§ 26. Статеві клітини і запліднення

Пригадайте біологічне значення процесу розмноження. Які існують форми розмноження організмів? Як відбувається мітотичний поділ клітин? Що таке зигота, гаплоїдний, диплоїдний та поліплоїдний набір хромосом?

Розмноження - притаманна всім організмам властивість відтворення собі подібних. Завдяки цьому забезпечуються неперервність і спадковість життя. Основні форми розмноження живих істот - нестатеве та статеве. За нестатевого розмноження наступне покоління організмів розвивається з нестатевих клітин (їх ще називають соматичними; від грец. сома - тіло).

Нестатеве розмноження спостерігають як в одноклітинних організмів (прокаріотів та еукаріотів), так і в багатоклітинних еукаріотів (багатоклітинні водорості, вищі рослини, багатоклітинні гриби та тварини). Воно може відбуватися різними способами: поділом клітин навпіл або їхнім множинним поділом, брунькуванням, утворенням спор тощо (мал. 26.1).

Спосіб нестатевого розмноження, за якого в багатоклітинних організмів відокремлюються групи нестатевих клітин, називають вегетативним (мал. 26.2).

Особливим способом нестатевого розмноження організмів є поліембріонія (від грец. поліс - численний та ембріон - зародок) - розвиток кількох зародків з однієї заплідненої яйцеклітини (зиготи). У певний момент зародок розпадається на окремі клітини. Згодом із кожної такої клітини розвивається самостійний організм (мал. 26.2, III).

Мал. 26.1. Нестатеве розмноження: 1 - поділ клітини навпіл (а - амеби, б - інфузорії-туфельки); 2 - множинний поділ клітини малярійного плазмодія; 3 - брунькування клітин дріжджів; 4 - спороутворення у водорості улотрикса

Мал. 26.2. І. Способи вегетативного розмноження рослин: 1 - бульбами в картоплі; 2 - вусами в суниць; 3 - ділянками кореневища у пирію; 4 - дочірніми цибулинами; 5 - виводковими бруньками в бріофілюма. II. Вегетативне розмноження та поліембріонія у тварин: 1 - фрагментацією з наступним брунькуванням окремих сегментів тіла у додекацерії; 2 - брунькуванням у гідри. III. Поліембріонія трапляється у ссавців-панцирників

Біологічне значення нестатевого розмноження. У деяких груп організмів - це єдина можливість залишити нащадків. У видів, здатних і до статевого розмноження, цим способом можуть давати нащадків особини, які з певних причин виявилися ізольованими від інших. Завдяки нестатевому розмноженню особини певного виду за незначний проміжок часу можуть значно збільшувати чисельність.

Статевий процес - це поєднання в одній клітині спадкового матеріалу двох клітин. Він забезпечує урізноманітнення спадкового матеріалу нащадків і генофонду популяції в цілому. А що різноманітніший генофонд популяції, то більше в неї шансів пристосуватись до змін умов навколишнього середовища (поміркуйте чому).

Статевий процес притаманний більшості видів еукаріотів, його спостерігають й у прокаріотів.

Процес злиття двох спеціалізованих статевих клітин (гамет) називають копуляцією (від лат. копуляціо - сполучення).

Будова статевих клітин. Функція статевих клітин (гамет) - передача спадкової інформації від особин батьківського покоління нащадкам. Порівняно з нестатевими клітинами вони мають удвічі менший набір хромосом, зазвичай гаплоїдний. У заплідненій яйцеклітині (зиготі) відновлюється набір хромосом, характерний для соматичних клітин. Розглянемо особливості будови статевих клітин на прикладі хребетних тварин.

Жіночі статеві клітини - яйцеклітини - часто мають значний запас поживних речовин та оточені кількома оболонками. Пригадаймо: у птахів яйцеклітина послідовно вкрита товстою білковою оболонкою, двома тонкими підшкаралупними, твердою шкаралупою з карбонату кальцію та зовнішньою плівкою, або надшкаралупною оболонкою (мал. 26.3, І). Поверхневі оболонки виконують захисну функцію, а білкова, окрім того, слугує джерелом води для розвитку зародка. Згодом її споживає пташеня перед виходом з яйця.

