Положення розмноження

РЕФЕРАТ на тему:

" СТАТЕВЕ РОЗМНОЖЕННЯ"

Статеве розмноження спостерігається у представників усіх типів рослинного і тваринного світу. Воно пов’язане з утворенням особливих статевих клітин: жіночих — яйцеклітин і чоловічих — сперматозоонів (згідно з Міжнародною гістологічною номенклатурою, вживаний раніше термін «сперматозоїд» застосовують для позначення рухливих чоловічих гамет рослин). Для статевих клітин (гамет) характерне одинарне (гаплоїдне) число хромосом. Крім того, вони різняться за співвідношенням об'ємів цитоплазми і ядра (порівняно із соматичними).

Чоловічі статеві клітини — сперматозоони — зазвичай дуже малі і рухливі. Типові сперматозоони мають головку, шийку і хвіст. Головка майже цілком складається з ядра, вкритого тонким шаром цитоплазми. Спереду на головці є гострий, твердий горбик, який сприяє проникненню сперматозоона в яйцеклітину. До складу шийки вхолить цитоплазма, в якій е центріоль (складова частина клітинного центру, або центросоми), мітохондрії та АТФ як джерело енергії для забезпечення руху сперматозоона. Хвіст сперматозоона складається з тонких волокон, вкритих цитоплазматичним циліндромце орган руху. Загальна довжина сперматозоона у ссавців і людини становить 5060 мкм. Кількість сперматозоонів дуже велика (у ссавців їх упродовж життя дозріває сотні мільйонів).

Жіночі статеві клітини (яйцеклітини) нерухливі і, як правило, більші від сперматозоонів. Зазвичай вони мають кулясту або овальну форму і різну будову оболонок. У ссавців розміри яйцеклітин порівняно невеликі і становлять 100−200 мкм у діаметрі. В інших хребетних (риб, амфібій, плазунів, птахів) яйцеклітини великі. У їхній цитоплазмі міститься велика кількість поживних речовин. У птахів, наприклад, яйцеклітиною є та частина яйця, яку зазвичай називають жовтком. Діаметр яйцеклітини курки становить 3−3,5 см, а страуса — 10−11 см. Ці яйдеклітини вкриті кількома оболонками складної будови (шар білка, підшкаралупова і шкаралупова оболонки тощо), які забезпечують нормальний розвиток зародка.

Яйцеклітин утворюється значно менше, ніж сперматозоонів. Наприклад, у жінки упродовж життя дозріває близько 400 яйцеклітин.

Мейоз, або редукційний поділ, — своєрідний тип поділу ядра еукаріотів, для яких властиве статеве розмноження. Характерним для нього є зменшення числа хромосом і кількості ДНК вдвічі. Це досягається за рахунок двох послідовних поділів з одноразовим подвоєнням числа хромосом. У кожному з поділів клітин є профаза, метафаза, анафаза і телофаза. Найважливіші процеси відбуваються в профазі першого поділу, який має найбільшу тривалість. На початку профази кожна хромосома складається з двох спіралізованих хроматид, сполучених між собою в місці центромери. Згодом гомологічні хромосоми наближаються одна до одної і кон’югують між собою. Вони тісно прилягають одна до одної по всій довжині й обвиваються та перехрещуються. При цьому утворюються перехрести і може відбуватися обмін ділянками між хромосомами. Це явище має велике біологічне значення, оскільки забезпечує Рекомбінацію генетичної інформації у майбутніх гамет.

Внаслідок кон’югації в клітині утворюються тетради — комплекси з чотирьох хроматид. Число тетрад дорівнює гаплоїдному набору хромосом (у клітинах статевих залоз людини в цей період гаметогенезу 23 тетради). Потім настає метафаза першого поділу мейозу, коли тетради розміщуються в площині екватора. В анафазу кожна тетрада ділиться навпіл і до полюсів відходять цілі хромосоми, які мають по дві хроматиди. В телофазу під час поділу цитоплазми на дві дочірні клітини в кожну з них потрапляє по одній із кожної пари гомологічних хромосом. Отже, внаслідок першого поділу утворюються дві клітини, в яких число хромосом зменшене вдвічі, але кожна з них містить подвійну кількість ДНК (тобто хромосоми двохроматидні). Інтерфаза після першого поділу дуже коротка (у деяких організмів у цей час навіть не формуються ядерні оболонки), синтез ДНК в цю інтерфазу не відбувається, і майже відразу настає другий мейотичний поділ. У результаті в кінці мейозу утворюються чотири клітини з половинним (гаплоїдним) набором хромосом.

