Розвиток і будова статевих клітин.Гаметогенез.Матеріал для учнів 9 класу.

Розвиток і будова статевих клітин

Будова чоловічих, жіночих статевих клітинобумовлює виконання їх найважливішу функцію - здійснення генеративного розмноження. Воно властиво представникам як рослин, так і тварин. Особливості будови статевих клітин будуть розглянуті в нашій статті.

Гамети: взаємозв'язок будови і функцій

Спеціалізовані клітини, які здійснюють процесгенеративного розмноження, називаються гаметамі. Чоловічі і жіночі статеві клітини - сперматозоїди і яйцеклітини - мають гаплоїдний, одинарний набір хромосом. Така будова статевих клітин забезпечує генотип організму, який утворюється при їх злитті. Він є диплоїдним, або подвійним. Таким чином, половину генетичної інформації організм отримує від матері, а іншу частину - від батька.
Незважаючи на загальні риси, будова статевих клітинрослин і тварин багато в чому відрізняється один від одного. Це перш за все стосується певних місць їх формування. Так, у покритонасінних рослин спермии розташовані в пильовиках тичинки, а яйцеклітина - в зав'язі маточки. Багатоклітинні тварини мають спеціальні органи - залози, в яких відбувається формування статевих клітин: яйцеклітин - в яєчниках, а сперматозоїдів - в сім'яниках.

Процес формування статевих клітин

Будова і розвиток статевих клітин визначаєтьсяходом гаметогенеза - процесом їх формування, який протікає в кілька етапів. В ході фази розмноження первинні гамети діляться кілька разів шляхом мітозу. При цьому зберігається подвійний набір хромосом. У особин різної статі цей етап має свої відмінності. Так, у самців ссавців він починається з моменту настання статевого дозрівання і триває до глибокої старості. У самок розподіл первинних статевих клітин відбувається тільки під час внутрішньоутробного розвитку плода. А до настання статевого дозрівання вони залишаються в стані спокою.
Фаза зростання є наступною. У цей період первинні гамети збільшуються в розмірах, відбувається реплікація (подвоєння) ДНК. Важливим процесом є також запасання поживних речовин, адже вони будуть необхідні для подальших поділів.
Останній етап гаметогенеза називається фазоюзростання. У його ході первинні статеві клітини діляться шляхом редукційного поділу - мейозу. Його результатом є чотири гаплоїдні клітини, утворені з первинних диплоїдних.

Сперматогенез

В результаті утворення чоловічих статевих клітин,т. е. сперматогенезу, утворюється чотири однакових і повноцінних структури. Вони мають здатність до запліднення. Будова чоловічої статевої клітини, точніше її особливість, полягає у виникненні специфічних пристосувань. Зокрема, це джгутик, за допомогою якого відбувається рух чоловічих гамет. Цей процес відбувається в останню додаткову фазу формування, яка характерна тільки для процесу сперматогенезу.

Овогенез

Будова жіночих статевих клітин, як і процес їхформування (овогенез), має ряд характерних особливостей. При дозріванні яйцеклітин в ході мейозу цитоплазма розподіляється між майбутніми клітинами нерівномірно. Тільки одна з них в результаті стає яйцеклітиною, здатної дати початок майбутнього життя. Решта три перетворюються в Направітельний тільця і ​​в результаті руйнуються. Біологічний сенс цього процесу полягає в зменшенні кількості зрілих, здатних до запліднення жіночих статевих клітин. Тільки за цієї умови єдина яйцеклітина зможе отримати необхідну кількість поживних речовин, що є головною умовою розвитку майбутнього організму. В результаті протягом часу, коли жінка є здатною до народження дітей, здатне сформуватися лише близько 400 статевих клітин. У той час як у чоловіка ця цифра сягає кількох сотень мільйонів.

                  Будова чоловічих статевих клітин

Сперматозоїди є дуже дрібними клітинами. Їх розмір ледве сягає кількох мікрометрів. У природі такі розміри, природно, компенсуються їх кількістю. Будова статевих клітин чоловічого організму має свої особливості.
Сперматозоїд складається з голівки, шийки і хвоста. Кожна з цих частин виконує певні функції. У голівці розташовується постійна клітинна органела еукаріот - ядро. Воно є носієм генетичної інформації, що містяться в молекули ДНК. Саме ядро ​​забезпечує передачу і зберігання спадкового матеріалу. Другим компонентом головки сперматозоїда є акросома. Ця структура є видозміненим комплексом Гольджі і виділяє особливі ферменти, здатні розчинити оболонки яйцеклітини. Без цього процес запліднення буде неможливим. У шийці знаходяться органели мітохондрії, які забезпечують руху хвоста. У цій частині сперматозоїдів знаходяться і центриоли. Ці органели грають важливу роль освіти веретена поділу під час дроблення заплідненої яйцеклітини. Хвіст сперматозоїдів утворений мікротрубочками, які, використовуючи енергію мітохондрій, забезпечують рух чоловічих статевих клітин.

