Полезная информация
Половые клетки представляют собой специализированные клетки, благодаря которым происходит процесс полового размножения. Женские и мужские половые клетки отличаются от соматических (всех остальных клеток тела) : они содержат половинный набор хромосом. В процессе оплодотворения происходит восстановление числа хромосом. Особенности формирования, строения половых клеток обеспечивают их функциональную специфичность.
Женские и мужские половые клетки: строение
Гаметы (половые клетки) характеризуются гаплоидным (одинарным) набором хромосом. То есть в половых клетках человека содержится 23 хромосомы: 22 аутосомные и 1 половая. Типы половых клеток (мужская или женская) отличаются именно по половой хромосоме: женская половая клетка (гамета) содержит Х-хромосому, мужская –Х или Y-хромосому. В процессе оплодотворения именно от сочетания половых хромосом зависит пол будущего ребенка: ХХ – женский, ХY – мужской.
Строение половых клеток отличается невероятной структурной организованностью и целесообразностью. Мужские половые клетки (сперматозоиды), которые в женском половом тракте должны быть высокомобильными, являются маленькими клетками, которые лишены цитоплазмы и состоят из головки, содержащей ядро с генетическим материалом, и хвоста – органа передвижения. Из клеточных элементов они содержат только митохондрии, обеспечивающие энергию для передвижения, акросомальную вакуоль, содержащую протеолитические ферменты для растворения оболочек яйцеклетки, и проксимальную центриоль. Общая длина сперматозоида составляет примерно 60 мкм, причем 55 из них приходится на долю хвоста.
Акросомальная вакуоль мужской половой клетки содержит следующие ферменты:
Сперматозоиды при выходе из яичка еще морфологически незрелые, способность к оплодотворению и подвижность они приобретают в семявыносящих путях. Кроме того, мужские половые клетки содержат ряд специфических антигенов, инактивация которых также происходит в семявыносящих путях.
Женская половая клетка (яйцеклетка) представляет собой крупную неподвижную клетку. В ней содержится большой запас трофических веществ, которые необходимы для раннего развития зародыша. Кроме того, для формирования бластомеров (первых генераций клеток зародыша) в яйцеклетке содержится достаточное количество цитоплазматических структур. Яйцеклетка человека является олиголециальной, то есть она не содержит большого количества желтка.
Особенностью половых клеток высших плацентарных, в том числе и человека, является то, что зрелая половая клетка не существует изолированно, она всегда находится в тесном контакте с окружающими ее соматическими клетками, создающими оболочку. Комплекс женской половой клетки с соматическими оболочками называется овариальный фолликул, или овосоматический гистион.
Образование половых клеток. Оплодотворение
Процесс развития половых клеток очень сложный и многоэтапный. Первичные гаметы (половые клетки) в эмбриональном периоде закладываются далеко от половых желез, а затем в ходе развития с током перемещающихся жидкостей переносятся к области гонад. Уже в половых железах происходит дальнейшее их формирование. В ходе дальнейшего эмбрионального развития окружающие клетки и ткани не оказывают влияние на процесс непосредственного формирования гамет, и никакие приобретенные признаки человека не передаются по наследству.
Образование женских половых клеток (овогенез)
Образование и созревание половых клеток женщины происходит в фолликулах, расположенных в ткани яичников. Примордиальные фолликулы перемещаются в ткань яичника на этапе эмбриогенеза. Отличительной особенностью является то, что женские половые клетки образуются в ткани яичника в большом количестве, к моменту рождения количество их составляет около двух миллионов. Большее количество клеток рассасывается, при этом к периоду полового созревания насчитывается примерно 300 тысяч ооцитов. Образуются женские половые клетки только в эмбриональном периоде, а до полового созревания происходит только их окончательное структурное формирование. Именно поэтому абсолютно все негативные факторы, с которыми женщина сталкивается в течение жизни, отражаются на состоянии ее гамет. Влияние алкоголя на половые клетки в любой период жизни оказывает крайне негативное действие, и его последствия сохраняются навсегда. Новые половые клетки у женщин не образуются в течение жизни, происходит только их дозревание.
В репродуктивном возрасте каждый менструальный цикл созревают несколько фолликулов. К времени овуляции (период, когда зрелая половая клетка выходит из фолликула) имеется окончательно сформированный доминантный фолликул. Происходит его увеличение в размерах, и к моменту овуляции полость с фолликулом в яичнике, заполненная жидкостью (графов пузырек), достигает 2 см в диаметре.
При созревании фолликула окружающие его клетки продуцируют гормоны – эстрогены. Перед самой овуляцией их концентрация значительно возрастает, в результате чего происходит выброс лютеинизирующего гормона. При этом происходит разрыв фолликула, и готовая к оплодотворению яйцеклетка выходит в брюшную полость, откуда затем попадает в маточные трубы.
Развитие мужских половых клеток (сперматогегез)
Мужская репродуктивная клетка формируется абсолютно другим путем. К моменту рождения в гонадах находятся зачаточные, несформированные мужские половые клетки. Процесс их окончательного формирования начинается с периода полового созревания. Отличительной особенностью формирования мужских половых клеток является то, что каждая клетка формируется примерно 75 дней, а не с момента рождения, как женские клетки.
