Біологія. Комплексна підготовка до ЗНО і ДПА

Процеси формування статевих клітин

Статеві клітини (гамети) — клітини рослинних і тваринних організмів, які виконують функцію передачі спадкової інформації від батьків нащадкам.

Гамети порівняно із соматичними клітинами мають половинний (гаплоїдний) набір хромосом. Дві гамети особин різної статі, зливаючись, утворюють зиготу, і в заплідненій яйцеклітині відновлюється типовий для організму набір хромосом.

Гамети більшості організмів відрізняються за будовою та фізіологічними властивостями; їх поділяють на жіночі (яйцеклітини) та чоловічі (рухливі — сперматозоїди, нерухливі — спермії).

На відміну від спор, одна гамета не може дати початок новій особині.

Яйцеклітини рослин, тварин і людини мають округлу або овальну форму; після запліднення або внаслідок партеногенезу дають початок новому організму.

Яйцеклітини від сперматозоїдів відрізняються більшими розмірами, переважно містять запас поживних речовин (у цитоплазмі яйцеклітини є жовток) і можуть бути вкриті різними оболонками. Оболонки пташиного яйця виконують захисну функцію, а білкова є також джерелом води для зародка.

Дрібні яйцеклітини — у рослин, більшості безхребетних, ссавців і людини, великі — у риб, земноводних, плазунів і птахів. Найбільших розмірів яйцеклітини досягають: в акули — до 5-7 см; у курки — до 3,5 см; у страуса — до 10 см і містять багато жовтка.

У птахів яйцеклітина — це зародковий диск зі значною кількістю жовтка. Вона додатково вкрита товстою білковою оболонкою, двома тоненькими підшкаралупними, твердою вапняковою шкаралупною з тоненьким зовнішнім шаром кутикули. Розміри яєць птахів значно більші за розміри самої яйцеклітини.

Сперматозоїди відрізняються від яйцеклітин рухливістю і меншими розмірами.

Утворюються сперматозоїди в багатьох водоростей, мохів, вищих спорових рослин, у більшості тварин. У деяких водоростей (червоних), грибів, голонасінних і покритонасінних рослин, в окремих груп тварин (аскариди, річкового рака) утворюються спермії (сперматозоїди без джгутиків).

Сперматозоїд ссавців має форму довгої нитки, у якій розрізняють головку, шийку і хвостик. У головці є ядро, у якому міститься ДНК. На передньому кінці головки розташована особлива органела — акросома, що забезпечує проникнення сперматозоїда в яйцеклітину та її активацію. За шийкою розташовується перехідний відділ, у якому містяться центріоля та мітохондрії.

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 клітин 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 (овогонії) і сперматозоїдів (сперматогонії) — розмножуються мітотичним 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 відбувається синтез ДНК і добудова другої хроматиди кожної хромосоми. На цій стадії утворюються первинні овоцити і сперматоцита.

На стадії дозрівання диплоїдні овоцити і сперматоцита 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 гаплоїдні 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 напрямні тільця, які згодом зникають. Напрямні тільця призначені для вилучення надлишкового спадкового матеріалу.

Під час сперматогенезу внаслідок двох мейотичних поділів диплоїдного сперматоцита утворюються чотири однакові гаплоїдні клітини — незрілі сперматозоїди.

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

Розвиток статевих клітин у рослин

У рослин процеси дозрівання статевих клітин і запліднення відбуваються інакше, ніж у тварин.

Гаметогенез у рослин проходить у два етапи:

— спорогенез у результаті мейозу завершується утворенням гаплоїдних клітин — спор, із яких у спорових рослин розвивається гаметофіт; у голонасінних і покритонасінних гаплоїдна фаза редукована до кількох клітин;

— мітотичний поділ гаплоїдних клітин й утворення гамет відбувається в спорових рослин на гаметофіті в антеридіях і архегоніях; у голонасінних та покритонасінних поділ ядра пилкової (чоловічої) клітини відбувається в пилковій трубці, а жіночих статевих клітин — усередині зародкового мішка.

Серед вищих спорових рослин (мохоподібні та папоротеподібні) є рівноспорові та різноспорові. Гаметофіт (заросток) у різноспорових двостатевий, різноспорових — одностатевий. Він являє собою окремий організм, який міститься на поверхні ґрунту (у плауна булавоподібного — у ґрунті).

Жіночі статеві органи (архегонії) формують нерухомі яйцеклітини, чоловічі статеві органи (антеридії) — сперматозоїди.

У голонасінних жіночий гаметофіт — це ендосперм із двома архегоніями, які утворюють яйцеклітини, а чоловічий — пилкове зерно, що складається з вегетативної та генеративної клітин (остання продукує спермії).

У покритонасінних жіночий гаметофіт — це восьмиядерний семиклітинний зародковий мішок, який міститься в насіннєвому зачатку і проростає на спорофіті (рослині). Чоловічий гаметофіт, як і в голонасінних, представлений пилковим зерном, що складається з вегетативної та генеративної клітин (в останній утворюються 2 спермії).

Порівняння нестатевого і статевого розмноження

Нестатеве розмноження:

• бере участь одна батьківська особина (одна клітина або сукупність соматичних клітин);
• гамети не утворюються;
• мейоз відсутній;
• нащадки ідентичні батьківським особинам;
• характерне для мікроорганізмів, рослин і деяких нижчих тварин;
• часто утворюється значна кількість нащадків за короткий час.

Статеве розмноження (крім бактерій):

• беруть участь дві батьківські особини, які попередньо продукують статеві клітини (гамети);
• утворюються гаплоїдні гамети, ядра яких зливаються (запліднення), утворюючи диплоїдну зиготу;
• на певній стадії життєвого циклу проходить мейоз, що перешкоджає подвоєнню кількості хромосом у кожному поколінні;
• нащадки не ідентичні батьківським особинам — у них спостерігається генетична мінливість, яка виникає в результаті генетичної рекомбінації;
• характерне для більшості рослин і тварин.