Сущность и основные этапы сперматогенеза и оогенеза у животных и человека.

Разделение полов имеет очевидные эволюционные преимущества. Раздельнополость создает возможность специализации родителей по строению и поведению, а возникновение нового эволюционного фактора - полового отбора способствует развитию различных форм заботы о потомстве. При этом самцы могут играть большую роль в охране семьи, охоте, а также участвовать в конкуренции за самку - половом отборе.

Гаметогенез – это процесс развития половых клеток – гамет. Гаметы развиваются в половых железах. Мужские сперматозоиды - в семенниках и женские – яйцеклетки (или яйца) - в яичниках. В первом случае путь их развития называют сперматогенезом, во втором - овогенезом (от лат. оуо — яйцо). В половых железах различают три разных участка, или зоны: зона размножения, зона роста, зона созревания. Сперматогенез и оогенез включают три одинаковые фазы: размножения, роста, созревания (деления). В сперматогенезе имеется еще одна фаза – формирования.

ФАЗА РАЗМНОЖЕНИЯ Первичные половые клетки делятся путем митоза, в результате чего увеличивается их количество. При сперматогенезе размножение первичных половых клеток очень интенсивное, оно начинается с наступления половой зрелости и протекает в течение всего репродуктивного периода, т.е. времени, когда животное может участвовать в половом размножении, и постепенно затухает лишь к старости. Размножение женских первичных половых клеток у низших позвоночных также продолжается почти всю жизнь. У млекопитaющих, в том числе и у человека, эти клетки с наибольшей интенсивностью размножаются лишь во внутриутробном периоде развития плода и сохраняются в состоянии покоя до полового созревания.

ФАЗА РОСТА У незрелых мужских гамет он выражен слабо. Их размеры увеличиваются незначительно. Напротив, будущие яйцеклетки - овоциты увеличиваются в размерах иногда в сотни, а чаще в тысячи и даже миллионы раз. У одних животных овоциты растут очень быстро - в течение нескольких дней или недель, у других видов рост продолжается месяцы и годы. Рост овоцитов осуществляется за счет веществ, образуемых другими клетками организма. Например, у рыб, амфибий и в большей степени у рептилий и птиц основную массу яйца составляет желток. Он синтезируется в печени, в особой растворимой форме пере носится кровью в яичник. Кроме того, в самой будущей половой клетке синтезируются многочисленные белки и большое количество разнообразных РНК: транспортных, рибосомальных и информационных. Желток - совокупность питательных веществ (жиров, белков, углеводов, витаминов и др.), необходимых для питания развивающегося зародыша, а РНК обеспечивает синтез белков на ранней стадии развития, когда собственная наследственная информация еще не используется.

ФАЗА СОЗРЕВАНИЯ, или мейоз. Сущность этого периода в том, что в половых клетках путем двукратного мейотического деления количество хромосом уменьшается вдвое, а количество ДНК - вчетверо.

У особей мужского пола все четыре гаплоидные клетки, образовавшиеся в результате мейоза, в дальнейшем преобразуются в гаметы сперматозоиды. У особей женского пола вследствие неравномерного мейоза лишь из одной клетки получается жизнеспособное яйцо. Три другие дочерние клетки гораздо мельче, они превращаются в так называемые направительные, или редукционные, тельца, вскоре погибают.

Биологический смысл образования только одной яйцеклетки и гибели трех полноценных (с генетической точки зрения) направительных телец обусловлен необходимостью сохранения в одной клетке всех запасных питательных веществ, которые понадобятся для развития будущего зародыша.

ФАЗА ФОРМИРОВАНИЯ Клетки приобретают определенную форму и размеры, соответствующие их специфической функции.

Женские половые клетки в процессе созревания покрываются оболочками и готовы к оплодотворению непосредственно после завершения мейоза, а часто и до полного его окончания. Во многих случаях, например у пресмыкающихся и птиц, за счет деятельности клеток, окружающих яйцеклетку, вокруг нее возникает ряд дополнительных оболочек. Их функция заключается в защите яйцеклетки и развивающегося зародыша от внешних неблагоприятных воздействий. Через наружные оболочки свободно проникает внутрь воздух, но вирусы и бактерии, в особенности через оболочки птичьих яиц, не проходят.

Функция сперматозоидов состоит в доставке в яйцеклетку генетической информации и стимуляции ее развития. В связи с этим после завершения мейоза половая клетка подвергается и глубокой перестройке. Аппарат Гольджи располагается на переднем конце головки, преобразуясь в концевое тельце - акросому, выделяющую ферменты, растворяющие мембрану яйца. Митохондрии компактно упаковываются вокруг, появившегося жгутика, образуя шейку. Сформированный сперматозоид содержит также центриоль.