Процесс формирования сперматозоидов происходит в извитых семенных канальцах. Сперматогонии (предшественники зрелых половых клеток мужчины) располагаются на базальной мембране, где проходят стадии митотического деления. В результате митоза образуются клетки двух типов. Сперматогонии А сохраняют способность дальше делиться путем митоза и дают начало таким же клеткам, а сперматогонии В эвакуируются с мембраны и способны делиться только путем мейоза. Именно после первого мейоза формируются клетки с одинарным набором хромосом, которые за 75 дней окончательно созревают и готовы к оплодотворению яйцеклетки.
Половые клетки: оплодотворение
Слияние двух половых клеток называется оплодотворением. Процесс оплодотворения завершается образованием зиготы. Половые клетки женщины и мужчины имеют гаплоидный (одинарный) набор хромосом, и при их слиянии восстанавливается диплоидный (двойной) набор хромосом, свойственный организму человека. При этом соединяется уникальная генетическая информация материнского и отцовского организма. Сформированная зигота обладает свойством типотолерантности – она способна дать начало разнообразным клеткам и тканям будущего организма.
Процесс оплодотворения яйцеклетки происходит в маточной трубе. Сперматозоид при помощи акросомальных ферментов разрушает оболочки яйцеклетки (лучистый венец, блестящую оболочку), происходит процесс слияния его плазматической мембраны с мембраной яйцеклетки. После этого в цитоплазму яйцеклетки проникает головка спермия. Когда генетический материал сперматозоида проник в яйцеклетку, заканчивается процесс оплодотворения, в результате которого формируется уникальная новая одноклеточная система, дающая начало новому организму.
Когда сперматозоид проникает в яйцеклетку, вышедшие из нее ферменты так модифицируют мембрану, что другие спермии уже не могут ее разрушить и проникнуть внутрь яйцеклетки. Данный процесс занимает всего несколько минут. В процессе оплодотворения принимает участие только один сперматозоид. В крайне редких случаях, когда в яйцеклетку проникают два спермия, формируется триплоидный эмбрион, однако он является нежизнеспособным и в течение нескольких дней погибает.
После оплодотворения стадия зиготы длится около 30 часов. Далее начинается дробление. Это процесс митотического деления зиготы, в результате которого увеличивается число ее клеток, но общий размер при этом остается прежним. На данном этапе клетки называются бластомерами. Через 3 дня, когда все сформированные клетки одинаковы по детерминации и по размеру, начинается этап их дифференцировки. На 5 день развития эмбрион представляет собой бластоцисту, которая состоит примерно из 200 клеток. Бластоциста – это полый шар клеток (клетки трофобласта), внутри которого находится клетки эмбриобласта. Если в бластоцисте располагаются два эмбриобласта, из такого эмбриона формируется однояйцевая двойня.
В течение всего этого периода зародыш мигрирует по маточной трубе в полость матки. Это процесс происходит под действием движений ворсинок на поверхности маточных труб. Когда эмбрион достигает полости матки, происходит его имплантация. При этом бластоциста теряет блестящую оболочку (данный процесс называется хэтчинг) и при помощи специальных отростков погружается в эндометрий. Данный процесс регулируется тесными химическими и физическими связями эндометрия и бластоцисты. Клетки трофобласта продуцируют хорионический гонадотропин, который стимулирует продукцию прогестерона клетками желтого тела, в результате чего не наступает менструация.
Именно такой сложно организованный процесс развития половых клеток обеспечивает необыкновенное явление, при котором из двух маленьких клеток с набором уникальной генетической информации формируется новый неповторимый организм – новый человек.
Российский центр доноров ооцитов предлагает широкий выбор доноров женщинам, нуждающимся в лечении бесплодия с применением донорских яйцеклеток. Обращайтесь к вам - и мы обязательно вам поможем!
Половые железы как в женском так и в мужском организме являются смешанными железами, ибо способны вырабатывать половые гормоны (эндогенная функция) и половые клетки (экзогенная функция). С деятельностью половых желез связана одна из важнейших функций организма — физиология пола и размножения.
Размножение является одним из важнейших качеств живой материи , которая предназначена обеспечить сохранение и приумножение жизни на земле К сложной функции размножения у людей относятся следующие процессы:
Образования половых гормонов и половых клеток;
После родильное выращивание ребенка.
Регуляцию прохождения и чередование указанных процессов обеспечивают гонадотропные гормоны гипофиза , половые гормоны, а также гормоны надпочечников. Главным условием реализации функции размножения является наличие половых желез и половых органов мужского и женского типа, достаточно развитые, нормально функционируют и здоровы. Эти железы и органы обусловливают первичные половые признаки. Развитие мужских и женских желез и органов размножения сопровождается значительными общими изменениями во всем организме и приводит к проявлению вторичных половых признаков.
