Утворення статевих клітин і запліднення

Статеве розмноження має важливе еволюційне перевагу в порівнянні з безстатевим, так як нащадки генетично володіють комбінацією ознак двох своїх батьків. Це підвищує можливості їх пристосування до навколишнього середовища.

Сперматогенез і овогенез. У чоловічих статевих залозах йде утворення чоловічих статевих клітин – сперматогенез (у тварин і людини). У процесі утворення статевих клітин є кілька стадій.

Сперматогенез починається з того, що незріла (первинна) статева клітина збільшується в розмірах і приступає до першого поділу мейозу. З вихідної утворюються дві клітини, які зазнають другий поділ мейозу. В результаті двох наступних міотичних поділів з кожної незрілої чоловічої статевої клітини утворюються чотири зрілі статеві клітини з гаплоїдним набором хромосом. Перетворення цих клітин в сперматозоїди пов’язано з їх зростанням і спеціалізацією, але не супроводжується клітинним поділом.

Утворення жіночих статевих яйцеклітин називається овогенез і відбувається в жіночих статевих органах – яєчниках. Відбувається процес за тією ж загальною схемою, що і сперматогенез, але з істотними відмінностями.

У результаті нерівномірного розподілу цитоплазми в дочірніх клітинах як при першому, так і при другому діленнях мейозу тільки в одній клітці виявляється великий запас поживних речовин, необхідних для розвитку майбутнього зародка. Утворюється тільки одна зріла яйцеклітина з гаплоїдним набором хромосом і три маленькі клітинки, які згодом зникають. При овогенезі, коли відбувається дозрівання яйцеклітини, її обсяг з начно збільшується.

Описана вище відмінність сперматогенезу і овогенеза забезпечує утворення у багато разів більшого числа сперматозоїдів, ніж яйцеклітин. Це необхідно для запліднення найбільшого числа яйцеклітин і, отже, для збереження виду.

Будова статевих клітин. Яйцеклітини різних тварин розрізняються за своєю будовою і розмірами. Так, у будинкової миші яйцеклітина має діаметр близько 60 мкм, у людини – 150-200 мкм, у страуса – кілька сантиметрів. Форма яйцеклітини зазвичай округла, в її цитоплазмі знаходяться мітохондрії, рибосоми і багато запасних поживних речовин у вигляді желточних зерен і білка.

Сперматозоїди набагато дрібніші за яйцеклітину. У більшості тварин кожен сперматозоїд має голівку і хвостик. При дозріванні сперматозоїдів після мейозу відбувається зменшення їх розмірів. Ядро зменшується і переміщається в головку сперматозоїда, велика частина цитоплазми зникає, залишається лише комплекс Гольджі, який бере участь в розчиненні оболонки яйцеклітини при заплідненні. Мітохондрії зосереджені біля основи хвостика і поставляють енергію для його коливань. Завдяки коливанням хвостика зрілі сперматозоїди активно рухаються і досягають яйцеклітин.

Запліднення у тварин. Число і розміри статевих клітин різні в різних тварин і рослин. Проте спостерігається така закономірність: чим менше ймовірність зустрічі яйцеклітини і сперматозоїда, тим більше число статевих клітин утворюється в організмі. Наприклад, риби мітять ікру (яйцеклітини) і сперму прямо у воду. Кількість ікринок у деяких з них сягає величезної величини:

  • білуга випускає 8 млн ікринок;
  • тріска – 10 млн.;
  • місяць-риба – до 30 млн. ікринок.

У вищих рослин і тварин утворюється зазвичай невелика кількість яйцеклітин (до декількох десятків), так як ймовірність запліднення у них при значно більшій кількості сперматозоїдів (чи пилку) дуже велика.

Процес запліднення складається з кількох етапів: проникнення сперматозоїда в яйце, злиття гаплоїдний ядер обох гамет з утворенням диплоїдної клітини зиготи, потім настає дроблення диплоїдної клітини і подальший розвиток.

Розглянемо, як відбувається запліднення у тварин на прикладі жаби. Незапліднена ікринка (яйцеклітина) покрита декількома захисними оболонками, що оберігають її від несприятливих впливів середовища. Сперматозоїди активно рухаються у воді у бік яйцеклітини і переднім кінцем головки за допомогою ферментів пробуравлівают захисні оболонки яйцеклітини. Як тільки сперматозоїд проник в яйцеклітину, її оболонки набувають властивості, що перешкоджають доступу інших сперматозоїдів. Це забезпечує злиття ядра яйця з ядром тільки одного сперматозоїда. У деяких тварин в яйцеклітину проникають два або кілька сперматозоїдів, але у заплідненні бере участь лише один, інші гинуть. У результаті утворюється запліднена яйцеклітина, що містить подвійний, диплоїдний набір хромосом.

Запліднення рослин. Запліднення рослин подібне, але має свої особливості. Розглянемо запліднення у квіткової рослини з диплоїдним набором хромосом. У цьому випадку в пильовику утворюються гаплоїдні мікроспори – пилкові зерна.

Гаплоїдне ядро ​​пилкового зерна ділиться на два: вегетативне і генеративне. У такому стані пилок потрапляє на рильце маточки і, утворюючи пильцеву трубку, проростає у напрямку до зав’язі. У зав’язі знаходиться зародковий мішок з декількома гаплоїдними клітинами, одна з яких – яйцеклітина. У пилкової трубки генеративне ядро ​​ділиться ще раз, утворюючи два спермії. Один з них зливається з ядром яйцеклітини, в результаті чого утворюється зигота з диплоїдним набором хромосом. З неї розвивається диплоїдний зародок насіння – зачаток майбутньої рослини. Інший спермій зливається з двома ядрами центральних клітин. У результаті цього виникає тріплоідний ендосперм, що містить потрійний набір хромосом. У клітинах ендосперму міститься запас поживних речовин, необхідних для розвитку зародка рослини. Запліднення рослин відкрив відомий російський ботанік С. Г. Навашин, який назвав його подвійним заплідненням.

Біологічне значення запліднення полягає в тому, що при злитті жіночої та чоловічої статевих клітин, що походять від двох різних особин, утворюється новий організм, що несе в собі ознаки матері і батька. Статеві клітини, що утворюються в результаті мейозу, володіють різним поєднанням хромосом, тому виникли після запліднення дочірні організми поєднують в собі ознаки обох батьків в різних комбінаціях. У результаті мейозу і запліднення колосально зростає спадкова різноманітність нащадків.

Посилання на основну публікацію