Образование половых клеток и оплодотворение у живых организмов

Образование половых клеток - гаметогенез у водорослей, некоторых грибов и высших споровых растений происходит путем митоза или мейоза в специальных органах полового размножения: яйцеклеток - в оогониях или архегониях, сперматозоидов - в антеридиях.

У большинства животных развитие яйцеклеток (оогенез) и сперматозоидов (сперматогенез) осуществляется в половых железах - яичниках и семенниках. В процессе формирования половых клеток выделяют три периода - размножение, рост и созревание.

Первичные половые клетки (оогонии и сперматогонии) делятся путем митоза (период размножения), в результате чего их количество постоянно возрастает. В период роста деление клеток прекращается, и они начинают усиленно расти. При этом будущие яйцеклетки (ооциты) увеличиваются в размерах иногда в сотни и даже тысячи раз за счет накопления в их цитоплазме запасных питательных веществ в виде желтка. Размеры незрелых мужских гамет (сперматоцитов) увеличиваются незначительно. На стадии роста в клетках происходит также репликация наследственного материала. Затем, в период созревания, происходит мейотическое деление, что приводит к образованию гаплоидных клеток.

Между делением созревания в сперматогенезе и оогенезе есть отличие. В сперматогенезе мейоз завершается образованием четырех гаплоидных клеток. Все четыре в дальнейшем в периоде формирования превращаются в сперматозоиды.

Типичный сперматозоид состоит из головки, шейки и хвостика. Головка содержит ядро и незначительное количество цитоплазмы. На переднем конце головки располагается акросома, которая образуется в процессе сперматогенеза из элементов комплекса Гольджи. В ней образуются ферменты, растворяющие мембрану яйцеклетки при оплодотворении. В цитоплазме шейки сосредоточены митохондрии и центриоли.

В оогенезе мейотическое деление ядра сопровождается неравным делением цитоплазмы, в результате чего из ооцита развивается одна очень крупная яйцеклетка и три маленькие, называемые направительными тельцами, которые вскоре погибают. Биологический смысл формирования направительных телец заключается в необходимости сохранения в яйцеклетке максимального количества питательных веществ (желтка), необходимых для развития будущего зародыша.

Яйцеклетки животных в зависимости от количества желтка имеют разную величину (у морского ежа - 0,085 мм, у человека - 0,2 мм, у страуса - 80 мм). Типичное ядро яйцеклетки содержит гаплоидный набор хромосом. Цитоплазма содержит митохондрии, рибосомы, аппарат Гольджи, эндоплазматическую сеть и значительное количество нуклеотидов, аминокислот, белков и других компонентов, необходимых для ранних стадий развития зародыша. Яйцеклетка всегда окружена одной или несколькими оболочками, имеющими сложное строение. Виды, у которых одна и та же особь способна производить и мужские и женские гаметы, называют двуполыми или гермафродитами. К их числу относятся кишечнополостные, плоские и кольчатые черви, ракообразные, моллюски (улитки), некоторые рыбы (морской окунь) и пресмыкающиеся (ящерица), а также большинство растений.

Гермафродитизм считается самой примитивной формой полового размножения и представляет собой приспособление к сидячему, малоподвижному или паразитическому образу жизни. Одно из преимуществ гермафродитизма состоит в том, что он делает возможным самооплодотворение, важное для эндопаразитов, ведущих одиночное существование.

Необходимо отметить, что у большинства гермафродитных видов в оплодотворении участвуют гаметы, происходящие от разных особей, и у них имеются многочисленные генетические, морфологические и физиологические адаптации, препятствующие самооплодотворению и способствующие перекрестному оплодотворению Например, у морских ракообразных - неодновременным развитием мужских и женских половых желез, у ресничных и дождевых червей, моллюсков - строением полового аппарата, не допускающего поступления семени в женские органы той же особи. Подобные приспособления имеются у многих цветковых растений (например, неодновременное созревание тычинок и пестиков и т. д.).

Аномальный гермафродитизм наблюдается у крупных животных и у человека, он имеет генетическую природу. Различают два его вида: истинный, когда у одной особи имеются одновременно мужские и женские половые железы; и ложный, когда у особи имеются половые железы одного типа, а наружные половые органы и вторичные половые признаки соответствуют признакам противоположного пола. Примером подобного явления служит мужеподобие (мускулинизация) самок и женоподобие (феминизация) самцов.

Процесс оплодотворения состоит в слиянии женской и мужской гамет с образованием зиготы. У большинства водных животных яйцеклетки и сперматозоиды выделяются в воду, где гаметы соединяются в значительной мере случайно. Этот примитивный и довольно ненадежный способ соединения гамет называется наружным оплодотворением. Самцы наземных животных имеют копулятивные органы для переноса спермальной жидкости из тела самца в тело самки, где происходит внутреннее оплодотворение.

У покрытосеменных растений наблюдается двойное оплодотворение.

Читать далее