Половые железы закладываются еще во внутриутробном периоде , формируются на протяжении всего периода детства и определяют половое развитие ребенка. Половые железы относятся к смешанным железам. Их внешняя секреция заключается в образовании и выделении наружу половых, или зародышевых клеток, а именно сперматозоидов (у мужчин) и яйцеклеток (у женщин). Внутренняя же секреция половых желез связана с образованием и выделением в кровь половых гормонов: мужских — андрогенов и женских — эстрогенов. По функциональному значению мужские и женские половые гормоны существенно отличаются друг от друга, хотя в их основе лежат близкие химические структуры. Кроме того следует заметить, что мужские и женские половые гормоны постоянно образуются в половых железах как мужчин, так и женщин, а решающее значение для определения пола имеет только их количественное соотношение. У мужчин половые железы за сутки образуют от 3 до 10 мкг1 андрогенов и 5-15 мкг эстрогенов; у женщин соответственно от 3 до 10 мкг андрогенов, но 18-36 мкг эстрогенов.
Роль половых гормонов легко проверить при повреждении или удалении половых желез, что называется кастрацией. Если кастрация проведена в детском возрасте, то половое созревание и развитие вторичных половых признаков вообще не происходит, а половое влечение позже даже не появляется. Кастрация, проведенная после полового созревания, приводит к обратному развитию первичных половых признаков и к частичной потере вторичных половых признаков (меняется характер оволосения, деградируют молочные железы и др.). Если в раннем возрасте вырабатывается недостаточное количество гормона эпифиза ганадолиберину (что до определенного периода должен сдерживать половое созревание детей), или имеет место гиперфункция половых желез, то происходит преждевременное половое созревание, быстрый рост тела и ускоренного развития вторичных половых признаков. Нарушение функции половых желез может приводить также к ряду заболеваний, среди которых выделяют: бесплодие; евнухоидизм (недостаточность у мужчин мужских половых гормонов); интерсексуальнисть (появление в мужском организме признаков женского организма и наоборот); гермафродизм (одновременное развитие в одном организме мужских и женских половых желез и соответствующих первичных и вторичных половых признаков).
Половая система мужского и женского организма имеет внутренние и наружные половые органы
У мужчин к внутренним половым органам относятся: половые железы (семенники), представленные парными яичками из придатка яичка; семьи явивидни пролива; семьи пьяные пузыри (пухирьци); пидмихурова железа (простата); луковичное железа и семявыносящих (мочевой) канал.
Наружными половыми органами мужского организма является половой член и мошонка. Последняя масс форму мешочка — термоса, в середине которого расположены яички и придатки яичек и предназначена поддерживать в своей полости температуру ниже чем в организме на 1,5-3 ° С (необходимое условие сперматогенеза).
один правильный ответ.
1) Женские
гаметы называются:
А. Фолликулы
Б. Яйцеклетки
В. Сперматозоиды
2) Половые
клетки человека содержат:
А. 46 хромосом Б.
50 хромосом
В. 23 хромосомы
3) Мужские
гаметы образуются:
A. В предстательной железе
Б. В семенниках
B. В семявыносящих протоках
4) Период
развития яйцеклетки составляет:
А. 30 дней
Б. 28 дней
В.
25 дней
5)
Имплантация и развитие зародыша происходит:
А. В маточной трубе
Б. В яичнике
В.
В матке
Выберите все
верные ответы.
6)Мужская
половая система включает в себя:
А) семенники
Б) яичники
Г)
простату
7)Оплодотворение
- это слияние:
А) яйцеклеток
В) клеток тела
Б) яйцеклеток и сперматозоидов
Г) мужской и женской половых клеток
8)Плацента:
А) детское место
Б) орган, через который осуществляется связь с материнским организмом
В) зародыш
Г) плод
9)Семенники,
как и яичники, являются железами:
А) внутренней секреции
Б) внешней секреции
В) смешанной секрецией
10)Женская и
мужская половые системы сходны тем, что:
А) образуют одинаковое количество клеток
В) выполняют функцию вынашивание плода
Г) образуют половые клетки
Вставьте
пропущенные слова.
11) В
половом размножении принимают участие мужской и женский организм,
вырабатывающие половые клетки: (1)... и (2)..., при слиянии которых образуется
(3)...
12) Зигота
человека содержит (1)... хромосом, при сочетании половых хромосом XX рождается
(2)...,a XY –(3) ...
