Статеві клітини та запліднення. Матеріал для учнів 9 класу.

  

                                Статеві клітини та запліднення

Статеве розмноження - це відтворення багатоклітинними організмами собі подібних за допомогою гамет. Переваги цього способу розмноження над нестатевим пов’язані з тим, що нащадки є генетично різноманітними. Це істотно підвищує стійкість виду до мінливих умов середовища. А яку роль у цьому відіграють статеві клітини?

Що визначає особливості статевих клітин?

СТАТЕВІ КЛІТИНИ, або гамети, - це

клітини з гаплоїдним набором хромосом, які виконують функцію передачі спадкової інформації від особин батьківського покоління нащадкам під час статевого розмноження. Ці клітини утворюються в процесі мейозу і по його завершенні мають половинний набір хромосом та змінену генетичну інформацію. Можливості рекомбінації ДНК, що відіграють основну роль у зміні спадкового матеріалу, вражають. Немає двох абсолютно подібних чоловічих чи жіночих гамет, що утворюються батьківськими організмами.

А якщо до цього джерела спадкової мінливості додати ще незалежне розходження гомологічних хромосом, випадковість запліднення, постійний мутагенний вплив середовища, то ми зрозуміємо, чому немає, не було і не буде двох абсолютно подібних організмів одного виду.

Чоловічі гамети називаються сперматозоонами. Це здебільшого рухливі клітини, які мають видовжену форму. Рух відбувається за допомогою одного чи декількох джгутиків або псевдоніжок (наприклад, у ракоподібних). Важливе значення при цьому має реотаксис -здатність рухатися проти течії. У частини рослин, тварин й грибів сперматозоони джгутиків не мають, тому їх називають сперміями.

Іл. 78. Будова сперматозоона:

1 - головка; 2 - проміжна частина; 3 - хвостова частина; 4 - акросо-ма; 5 - ядро; 6 - клітинний центр; 7 - шийка; 8 - мітохондрія

Сперматозоони, як правило, мікроскопічні. Довжина гамет у більшості організмів - від 10 до 800 мкм, у деяких ракоподібних може досягати 8 000 мкм. Але найбільшими є сперматозоони дрозофіл, у яких довжина досягає 5,8 см, що у 20 разів перевищує довжину тіла самих комах.

Типові сперматозоони мають головку, проміжну й хвостову частини (іл. 78). Головка гамети містить ядро з гаплоїдним набором хромосом, тоненький шар цитоплазми й акросому з ферментами. У шийці міститься центріоля, яка організовує рухи хвоста чоловічих гамет. Проміжна частина містить велику спіральну мітохондрію, що синтезує АТФ для рухів клітини. Хвіст, або джгутик, чоловічих гамет містить для руху мікротрубочки з тубуліну. Усі сперматозоони мають негативний заряд, що перешкоджає їх склеюванню.

Яйцеклітини - жіночі статеві клітини (іл. 79). Це здебільшого нерухливі, кулясті чи овальні клітини, що мають значно більші розміри, ніж соматичні клітини і сперматозоони. Так, діаметр яйцеклітини ссавців - 100 -200 мкм, у оселедцевої акули сягає 22 см. Типові яйцеклітини мають поверхневий апарат, цитоплазму й ядро.

Первинна (вітелінова) оболонка складається з глікопротеїдів, які допомагають сперматозоону потрапити до яйцеклітини та виконують бар’єрну функцію, забезпечуючи потрапляння сперматозоона лише відповідного виду. Під нею розташована плазматична мембрана, а далі кортикальний шар з гранулами. Коли сперматозоон потрапляє до яйцеклітини, речовини кортикальних гранул секретуються шляхом екзоцитозу на поверхню мембрани, змінюють стан первинної оболонки та роблять яйцеклітину непроникною для інших сперматозоонів. Цитоплазма яйцеклітини називається овоплазмою і містить велику кількість поживних речовин (жовток), захисних сполук, багато мітохондрій, рибосом, розвинуту ЕПС. Ядро має гаплоїдний набір хромосом.

Іл. 79. Яйцеклітина ссавця: 1 -ядро; 2 - ЕПС; 3 - овоплазма; 4 - мітохон-дрія, 5 - комплекс Гольджі;

6 - лізосоми; 7 -кортикальні гранули; 8 - плазматична мембрана;

9 - вітелінова оболонка;

10 - фолікулярна оболонка

Отже, особливості будови, хімічного складу та процесів життєдіяльності гамет сприяють їхній функції, тобто передачі генетичної інформації від батьків до потомства.

Як утворюються гамети?

Гаметогенез - процес утворення і дозрівання статевих клітин, який відбувається в статевих залозах. Розвиток гамет у багатоклітинних тварин відбувається в статевих залозах - гонадах, у рослин і грибів - у гаметангіях. Основні стадії гаметогенезу такі.

