Читать книгу Биология. Общие закономерности. 9 класс - Н. И. Сонин - Страница 19

Вспомните!

• Сперматозоид • Яйцеклетка • Гамета • Мейоз

• Желток • ДНК • РНК • Хромосома

Половое размножение имеет большие эволюционные преимущества по сравнению с бесполым. При оплодотворении происходит объединение наследственного материала от обоих родителей. Появление в каждом поколении новых комбинаций обеспечивает более успешное и быстрое приспособление вида к меняющимся условиям обитания.

В половых железах развиваются половые клетки: мужские – сперматозоиды, женские – яйцеклетки (или яйца). В первом случае их развитие называют сперматогенезом, во втором – овогенезом (от лат. ово – яйцо).

В процессе образования половых клеток выделяют ряд стадий. Первая стадия – период размножения, в котором первичные половые клетки делятся путём митоза, в результате чего увеличивается их количество.

Вторая стадия – период роста. У незрелых мужских гамет он выражен нерезко. Их размеры увеличиваются незначительно. Напротив, будущие яйцеклетки – овоциты – увеличиваются в размерах иногда в сотни, а чаще в тысячи и даже более раз. Рост овоцитов осуществляется за счёт веществ, образуемых другими клетками организма. Так, у рыб, амфибий и в большей степени у рептилии и птиц основную массу яйца составляет желток – совокупность питательных веществ (жиров, белков, углеводов и др.), необходимых для питания зародыша. Он синтезируется в печени, в особой растворимой форме переносится кровью в яичник, проникает в растущие овоциты и откладывается там в виде желточных пластинок. Кроме того, в самой будущей половой клетке синтезируются многочисленные белки и большое количество разнообразных РНК: транспортных, рибосомных и информационных.

Следующая стадия – период созревания, или мейоз, – представлена на рисунке 25. Клетки, вступающие в период созревания, содержат диплоидный набор хромосом и уже удвоенное количество ДНК. Сущность мейоза в том, что каждая половая клетка получает одинарный, гаплоидный, набор хромосом.

Рис. 25. Стадия созревания половых клеток (мейоз) в процессе сперматогенеза

Мейоз включает два последовательных деления. Как и в митозе, в каждом мейотическом делении выделяют четыре фазы: профазу, метафазу, анафазу и телофазу.

Первое (I) мейотическое деление. Профаза I начинается спирализацией хромосом. Как вы помните, каждая хромосома состоит из двух хроматид, соединённых в области центромеры. Затем гомологичные хромосомы сближаются, каждая точка каждой хроматиды одной хромосомы совмещается с соответствующей точкой хроматиды другой, гомологичной хромосомы. Этот процесс точного и тесного сближения гомологичных хромосом в мейозе называют конъюгацией. В дальнейшем между ними может произойти кроссинговер – обмен гомологичными участками. К концу профазы между гомологичными хромосомами возникают силы отталкивания.

В метафазе I спирализация хромосом максимальна. Конъюгированные хромосомы располагаются в экваториальной плоскости клетки. К центромерам прикрепляются нити веретена деления.

В анафазе I удвоенные гомологичные хромосомы расходятся к различным полюсам. Следовательно, из каждой пары гомологичных хромосом в дочернюю клетку попадает только одна. Число хромосом уменьшается в два раза, хромосомный набор становится гаплоидным. Однако каждая хромосома при этом ещё состоит из двух хроматид, т. е. по-прежнему содержит удвоенное количество ДНК.

В телофазе I временно образуется ядерная оболочка. Во время интерфазы между первым и вторым делениями мейоза редупликации ДНК не происходит. Клетки, образовавшиеся в результате первого деления созревания, различаются по составу отцовских и материнских хромосом и, следовательно, по набору генов.