растения.Г. Животные.А.2 Автотрофные организмы - это: А. Вирусы.Б. Рыбы.В. Животные.Г. Растения, содержащие хлорофилл.А.3 Бактериальная клетка: А. Нейрон.Б. Аксон.В. Дендрит.Г. Холерный вибрион.А.4 Отличительной особенностью растительных клеток является наличие: А. Ядра.Б. Цитоплазмы.В. Мембран.Г. Клеточной стенки из целлюлозы.А.5 В результате митоза происходит: А. Выделение.Б. Регенерация тканей и органов организма..В. Пищеварение.Г. Дыхание.А.6 Укажите одно из положений клеточной теории: А. Одной капли чистого никотина (0,05 г) достаточно, чтобы убить человека.Б. Все новые клетки образуются при делении исходных клеток.В. Вирусы и бактериофаги - представители царства животных.Г. Вирусы и бактериофаги - представители Подцарства Многоклеточные.А.7 Размножение – это: А. Получение питательных веществ из окружающей среды.Б. Выделение ненужных веществ.В. Воспроизведение себе подобных.Г. Поступление в организм кислорода.А.8 Процесс образования женских половых гамет называется: А. ОвогенезБ. СперматогенезВ. ДроблениеГ. ДелениеА.9 Внутреннее оплодотворение происходит у: А. Акул.Б. Щук.В.Обезьян.Г. Лягушек.А.10 Для развивающегося эмбриона человека губительным является: А. Прогулки на свежем воздухе.Б. Соблюдение будущей мамой режима питания.В. Наркотическая зависимость женщины.Г. Соблюдение будущей мамой режима труда и отдыха.А.11 Непрямой тип развития - у: А. Человека разумного.Б. Человекообразных обезьян.В. Узконосых обезьян.Г. Бабочки капустницы.А.12 Генопит - это совокупность всех: А. Признаков организма.Б. Генов организмов.В. Дурных привычек.Г. Полезных привычек.А.13 При дигибридном скрещивании изучается наследование: А. Многих признаков.Б. Трёх признаков.В. Двух признаков.Г. Одного признака.ЗАДАНИЕ В. Задания с кратким ответомВ.1 Найдите соответствие..1.Доминантный признак у человека. А. Серые глаза.2. Рецессивный признак у человека. Б. Карие глаза.В. Светлые волосы.Г. Чёрные волосы.1 2В. 2 Сравните характеристики бесполого и полового размножения. Впишите номер ответа в нужную колонку.Половое размножение. Бесполое размножение1. В процессе размножения участвует одна особь.2. В процессе размножения участвуют две особи разного пола.3. Начало новому организму даёт зигота, возникающая в результате слияния мужской и женской половых клеток.4. Начало новому организму (организмам) даёт соматическая клетка.5. Дизентерийная палочка.6. Самец и самка прудовой лягушки.В.3 Выберите правильный ответ. Выпишите номера правильных утверждений. №___________1.Сперматозоид - женская половая гамета.2. Сперматозоид - мужская половая гамета3. Яйцеклетка - мужская половая гамета4. Яйцеклетка - женская половая гамета5.Овогенез – процесс развития яйцеклеток.6. Овогенез – процесс развития сперматозоидов.7. Сперматогенез - процесс развития яйцеклеток.8. Сперматогенез - процесс развития сперматозоидов9. Оплодотворение - это процесс слияния половых гамет: двух сперматозоидов.10. Оплодотворение - это процесс слияния половых гамет: двух яйцеклеток.11. Оплодотворение - это процесс слияния половых гамет: сперматозоида и яйцеклетки. В.4 Установите правильную последовательность усложнения организмов по плану: неклеточные формы жизни-прокариоты-эукариоты.1.Вирус гриппа Н7N92. Амёба пресноводная.3. Холерный вибрион.В.5 Гетерозиготная (Аа) чёрная крольчиха скрещивается с гетерозиготным (Аа) черным кроликом. 1. Какого расщепления по фенотипу следует ожидать при таком скрещивании?А. 3:1; Б. 1:1; В. 1:2:12. Сколько процентов составляет вероятность рождения белых крольчат - (гомозиготных по двум рецессивным генам - аа) ? Ответ:_________________В.6 Внимательно прочитайте текст, подумайте и ответьте на вопрос:"Вспомнить о возможной эволюционной роли симбиоза учёных заставило изучение внутреннего строения клетки - в середине прошлого века после появления электронного микроскопа открытия в этой области посыпались одно за другим. Оказалось, в частности, что не только хлоропласты растений, но и митохондрии - "энергетические установки" любых настоящих клеток - в самом деле похожи на бактерий причём не только внешне: у них есть собственная ДНК и они размножаются независимо от клетки - хозяина."(По материалам журнала "Вокруг Света").Какие органоиды имеют собственную ДНК?
По сравнению с другими клетками гаметы выполняют уникальные функции. Они обеспечивают передачу наследственной информации между поколениями особей, что поддерживает жизнь во времени. Гаметы – это одно из направлений дифферен-цировки клеток многоклеточного организма, направленное на процесс размножения. Это высокодифференцированные клетки, ядра которых содержат всю необходимую наследственную информацию для развития нового организма.
По сравнению с соматическими клетками (эпителиальными, нервными, мышечными) гаметы имеют ряд характерных особенностей. Первое отличие – наличие в ядре гаплоидного набора хромосом, что обеспечивает воспроизведение в зиготе типичного для организмов данного вида диплоидного набора (гаметы человека, например, содержат по 23 хромосомы; при слиянии гамет после оплодотворения формируется зигота, которая содержит 46 хромосом – нормальное количество для человеческих клеток).
Второе отличие – необычное ядерно-цитоплазматическое соотношение (т. е. отношение объема ядра к объему цитоплазмы). У яйцеклеток оно снижено за счет того, что имеется много цитоплазмы, где содержится питательный материал (желток) для будущего зародыша. В сперматозоидах, наоборот, ядерно-цито-плазматическое соотношение высокое, так как мал объем цитоплазмы (почти вся клетка занята ядром). Этот факт находится в соответствии с основной функцией сперматозоида – доставкой наследственного материала к яйцеклетке.