Мал. 1. Схема поведінки хромосом під час мейозу (гіпотетична клітина, 2п = 6):

а — перший поділб — другий поділ- 1−4 — профаза (видно кон’югацію і перехрестя хромосом) — 5 — метафазаЄ - анафаза- 7 — телофаза- 8 — інтерфаза (число хромосом стало гаплоїдним за подвійного вмісту ДНК) — 9 — метафаза- 10 — анафаза- //, 12 — телофаза. Кожна із чотирьох утворених клітин з гаплоїдним набором хромосом містить різну спадкову інформацію (на малюнку — темні і світлі ділянки) У більшості організмів ці клітини згодом перетворюються на гамети (статеві клітини). Внаслідок злиття чоловічої і жіночої статевих клітин з гаплоїдним набором утворюється зигота, в якій відновлюється диплоїдний набір хромосом.

Отже, мейоз насамперед забезпечує підтримання сталості числа хромосом в усіх поколіннях організмів, які розмножуються статевим шляхом. Якби не було мейозу, то гамети містили б диплоїдний набір хромосом, а в зиготі кожного наступного покоління число хромосом збільшувалося б удвічі. Друга важлива функція мейозу полягає в тому, що під час його послідовних поділів відбувається перекомбінування генетичного матеріалу між утворюваними гаметами. В результаті виникає велика різноманітність комбінацій спадкових ознак у наступному поколінні організмів (див. «Основи генетики і селекції»).

Мейоз — це універсальний процес, він характерний як для рослин, так і для тварин. У всіх живих істот він відбувається за єдиною схемою. Однак у різних груп організмів мейоз настає на різних етапах індивідуального розвитку. Так, у циклі розвитку багатьох водоростей і найпростіших переважає стадія з гаплоїдним числом хромосом. Вона є основною формою існування цих організмів, які І ЯРодукують гаплоїдні клітини (гамети). Відразу ж після запліднення й утворення диплоїдної зиготи відбувається мейоз і виникає нове покоління гаплоїдних організмів.

У багатьох груп рослин (мохи, папоротеподібні) мейоз пов’язаний із чергуванням стадій спорофіта і гаметофіта 1. див. Ботаніка"). Спорофіт має диплоїдний набір хромосом І зазвичай може розмножуватися безстатевим шляом. На певному етапі розвитку в клітинах спорофіта відбується мейоз, у результаті чого утворюються гаплоїдні пори. Вони дають початок гаплоїдному статевому поколін рослин (гаметофіту). Гаметофіт продукує гамети, після злиття яких виникає зигота. З неї виникає нове покоління диплоїдного спорофіта.

Мал.2. Місце мейозу в індивідуальному розвитку:

І - водорості і найпростішіІІ - вищі рослиниIII — багатоклітинні тварини І людина: а — гаметиб — зиготав — спорофітг — гаплоїдне поколінняд — спорие — мейозє - гаметогенез У покритонасінних рослин мейоз також передує утворенню гаметофіта, але сам гаметофіт редукований до кількох клітин (у чоловічому — до трьох, у жіночому — до восьми), які містяться в тканинах квітки.

У багатоклітинних тварин і людини, а також деяких водоростей і найпростіших основна, найтриваліша стадія життєвого циклу характеризується диплоїдним набором хромосом. Гаплоїдними у цих організмів є лише гамети і мейоз відбувається в процесі їх утворення (тобто в процесі гаметогенезу).

Розвиток яйцеклітин і сперматозоонів. Дозрівання і розвиток статевих клітин називають гаметогенезом. У клітинах організмів тварин і людини він відбувається в статевих залозах: яйцеклітини розвиваються в яєчниках, а сперматозоони — в сім'яниках (яєчках).