Мал. 26.3. Будова яйцеклітин. І. Будова яйця птахів: 1 - шкаралупа; 2 - зародковий диск; 3 - канатик; 4 - надшкаралупна оболонка; 5 - повітряна камера; 6 - білкова оболонка; 7 - жовток; 8 - жовткова оболонка; 9 - підшкаралупні оболонки. II. Будова яйцеклітини ссавців: 1 - цитоплазма; 2 - ядро; 3 - вторинні оболонки

Яйцеклітини ссавців також оточені кількома оболонками, які виконують захисну та живильну функцію (мал. 26.3, II). У них оболонок менше, ніж у рептилій чи птахів, чий зародок здатний тривалий час розвиватися поза організмом матері.

Цікаво знати

Розміри яйцеклітини залежать від кількості запасних поживних речовин у цитоплазмі. Наприклад, у більшості ссавців, зародки яких отримують поживні речовини від організму матері через плаценту, розміри яйцеклітин (без урахування зовнішніх оболонок) варіюють від 50 мкм (мишоподібні гризуни - полівки) до 180 мкм (вівця). У людини діаметр яйцеклітини - близько 90 мкм. Якщо в яйцеклітині міститься значний запас поживних речовин (жовток), її діаметр може сягати до 5-7 см (акули), 8 см (страуси) тощо. А з урахуванням зовнішніх оболонок розміри таких яйцеклітин ще більші. Наприклад, яйце африканського страуса понад 15 см завдовжки і масою 1,5 - 2 кг.

Чоловічі гамети, які мають джгутики і здатні до активного руху (зелені водорості, вищі спорові рослини, більшість тварин тощо), зазвичай називають сперматозоїдами. У червоних водоростей, хвойних і покритонасінних рослин, грибів, частини тварин (нематоди, річкові раки, краби) чоловічі гамети позбавлені джгутиків, їх зазвичай називають сперміями.

Сперматозоїд ссавців має коротку головку, в якій містяться ядро, клітинний центр та невелика кількість цитоплазми (мал. 26.4, 1). Спадкова інформація упакована дуже щільно. У передній частині головки є особлива органела - акросома (мал. 26.4, 4). Ця органела виникає завдяки функціонуванню комплексу Гольджі і містить ферменти, які розчиняють оболонку яйцеклітини, забезпечуючи проникнення до неї сперматозоїда.

Мал. 26.4. Будова сперматозоїда ссавців: 1 - головка; 2 - шийка; 3 - хвіст; 4 - акросома; 5 - ядро; 6 - центріоля; 7 - мітохондрії

За головкою розташований видовжений хвіст. Його передня звужена частина має назву шийка (мал. 26.4, 2). У ній міститься передня центріоль (інша центріоль розташована за межами шийки). За шийкою розташовані впорядковані мікротрубочки, навколо яких зосереджені мітохондрії. Вони постачають енергію для роботи джгутика, завдяки чому сперматозоїд пересувається у рідкому середовищі.

Цікаво знати

Жіночі гамети найчастіше більші за розмірами, ніж сперматозоїди, оскільки в них запасаються поживні речовини, потрібні для розвитку зародка. Натомість чоловічі гамети дрібніші, бо переносять лише частину спадкового матеріалу. Крім того, великі розміри сперматозоїдів ускладнили б їхнє пересування.

Процес формування статевих клітин має назву гаметогенез (від грец. гамете - дружина, гаметес - чоловік та генезис - походження). Цей процес зазвичай відбувається в статевих залозах (гонадах): жіночих - яєчниках та чоловічих - сім’яниках.

Ключові терміни та поняття: статевий процес, розмноження нестатеве та вегетативне, поліембріонія, копуляція.

Перевірте здобуті знання

1. Яке біологічне значення процесу розмноження? 2. Які форми нестатевого розмноження ви знаєте? 3. Чим характеризується вегетативне розмноження? 4. У чому полягає суть поліембріонії? 5. Яке біологічне значення нестатевого розмноження? 6. У чому полягає особливість статевого процесу? 7. Чим характеризується будова жіночих статевих клітин птахів? 8. Яка будова чоловічих статевих клітин у ссавців?

Поміркуйте. Яке значення того, що в процесі еволюції розміри чоловічих гамет зменшувались, а жіночих - збільшувались?