Третье отличие – низкий уровень обмена веществ в гаметах. Их состояние похоже на анабиоз. Мужские половые клетки вообще не вступают в митоз, а женские гаметы получают эту способность только после оплодотворения (когда они уже перестают быть гаметами и становятся зиготами) или воздействия фактора, индуцирующего партеногенез.
Несмотря на наличие ряда общих черт, мужские и женские половые клетки значительно отличаются друг от друга, что обусловлено различием в выполняемых функциях.
2. Строение и функции яйцеклетки
Яйцеклетка – крупная неподвижная клетка, обладающая за-па-сом питательных веществ. Размеры женской яйцеклетки составляют 150–170 мкм (гораздо больше мужских сперматозоидов, размер которых 50–70 мкм). Функции питательных веществ различны. Их выполняют:
1) компоненты, нужные для процессов биосинтеза белка (ферменты, рибосомы, м-РНК, т-РНК и их предшественники);
2) специфические регуляторные вещества, которые контролируют все процессы, происходящие с яйцеклеткой, например, фактор дезинтеграции ядерной оболочки (с этого процесса начинается профаза 1 мейотического деления), фактор, преобразующий ядро сперматозоида в пронуклеус перед фазой дробления, фактор, ответственный за блок мейоза на стадии метафазы II и др.;
3) желток, в состав которого входят белки, фосфолипиды, различные жиры, минеральные соли. Именно он обеспечивает питание зародыша в эмбриональном периоде.
По количеству желтка в яйцеклетке она может быть алеци-тальной, т. е. содержащей ничтожно малое количество желтка, поли-, мезо– или олиголецитальной. Человеческая яйцеклетка относится к алецитальным. Это обусловлено тем, что человеческий зародыш очень быстро переходит от гистиотрофного типа питания к гематотрофному. Также человеческая яйцеклетка по распределению желтка является изолецитальной: при ничтожно малом количестве желтка он равномерно располагается в клетке, поэтому ядро оказывается примерно в центре.
Яйцеклетка имеет оболочки, которые выполняют защитные функции, препятствуют проникновению в яйцеклетку более одного сперматозоида, способствуют имплантации зародыша в стенку матки и определяют первичную форму зародыша.
Яйцеклетка обычно имеет шарообразную или слегка вытянутую форму, содержит набор тех типичных органелл, что и любая клетка. Как и другие клетки, яйцеклетка отграничена плазматической мембраной, но снаружи она окружена блестящей оболочкой, состоящей из мукополисахаридов (получила свое название за оптические свойства). Блестящая оболочка покрыта лучистым венцом, или фолликулярной оболочкой, которая представляет собой микроворсинки фолликулярных клеток. Она играет защитную роль, питает яйцеклетку.
Яйцеклетка лишена аппарата активного движения. За 4–7 суток она проходит по яйцеводу до полости матки расстояние, которое примерно составляет 10 см. Для яйцеклетки характерна плазматическая сегрегация. Это означает, что после оплодотворения в еще не дробящемся яйце происходит такое равномерное распределение цитоплазмы, что в дальнейшем клетки зачатков будущих тканей получают ее в определенном закономерном количестве.
3. Строение и функции сперматозоидов
Сперматозоид – это мужская половая клетка (гамета). Он обладает способностью к движению, чем в известной мере обеспечивается возможность встречи разнополых гамет. Размеры сперматозоида микроскопические: длина этой клетки у человека составляет 50–70 мкм (самые крупные они у тритона – до 500 мкм). Все сперматозоиды несут отрицательный электрический заряд, что препятствует их склеиванию в сперме. Количество сперматозоидов, образующихся у особи мужского пола, всегда колоссально. Например, эякулят здорового мужчины содержит около 200 млн сперматозоидов (жеребец выделяет около 10 млрд сперматозоидов).
Строение сперматозоида
По морфологии сперматозоиды резко отличаются от всех других клеток, но все основные органеллы в них имеются. Каждый сперматозоид имеет головку, шейку, промежуточный отдел и хвост в виде жгутика. Почти вся головка заполнена ядром, которое несет наследственный материал в виде хроматина. На переднем конце головки (на ее вершине) располагается акро-сома, которая представляет собой видоизмененный комплекс Гольджи. Здесь происходит образование гиалуронидазы – фермента, который способен расщеплять мукополисахариды оболочек яйцеклетки, что делает возможным проникновение сперматозоида внутрь яйцеклетки. В шейке сперматозоида расположена митохондрия, которая имеет спиральное строение. Она необходима для выработки энергии, которая тратится на активные движения сперматозоида по направлению к яйцеклетке. Большую часть энергии сперматозоид получает в виде фруктозы, которой очень богат эякулят. На границе головки и шейки располагается цент-риоль. На поперечном срезе жгутика видны 9 пар микротрубочек, еще 2 пары есть в центре. Жгутик является органоидом активного движения. В семенной жидкости мужская гамета развивает скорость, равную 5 см/ч (что применительно к ее размерам примерно в 1,5 раза быстрее, чем скорость пловца-олимпийца).
