через некоторое время погибают. Их роль — удаление избытка генетического материала и перераспределение питательных веществ (практически все они достаются яйцеклетке).

Вопрос 5. Перечислите отличия мейоза от ми­тоза.

Мейоз, в отличие от митоза, состоит из двух делений. Профаза I гораздо продолжи­тельнее профазы митоза. На этой стадии мейо­за происходит конъюгация гомологичных хро­мосом; они могут обмениваться участками, что приводит к перекомбинации наследствен­ной информации. Между первым и вторым де­лением мейоза удвоения генетического мате­риала не происходит.

Принципиальным отличием мейоза являет­ся то, что в анафазе I к разным полюсам клетки расходятся не хроматиды (как в анафазе мито­за), а гомологичные хромосомы. Именно в этот момент происходит превращение диплоидного хромосомного набора в гаплоидный.

При таком расхождении в формирующихся клетках образуется случайная комбинация материнских и отцовских хромосом, что опре­деляет генетическое разнообразие будущих га­мет. Иными словами, в результате мейоза воз­никают генетически различающиеся клетки, в то время как после митоза все дочерние клет­ки идентичны исходной материнской.

Вопрос 6. В чем заключается биологический смысл и значение мейоза?

Биологический смысл мейоза заключается в поддержании постоянства числа хромосом в ряду поколений. Значение мейоза состоит в том, что он создает возможность полового раз­множения, поскольку именно в результате мейо­за образуются гаплоидные гаметы. В ходе опло­дотворения такие гаметы сливаются, что ведет к восстановлению диплоидности. В отсутствие мейоза слияние диплоидных клеток приводило бы к удвоению числа хромосом у каждого по­следующего поколения. К тому же, благодаря перекомбинации участков гомологичных хро­мосом в профазе I, а также случайному расхож­дению хромосом в анафазе I, увеличивается ге­нетическое разнообразие потомства.