                       Будова яйцеклітин

Жіночі статеві клітини набагато більшісперматозоїдів. Їх діаметр у ссавців становить до 0,2 мм. А ось цей же показник у кистеперих риб становить 10 см, а у сельдевой акули - до 23 см. На відміну від чоловічих статевих клітин яйцеклітини і без листя. Вони мають округлу форму. В цитоплазмі цих клітин міститься у великій кількості знаходиться запас поживних речовин у вигляді жовтка. В ядрі крім ДНК, що несе генетичну інформацію, знаходиться інша нуклеїнова кислота - РНК. Вона містить відомості про структуру найважливіших білків майбутнього організму. Жовток може розташовуватися в яйцеклітині нерівномірно. Наприклад, у ланцетника він знаходиться в центрі, а у риб займає практично всю поверхню, зрушуючи ядро ​​і цитоплазму до одного з полюсів клітини. Зовні яйцеклітина надійно захищена оболонками: желточной, прозорою і зовнішньої. Саме їх доводиться розчиняти акросоме головки сперматозоїда для здійснення процесу запліднення.

                                  Типи запліднення

Будова і функції статевих клітин обумовлюютьздійснення процесу запліднення - злиття гамет. В результаті цього процесу генетичний матеріал гамет з'єднується в єдиному ядрі, і утворюється зигота. Вона і є першою клітиною нового організму.
Залежно від місця проходження даногопроцесу розрізняють зовнішнє (зовнішнє) і внутрішнє запліднення. Перший тип здійснюється поза організмом жіночої особини. Зазвичай це відбувається у водному середовищі існування. Прикладами організмів, у яких відбувається зовнішнє запліднення, є представники класу риби. Їх самки метають ікру в воду, де самці і поливають її насіннєвий рідиною. Кількість ікринок таких тварин досягає декількох тисяч, з яких виживає і виростає не так вже й багато особин. Більшість з них з'їдають водні тварини. А ось для всіх ссавців тварин характерно внутрішнє запліднення, яке відбувається всередині жіночого організму за допомогою спеціалізованих копулятивних органів самця. При цьому кількість яйцеклітин, готових до запліднення, невелика.
Будова чоловічого, жіночої статевої клітини ірепродуктивної системи рослин значно відрізняється від такої у тварин. Тому і процес злиття гамет відбувається інакше. Чоловічі статеві клітини рослин не мають хвоста і не здатні до руху. Тому запліднення передує запилення. Це процес перенесення пилку з пиляків тичинки на рильце маточки. Воно відбувається за допомогою вітру, комах або людини. Опинившись таким чином на рильце маточки, спермії опускаються по зародкової трубці в його розширену нижню частину - зав'язь. Там розташовується яйцеклітина. При злитті гамет утворюється зародок насіння.

                         Поняття про партеногенез

Будова статевих клітин, зокрема жіночих,уможливлює одну з незвичайних форм генеративного розмноження. Вона називається партеногенезом. Його біологічна суть полягає в розвитку дорослого організму з незаплідненої яйцеклітини. Такий процес спостерігається в життєвому циклі рачків дафній, в ході якого чергуються статеве і партеногенетичний покоління. Жіноча статева клітина містить достатньо поживних речовин, щоб дати початок нового життя. Однак при партеногенезе не відбувається виникнення нових комбінацій генетичної інформації, а значить, поява нових ознак також неможливо. Однак партеногенез має важливе біологічне значення, оскільки робить можливим процес статевого розмноження навіть без наявності особини протилежної статі.