При электронной микроскопии сперматозоида обнаружено, что цитоплазма головки имеет не коллоидное, а жидкокристаллическое состояние. Этим достигается устойчивость сперматозоида к неблагоприятным условиям внешней среды (например, к кислой среде женских половых путей). Установлено, что сперматозоиды более устойчивы к воздействию ионизирующей радиации, чем незрелые яйцеклетки.
Сперматозоиды некоторых видов животных имеют акросом-ный аппарат, который выбрасывает длинную и тонкую нить для захвата яйцеклетки.
Установлено, что оболочка сперматозоида имеет специфические рецепторы, которые узнают химические вещества, выделяемые яйцеклеткой. Поэтому сперматозоиды человека способны к направленному движению по направлению к яйцеклетке (это называется положительным хемотаксисом).
При оплодотворении в яйцеклетку проникает только головка сперматозоида, несущая наследственный аппарат, а остальные части остаются снаружи.
4. Оплодотворение
Оплодотворение – это процесс слияния половых клеток. В результате оплодотворения образуется диплоидная клетка – зигота, это начальный этап развития нового организма. Оплодотворению предшествует выделение половых продуктов, т. е. осеменение. Существует два типа осеменения:
1) наружное. Половые продукты выделяются во внешнюю среду (у многих пресноводных и морских животных);
2) внутреннее. Самец выделяет половые продукты в половые пути самки (у млекопитающих, человека).
Оплодотворение состоит из трех последовательных стадий: сближения гамет, активации яйцеклетки, слияния гамет (синга-мии), акросомной реакции.
Сближение гамет
С)бусловлено совокупностью факторов, повышающих вероятность встречи гамет: половой активностью самцов и самок, скоординированной во времени, соответствующим половым поведением, избыточной продукцией сперматозоидов, крупными размерами яйцеклеток. Ведущий фактор – выделение гаметами гамонов (специфических веществ, способствующих сближению и слиянию половых клеток). Яйцеклетка выделяет гиногамоны, которые обусловливают направленное движение к ней сперматозоидов (хемотаксис), а сперматозоиды выделяют андрогамоны.
Для млекопитающих также важна длительность пребывания гамет в половых путях самки. Это необходимо для того, чтобы сперматозоиды приобрели оплодотворяющую способность (происходит так называемая капацитация, т. е. способность к акросом-ной реакции).
Акросомная реакция
Акросомная реакция – это выброс протеолитических ферментов (главным образом, гиалуронидазы), которые содержатся в акросоме сперматозоида. Под их влиянием происходит растворение оболочек яйцеклетки в месте наибольшего скопления сперматозоидов. Снаружи оказывается участок цитоплазмы яйцеклетки (так называемый бугорок оплодотворения), к которому прикрепляется только один из сперматозоидов. После этого плазматические мембраны яйцеклетки и сперматозоида сливаются, образуется цитоплазматический мостик, сливаются цитоплазмы обеих половых клеток. Далее в цитоплазму яйцеклетки проникают ядро и центриоль сперматозоида, а его мембрана встраивается в мембрану яйцеклетки. Хвостовая часть сперматозоида отделяется и рассасывается, не играя какой-либо существенной роли в дальнейшем развитии зародыша.
Активация яйцеклетки
Активация яйцеклетки происходит закономерно в результате контакта ее со сперматозоидом. Имеет место кортикальная реакция, защищающая яйцеклетку от полиспермии, т. е. проникновения в нее более одного сперматозоида. Она заключается в том, что происходят отслойка и затвердевание желточной оболочки под влиянием специфических ферментов, выделяющихся из кортикальных гранул.
В яйцеклетке изменяется обмен веществ, повышается потребность в кислороде, начинается активный синтез питательных веществ. Завершается активация яйцеклетки началом трансляционного этапа биосинтеза белка (так как м-РНК, т-РНК, рибосомы и энергия в виде макроэргов были запасены еще в овогенезе).
Слияние гамет
У большинства млекопитающих на момент встречи яйцеклетки со сперматозоидом она находится в метафазе II, так как процесс мейоза в ней заблокирован с помощью специфического фактора. У трех родов млекопитающих (лошадей, собак и лисиц) блок осуществляется на стадии диакинеза. Этот блок снимается только после того, как в яйцеклетку проникает ядро сперматозоида. В то время как в яйцеклетке завершается мейоз, ядро проникшего в нее сперматозоида приобретает другой вид – сначала интерфазного, а затем и профазного ядра. Ядро сперматозоида превращается в мужской пронуклеус: в нем удваивается количество ДНК, набор хромосом в нем соответствует n2c (содержит гаплоидный набор редуплицированных хромосом).
После завершения мейоза ядро превращается в женский про-нуклеус и также содержит количество наследственного материала, соответствующее n2c.
Оба пронуклеуса проделывают сложные перемещения внутри будущей зиготы, сближаются и сливаются, образуя синкарион (содержит диплоидный набор хромосом) с общей метафазной пластинкой. Затем формируется общая мембрана, возникает зигота. Первое митотическое деление зиготы приводит к образованию двух первых клеток зародыша (бластомеров), каждая из которых несет диплоидный набор хромосом 2n2c.