І. Стадія розмноження - клітини-попередники (овогонії й сперма-тогонії) розмножуються шляхом мітозу, і їхня кількість збільшується.

II. Стадія росту - утворені овогонії й сперматогонії ростуть і стають сперматоцитами і овоцитами І порядку.

III. Стадія дозрівання - овоцити й сперматоцити діляться шляхом мейозу. Після першого поділу мейозу утворюються сперматоцити й овоцити II порядку, а після другого поділу мейозу - сперматиди та овотиди.

Наявність стадій розмноження, росту й дозрівання є ознакою подібності сперматогенезу й овогенезу. Але, незважаючи на помітну подібність цих процесів, кожен з них має свої особливості.

Сперматогенез - процес утворення й дозрівання чоловічих гамет. Особливостями сперматогенезу є: 1) на стадії дозрівання з одного сперматоцита І порядку утворюються 4 однакові гаплоїдні клітини-сперматиди; 2) на стадії формування, що характерна лише для сперматогенезу, сперматиди змінюються: з кулястих клітин формуються видовжені спермато-зоони, що мають головку, шийку й хвіст.

Іл. 80. Схема спермато- та овогенезу

Овогенез - процес утворення й дозрівання жіночих гамет.

Особливостями овогенезу є: 1) відбувається в три стадії: розмноження, ріст й дозрівання; 2) на стадії дозрівання з одного овоцита І порядку утворюються 4 неоднакові гаплоїдні клітини: одна велика яйцеклітина і три дрібні полярні тільця. Дозрівання яйцеклітини завершується вже після запліднення, а полярні тільця зникають (іл. 80).

Розбіжності у формуванні сперматозоонів і яйцеклітин пояснюються їх функціями: сперматозоони забезпечують внесення в яйцеклітину гаплоїдного набору хромосом, а яйцеклітина крім своєї половини генетичного матеріалу містить запас поживних речовин, необхідних для розвитку зародка.

Отже, спермато- та овогенез мають ознаки подібності, що пояснюється спільним походженням вихідних клітин-попередників, та відмінності, що зумовлені функціями зрілих клітин.

Яке значення запліднення?

ЗАПЛІДНЕННЯ - процес злиття чоловічої та жіночої статевих клітин з утворенням зиготи, яка дає початок новому організму. Тільки в 1875 р. було доведено, що основою процесу запліднення є злиття ядер однієї жіночої і однієї чоловічої статевих клітин, і тим самим об’єднання їхніх хромосом. Внаслідок об’єднання гаплоїдних наборів хромосом відновлюється їх диплоїдне число.

Існують два способи запліднення: зовнішнє і внутрішнє. Майже всі водні хребетні тварини (риби, земноводні тощо) відкладають ікру (яйцеклітини) і сперму у воду, де і відбувається запліднення. Виняток становлять живородні риби, деякі земноводні, крокодили, водні ссавці, яким властиве внутрішнє запліднення.

Форма запліднення
Зовнішнє запліднення (злиття гамет відбувається поза організмом у воді)	Внутрішнє запліднення (гамети зливаються в організмі, без участі води)
У тварин (ракоподібні, кісткові риби, земноводні) У рослин (водорості, вищі спорові рослини)	У тварин (плоскі й круглі черви, павукоподібні, комахи, плазуни, птахи, ссавці) У рослин (голо- й покритонасінні)

Біологічне значення запліднення полягає в тому, що: 1) відновлюється хромосомний набір, притаманний даному виду; 2) спостерігається збільшення спадкового різноманіття, оскільки нащадки поєднують у собі ознаки як материнського, так і батьківського організмів.

ДІЯЛЬНІСТЬ

Завдання на порівняння

За допомогою таблиці порівняйте чоловічі та жіночі гамети і поясніть причини подібності й відмінностей.

ПОРІВНЯЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ЯЙЦЕКЛІТИН І СПЕРМАТОЗООНІВ

Особливості	Яйцеклітини	Сперматозоони
Набір хромосом
Особливості будови
Де утворюються?
Розміри
Форма
Поживні речовини
Здатність до руху
Функції

СТАВЛЕННЯ

Біологія + Модельні організми

Лілія лісова (Lilium martagon) - багаторічна рослина родини Лілійні. Це єдиний вид лілій, який росте в Україні в дикорослому стані, занесений до Червоної книги України. Лілія лісова зображена на емблемі ботанічного саду ім. О. В. Фо-міна. Ця рослина була об’єктом для відкриття С.Г.Навашиним (1857 - 1930) у 1898 р. подвійного запліднення у покритонасінних рослин. Схарактеризуйте особливості та оцініть значення гаметогенезу й запліднення для квіткових рослин.