                         Фази менструального циклу

У жіночому організмі статеві клітини не завждиготові до запліднення, а тільки в певні фази менструального циклу. Під час цього фізіологічного процесу в організмі відбуваються циклічні закономірні зміни функцій статевої системи. Регулюється цей процес гуморальної системою. Тривалість цього циклу становить 21-36 днів при середньому показнику 28. Цей період можна розділити на три фази. В першу (менструальную), яка триває приблизно перші 5 днів, відбувається відторгнення слизової оболонки матки. Це супроводжується розривом невеликих кровоносних судин. На 6-14-й день під впливом гіпофіза виділяється фолікул, в якому дозріває яйцеклітина. Слизова оболонка матки в цей період починає відновлюватися. У цьому полягає суть послеменструальной фази. З 15-го по 28-й день відбувається утворення жирової сполучної тканини - жовтого тіла. Воно виконує роль тимчасової залози внутрішньої секреції, яка виробляє гормони, що затримують дозрівання фолікулів. У період з 17-го по 21-й день імовірність до запліднення найбільш висока. Якщо цього не відбувається, статева клітина руйнується і слизова оболонка знову відшаровується.

Що таке овуляція

На 14-й день менструального циклу будоважіночої статевої клітини дещо змінюється. Яйцеклітина розриває фолікулярну оболонку і виходить з яєчника в маткову трубу. Саме там завершується її дозрівання. Цей процес називається овуляцією. Це дуже важливий період, в ході якого матка набуває здатності прийняти запліднену яйцеклітину.

                         Хромосомний набір статевих клітин

Яйцеклітини і сперматозоїди мають одинарний набіргенетичної інформації. Наприклад, у людини статеві клітини містять по 23 хромосоми, а зигота - 46. При злитті гамет половину генів організм отримує від матері, а другу частину - від батька. Це стосується також і статі. Серед хромосом розрізняють аутосоми і одну пару статевих. Вони позначаються латинськими літерами. У людини жіночі клітини містять дві однакові статеві хромосоми, а чоловічі - різні. Статеві клітини містять по одній з них. Таким чином, стать майбутньої дитини повністю залежить від чоловічого організму і від виду хромосом, який несе сперматозоїд.

                            Функції статевих клітин

Будова жіночої статевої клітини, як і чоловічий,взаємопов'язане з функціями, які вони виконують. Будучи частиною репродуктивної системи, вони здійснюють функцію генеративного розмноження. На відміну від безстатевого, при якому зберігається цілісність генетичної інформації організму, статеве розмноження забезпечує створення нових ознак. Це є необхідною умовою виникнення адаптації, а значить, і всього існування живих організмів.

Статевому розмноженню у тварин передує утворення статевих клітин гамет.
 Процес утворення й дозрівання статевих клітин – гаметогенез.

 Розрізняють овогенез – формування яйцеклітин та сперматогенез – утворення сперматозоїдів. У хребетних тварин, у т.ч. й людини, гамети розвиваються з первинних диплоїдних статевих у статевих залозах: яйцеклітини – в яєчниках, сперматозоїди – в сім`яниках. 
 Гаметогенез яйцеклітин і сперматозоїдів відбувається певними послідовними стадіями: розмноження, ріст, дозрівання та формування. 

На стадії розмноження первинні статеві клітини – попередники яйцеклітин (оогонії) і сперматозоїдів (сперматогонії) – розмножуються міотичним поділом і кількість їх значно збільшується. 

 На стадії росту первинні статеві клітини вже не діляться, а ростуть, запасають поживні речовини і досягають розмірів статевих клітин певного виду тварин. У процесі росту йде синтез ДНК і добудова другої хроматини кожної хромосоми. На цій стадії утворюються первинні овоцити і сперматоцити.

 На стадії дозрівання диплоїдні овоцити і сперматоцити в результаті мейозу перетворюються на незрілі гамети. Саме на цій стадії проявляються суттєві відмінності між овогенезом і сперматогенезом. Під час овогенезу після першого мейотичного поділу овоцита утворюються дві різні за розмірами гаплоїді клітини: велика – із запасом поживних речовин (для розвитку зародка) і дрібна – напрямне тільце. Після другого поділу формуються чотири гаплоїдні клітини – одна велика (незріла яйцеклітина) і три дрібні напряні тільця, які згодом зникають. Напрямні тільця призначені для вилучення надлишкового спадкового матеріалу. Під часу спермагенезу внаслідок двох мейотичних поділів дипломаїдного сперматоцита утворюються чотири однакові гаплоїлні гаплоїдні клітини – незрілі сперматозоїди.

 На стадії формування утворюється і дозріває частина зовнішніх оболоноки яйцеклітини, а сперматозоїди втрачають масу і розміри їх зменшується.