Сперматозоиды животных, относящихся к другим классам, могут иметь иные особенности строения в отдельных деталях, однако общий принцип организации у них един.

5. Сущность полового размножения у растений. Двойное оплодотворение. Важнейшими преимуществами цветковых растений являются наличие цветка и плода. Цветок способствует опылению, а плод защищает семена и способствует их распространению. Гаметофит цветковых крайне редуцирован: мужской представлен пыльцевым зерном, женский – зародышевым мешком.

У цветка различают цветоножку, цветоложе, околоцветник, образованный чашечкой из чашелистиков и лепестками венчика, тычинки и пестики. У некоторых цветков отдельные части могут отсутствовать. Большинство цветков (свыше 70%) имеет и тычинки, и пестики. Их называют обоеполыми (вишня, горох). Некоторые цветки – однополые: мужские содержат только тычинки, женские – только пестики. У однодомных растений тычиночные и пестичные цветки располагаются на одном растении (арбуз, тыква, огурец). У двудомных растений мужские цветки находятся на одном растении, женские – на другом (ива, тополь, конопля).

Микроспорогенез - процесс образования микроспор. Он совершается в гнездах пыльников тычинок - микроспорангиях. Там имеются диплоидные материнские клетки, которые делятся мейозом. В результате из каждой материнской клетки получаются четыре гаплоидные микроспоры. Каждая из них содержит плотную цитоплазму и крупное ядро. Микроспоры обычно еще внутри пыльника прорастают. При этом идет митотическое деление. В результате образуются маленькая репродуктивная клетка и большая вегетативная. Репродуктивная, или сперматогенная, является первой клеткой мужского гаметофита. Из нее впоследствии развиваются два спермия. Мужской гаметофит называют пыльцой или пыльцевым зерном. Снаружи пыльцевое зерно покрыто двойной оболочкой, имеющей несколько проростковых пор, прикрытых пробочками. Пробочки состоят из веществ, способных растворяться в сахаристых растворах, выделяемых рыльцем. Дальнейшее прорастание пыльцы идет на рыльце пестика.

Мегаспорогенез - процесс образования мегаспор. Он осуществляется в семязачатках. развивающихся в завязи пестика. Самая существенная часть семязачатка - ядро (или нуцеллус), т. е. центральная многоклеточная часть. которая и является собственно мегаспорангием.

Одна из клеток нуцеллуса (материнская клетка мегаспорангия) начинает разрастаться. Она приступает к мейозу, образуя четыре гаплоидные клетки - мегаспоры. В дальнейшем три из них отмирают, сохраняется только одна. Из нее развивается (прорастает) женский гаметофит - зародышевый мешок. Мегаспора всегда гаплоидна и одноядерна.

Мегаспора сильно разрастается, и ее ядро претерпевает три последовательных митотических деления, в результате чего образуются восемь гаплоидных ядер, по четыре у каждого из полюсов. Три ядра у каждого полюса обособляются в клетки. На полюсе, близком к пыльцевходу обособляются женская гамета - яйцеклетка и две клетки-спутницы (синергиды). В совокупности они формируют яйцевой аппарат. Три клетки на противоположном конце называются антиподами. Два оставшихся свободных ядра (полярные ядра) перемещаются к центру зародышевого мешка и сливаются давая одну центральную клетку, так называемое вторичное диплоидное ядро зародышевого мешка.

Процесс оплодотворения. При попадании пыльцевого зерна на рыльце пестика оно прорастает. Вегетативная клетка образует пыльцевую трубку, в которую переходит содержимое пыльцы. Репродуктивная клетка делится митозом (иногда еще до попадания на рыльце) и образует два гаплоидных спермия. Пыльцевая трубка через пылъцевход проникает в семязачаток и далее в зародышевый мешок. Она достигает одной из синергид, проникает в нее и там разрывается. Спермии освобождаются. Один из них (оплодотворяющая клетка) сливается с яйцеклеткой, образуя зиготу (2n) - диплоид, начало спорофазы. Второй спермий сливается со вторичным диплоидным ядром, т. е. центральной диплоидной клеткой зародышевого мешка. В результате образуется триплоидная клетка. Клетки-синергиды и антиподы рассасываются. Так происходит двойное оплодотворение. В результате из зиготы образуется зародыш семени (диплоидный), из триплоидной клетки - эндосперм семени (3n), из семязачатка - семя, из покрова семязачатка - кожура семени, а из завязи — плод.