Строение мужских, женских половых клеток обусловливает выполнение их важнейшей функции - осуществления генеративного размножения. Оно свойственно представителям как растений, так и животных. Особенности строения половых клеток будут рассмотрены в нашей статье.
Гаметы: взаимосвязь строения и функций
Специализированные клетки, осуществляющие процесс генеративного размножения, называются гаметами. Мужские и женские половые клетки - сперматозоиды и яйцеклетки - имеют гаплоидный, т. е. одинарный набор хромосом. Такое строение половых клеток обеспечивает генотип организма, который образуется при их слиянии. Он является диплоидным, или двойным. Таким образом, половину генетической информации организм получает от матери, а другую часть - от отца.
Несмотря на общие черты, строение половых и животных во многом отличается друг от друга. Это прежде всего касается определенных мест их формирования. Так, у покрытосеменных растений спермии расположены в пыльниках тычинки, а яйцеклетка - в завязи пестика. Многоклеточные животные имеют специальные органы - железы, в которых происходит формирование половых клеток: яйцеклеток - в яичниках, а сперматозоидов - в семенниках.
Процесс формирования половых клеток
Строение и развитие половых клеток определяется ходом гаметогенеза - процессом их формирования, который протекает в несколько этапов. В ходе фазы размножения первичные гаметы делятся несколько раз путем митоза. При этом сохраняется двойной набор хромосом. У особей разного пола этот этап имеет свои отличия. Так, у самцов млекопитающих он начинается с момента наступления и длится до глубокой старости. У самок деление первичных половых клеток происходит только во время внутриутробного развития плода. А до наступления полового созревания они остаются в состоянии покоя.
Фаза роста является следующей. В этот период первичные гаметы увеличиваются в размерах, происходит репликация (удвоение) ДНК. Важным процессом является также запасание питательных веществ, ведь они будут необходимы для последующих делений.
Последний этап гаметогенеза называется фазой роста. В его ходе первичные половые клетки делятся путем редукционного деления - мейоза. Его результатом являются четыре гаплоидные клетки, образованные из первичных диплоидных.
Сперматогенез
В результате образования мужских половых клеток, т. е. сперматогенеза, образуется четыре одинаковых и полноценных структуры. Они обладают способностью к оплодотворению. Строение мужской половой клетки, точнее ее особенность, заключается в возникновении специфических приспособлений. В частности, это жгутик, с помощью которого происходит движение мужских гамет. Этот процесс происходит в последнюю дополнительную фазу формирования, которая характерна только для процесса сперматогенеза.
Овогенез
Строение женских половых клеток, как и процесс их формирования (овогенез), имеет ряд характерных особенностей. При в ходе мейоза цитоплазма распределяется между будущими клетками неравномерно. Только одна из них в результате становится яйцеклеткой, способной дать начало будущей жизни. Остальные три превращаются в направительные тельца и в результате разрушаются. Биологический смысл этого процесса заключается в уменьшении количества зрелых, способных к оплодотворению женских половых клеток. Только при этом условии единственная яйцеклетка сможет получить необходимое количество питательных веществ, являющееся главным условием развития будущего организма. В итоге в течение времени, когда женщина является способной к рождению детей, способно сформироваться всего около 400 половых клеток. В то время как у мужчины эта цифра достигает нескольких сотен миллионов.
Строение мужских половых клеток
Сперматозоиды являются очень мелкими клетками. Их размер едва достигает нескольких микрометров. В природе такие размеры, естественно, компенсируются их количеством. Строение половых клеток мужского организма имеет свои особенности.
Сперматозоид состоит из головки, шейки и хвоста. Каждая из этих частей выполняет определенные функции. В головке располагается постоянная клеточная органелла эукариот - ядро. Оно является носителем генетической информации, заключенной в молекулы ДНК. Именно ядро обеспечивает передачу и хранение наследственного материала. Вторым компонентом головки сперматозоида является акросома. Эта структура является видоизмененным комплексом Гольджи и выделяет особые ферменты, способные растворить оболочки яйцеклетки. Без этого процесс оплодотворения будет невозможным. В шейке находятся органеллы митохондрии, которые обеспечивают движения хвоста. В этой части сперматозоидов находятся и центриоли. Эти органеллы играют важную роль образования веретена деления во время дробления оплодотворенной яйцеклетки. Хвост сперматозоидов образован микротрубочками, которые, используя энергию митохондрий, обеспечивают движение мужских половых клеток.
Строение яйцеклеток
Женские половые клетки гораздо крупнее сперматозоидов. Их диаметр у млекопитающих составляет до 0,2 мм. А вот этот же показатель у кистеперых рыб составляет 10 см, а у сельдевой акулы - до 23 см. В отличие от мужских половых клеток яйцеклетки неподвижны. Они имеют округлую форму. В цитоплазме этих клеток содержится в большом количестве находится запас питательных веществ в виде желтка. В ядре кроме ДНК, несущей генетическую информацию, находится другая нуклеиновая кислота - РНК. Она содержит сведения о структуре важнейших белков будущего организма. Желток может располагаться в яйцеклетке неравномерно. Например, у ланцетника он находится в центре, а у рыб занимает практически всю поверхность, сдвигая ядро и цитоплазму к одному из полюсов клетки. Снаружи яйцеклетка надежно защищена оболочками: желточной, прозрачной и наружной. Именно их приходится растворять акросоме головки сперматозоида для осуществления процесса оплодотворения.