Процеси розвитку чоловічих статевих клітин (сперматогенез) і жіночих статевих клітин (оогенез) мають низку спільних ознак. І в яєчнику, і в сім'яниках розрізняють три різні ділянки: зону розмноження, зону росту і зону дозрівання статевих клітин. У першій зоні (розмноження) сперматогонії та оогонії (клітини — попередники сперматозоонів і яйцеклітин) розмножуються мітотичним шляхом і кількість ї'х збільшується.

У чоловіків мітотичний поділ сперматогоніїв розпочинається в період статевого дозрівання і триває упродовж Десятків років. У жінок поділ оогоніїв відбувається лише в ембріональний період їхнього життя і закінчується ще до їхнього народження. У тварин поділ цих клітин залежить від строків і періодів розмноження.

У другій зоні (зона росту) сперматогонії та оогонії перестають розмножуватись, починають рости і збільшуватись у розмірах, перетворюючись на первинні сперматоцити та ооцити. Особливо збільшуються розміри ооцитів. Наприклад, у жаб лінійні розміри ооцита в 2 тис. разів більші, ніж оогонія. Це пов’язано з тим, що в них нагромаджуються поживні речовини, необхідні для розвитку зародка. Найважливіші зміни з майбутніми статевими клітинами відбуваються в зоні дозрівання. Саме тут виявляються й істотні відмінності між спермато та оогенезом. Ооцити першого порядку в результаті першого мейозу перетворюються на дві неоднакові за розмірами клітини: ооцит другого порядку — велику клітину і так званий первинний полоцит (перше полярне, або напрямне, редукційне тільце) — малу. Таким чином зберігається максимальна маса цитоплазми, що потрібно для розвитку майбутнього організмуполярні тільця лише виносять з яйцеклітини надлишок хромосом. Під час другого мейозу вторинний ооцит утворює велику незрілу яйцеклітину і маленький вторинний полоцит (друге полярне тільце). Первинний полоцит також може поділитися ще на два полоцити. Отже, в результаті двох мейотичних поділів (мейозу) з одного первинного ооцита утворюються чотири клітини з гаплоїдним набором хромосом — незріла статева клітина (яка перетворюється на зрілу яйцеклітину) і три полоцити, які розсмоктуються і зникають.

Під час сперматогенезу первинний сперматоцит у зоні дозрівання також ділиться двічі шляхом мейозу. Однак при цьому утворюються чотири однакові гаплоїдні сперматиди, які внаслідок складних перетворень (зміна форми, розвиток хвоста) дають зрілі сперматозоони.

Запліднення — це процес злиття ядер сперматозоона та яйцеклітини і відновлення диплоїдного набору хромосом. Запліднену яйцеклітину називають зиготою. Зигота утворюється лише в разі проникнення сперматозоона в яйцеклітину.

Цей процес у різних організмів здійснюється порізному. У ссавців проникнення сперматозоона в яйцеклітину супроводжується розчиненням її оболонки за допомогою різних ферментів, які виділяє сперматозоон. У багатьох комах яйцеклітини мають щільну оболонку і сперматозоон проникає крізь невеликі отвори в ній. У деяких водяних організмів на поверхні яйцеклітини в місці контакту із сперматозооном утворюється невеликий сприймальний горбик, який згодом втягується всередину разом із сперматозооном. Зазвичай у цитоплазму яйцеклітини проникає лише головка сперматозоона з мітохондрією і центріолею, а хвіст залишається зовні. Оболонка головки розчиняється, ядро набухає до розмірів ядра яйцеклітини. Далі ядра зближуються і зливаються. Іноді в яйцеклітину одночасно проникає кілька сперматозоонів, проте ядро яйцеклітини зливається з ядром одного з них, а інші розсмоктуються. У зиготі всі хромосоми стають парними: в кожній парі гомологічних хромосом одна хромосома належить яйцеклітині, друга — сперматозоону. Це явище має велике значення для еволюції. Організм, що розвивається із зиготи, характеризується більшим діапазоном комбінованої мінливості, а звідси ширші можливості пристосування популяції до мінливих умов зовнішнього середовища за рахунок природного добору.

Використана література:

Біологія: Навч. посіб. / А. О. Слюсарєв, О. В. Самсонов, В.М.Мухін та ін.- За ред. та пер. з рос. В. О. Мотузного. — 3тє вид., випр. і допов. — К.: Вища шк., 2002. — 622 с.: іл.