Типы оплодотворения
Строение и функции половых клеток обусловливают осуществление процесса оплодотворения - слияния гамет. В результате этого процесса генетический материал гамет соединяется в едином ядре, и образуется зигота. Она и является первой клеткой нового организма.
В зависимости от места прохождения данного процесса различают наружное (внешнее) и Первый тип осуществляется вне организма женской особи. Обычно это происходит в водной среде обитания. Примерами организмов, у которых происходит наружное оплодотворение, являются представители класса рыбы. Их самки мечут икру в воду, где самцы и поливают ее семенной жидкостью. Количество икринок таких животных достигает нескольких тысяч, из которых выживает и вырастает не так уж много особей. Большинство из них съедают водные животные. А вот для всех млекопитающих животных характерно внутреннее оплодотворение, которое происходит внутри женского организма при помощи специализированных самца. При этом количество яйцеклеток, готовых к оплодотворению, невелико.
Строение мужской, женской половой клетки и репродуктивной системы растений значительно отличается от таковой у животных. Поэтому и процесс слияния гамет происходит иначе. Мужские половые клетки растений не имеют хвоста и не способны к движению. Поэтому оплодотворению предшествует опыление. Это процесс переноса пыльцы с пыльника тычинки на рыльце пестика. Оно происходит при помощи ветра, насекомых или человека. Оказавшись таким образом на рыльце пестика, спермии опускаются по зародышевой трубке в его расширенную нижнюю часть - завязь. Там располагается яйцеклетка. При слиянии гамет образуется зародыш семени.
Понятие о партеногенезе
Строение половых клеток, в частности женских, делает возможным одну из необычных форм генеративного размножения. Она называется партеногенезом. Его биологическая суть заключается в развитии взрослого организма из неоплодотворенной яйцеклетки. Такой процесс наблюдается в жизненном цикле рачков дафний, в ходе которого чередуются половое и партеногенетическое поколения. Женская половая клетка содержит достаточно питательных веществ, чтобы дать начало новой жизни. Однако при партеногенезе не происходит возникновения новых комбинаций генетической информации, а значит, появление новых признаков также невозможно. Однако партеногенез имеет важное биологическое значение, поскольку делает возможным процесс полового размножения даже без наличия особи противоположного пола.
Фазы менструального цикла
В женском организме половые клетки не всегда готовы к оплодотворению, а только в определенные Во время этого физиологического процесса в организме происходят циклические закономерные изменения функций половой системы. Регулируется этот процесс гуморальной системой. Продолжительность этого цикла составляет 21-36 дней при среднем показателе 28. Этот период можно разделить на три фазы. В первую (менструальную), которая продолжается примерно первые 5 дней, происходит отторжение слизистой оболочки матки. Это сопровождается разрывом небольших кровеносных сосудов. На 6-14-й день под воздействием гипофиза выделяется фолликул, в котором созревает яйцеклетка. Слизистая оболочка матки в этот период начинает восстанавливаться. В этом заключается суть послеменструальной фазы. С 15-го по 28-й день происходит образование жировой соединительной ткани - желтого тела. Оно выполняет роль временной железы внутренней секреции, которая вырабатывает гормоны, задерживающие созревание фолликулов. В период с 17-го по 21-й день вероятность к оплодотворению наиболее высока. Если этого не происходит, половая клетка разрушается и слизистая оболочка снова отслаивается.
Что такое овуляция
На 14-й день менструального цикла строение женской половой клетки несколько изменяется. Яйцеклетка разрывает фолликулярную оболочку и выходит из яичника в маточную трубу. Именно там завершается ее созревание. Этот процесс называется овуляцией. Это очень важный период, в ходе которого матка приобретает способность принять оплодотворенную яйцеклетку.
Хромосомный набор половых клеток
Яйцеклетки и сперматозоиды имеют одинарный набор генетической информации. Например, у человека половые клетки содержат по 23 хромосомы, а зигота - 46. При слиянии гамет половину генов организм получает от матери, а вторую часть - от отца. Это касается также и пола. Среди хромосом различают аутосомы и одну пару половых. Они обозначаются латинскими буквами. У человека женские клетки содержат две одинаковые половые хромосомы, а мужские - разные. Половые клетки содержат по одной из них. Таким образом, пол будущего ребенка полностью зависит от мужского организма и от вида хромосом, который несет сперматозоид.
Функции половых клеток
Строение женской половой клетки, как и мужской, взаимосвязано с функциями, которые они выполняют. Являясь частью репродуктивной системы, они осуществляют функцию генеративного размножения. В отличие от бесполого, при котором сохраняется целостность генетической информации организма, половое размножение обеспечивает создание новых признаков. Это является необходимым условием возникновения адаптации, а значит, и всего существования живых организмов.