Все клетки человека, в том числе первичные половые клетки, содержат 46 хромосом. Из них 23 получены от отца и 23 – от матери. При образовании половых клеток после первого мейотического деления в сперматоциты и овоциты также попадает по 23 хромосомы. Однако вследствие случайности расхождения отцовских и материнских хромосом в анафазе I образующиеся клетки получают различные комбинации родительских хромосом. Например, в одной из них может оказаться 3 отцовских и 20 материнских хромосом, в другой – 10 отцовских и 13 материнских и т. д. Число возможных комбинаций очень велико. Учитывая обмен гомологичными участками хромосом в профазе первого деления мейоза, очевидно, что каждая образующаяся половая клетка генетически уникальна, так как несёт неповторимый набор генов. Следовательно, мейоз – основа комбинативной генотипической изменчивости.

Второе (II) мейотическое деление. Второе деление мейоза протекает так же, как обычное митотическое деление, с той лишь разницей, что делящаяся клетка гаплоидна. В анафазе II центромеры, соединяющие сестринские хроматиды в каждой хромосоме, делятся, и хроматиды, как и в митозе, с этого момента становятся самостоятельными хромосомами. С завершением телофазы II заканчивается и весь процесс мейоза: из исходной первичной половой клетки образовались четыре гаплоидные клетки.

У особей мужского пола все они преобразуются в гаметы – сперматозоиды. У особей женского пола вследствие неравномерного мейоза лишь из одной клетки получается жизнеспособная яйцеклетка. Три другие дочерние клетки гораздо мельче, они превращаются в так называемые направительные, или редукционные, тельца, которые вскоре погибают. Образование только одной яйцеклетки и гибель трёх генетически полноценных направительных телец связано с тем, что все запасные питательные вещества, которые понадобятся для развития будущего зародыша, необходимо сохранить в одной клетке.

Период формирования состоит в приобретении клетками определённой формы и размеров, соответствующих их функции.

Например, у пресмыкающихся, птиц и млекопитающих за счёт деятельности клеток, окружающих яйцеклетку, вокруг неё возникает ряд дополнительных оболочек (рис. 26). Их функция заключается в защите яйцеклетки и развивающегося зародыша от внешних неблагоприятных воздействий. Яйцеклетки большинства животных содержат в цитоплазме запас питательных веществ в виде желтка.

Сперматозоиды могут иметь различные размеры и форму (рис. 27). Функция сперматозоидов состоит в доставке в яйцеклетку генетической информации и стимуляции её развития. Сформированный сперматозоид состоит из головки, которая почти полностью занята ядром с гаплоидным набором хромосом; шейки, в которой находятся центриоли и митохондрии; хвоста, образованного микротрубочками и обеспечивающего подвижность всего сперматозоида.

Рис. 26. Схема строения куриного яйца: 1 – скорлупа; 2 – подскорлуповая оболочка; 3 – желток; 4 – зародышевый диск; 5 – воздушная камера; 6 – белковая оболочка; 7 – белковые волокна; 8 – халаза (канатик)

Рис. 27. Сперматозоид млекопитающего: А – общий вид; Б – схема строения: 1 – акросома; 2 – ядро; 3–4 – центриоли; 5 – митохондриальная спираль; 6 – осевая нить (цитоскелет шейки и хвоста)

В передней части головки сперматозоида находится видоизменённый комплекс Гольджи, называемый акросомой. Он содержит ферменты, растворяющие мембрану яйца при оплодотворении, т. е. при слиянии сперматозоида и яйцеклетки (рис. 28). Возникающая при этом диплоидная клетка носит название зигота (рис. 29).

Рис. 28. Один из этапов проникновения сперматозоида в яйцеклетку при оплодотворении

Рис. 29. Схема оплодотворения. При слиянии сперматозоида и яйцеклетки в зиготе восстанавливается диплоидный набор хромосом

Вопросы для повторения и задания

1. Чем половое размножение отличается от бесполого?

2. Определите критерии для сравнения мейоза и митоза. Составьте и заполните таблицу «Два основных способа деления клеток».

3. Почему зрелые половые клетки одного организма несут разные комбинации наследственного материала?

4. Изобразите схематично яйцеклетку и сперматозоид. В чём их сходство и отличия?

5. Какие эволюционные преимущества даёт живым организмам половое размножение?

6. Объясните, почему фраза «половые клетки делятся мейозом» неверна.

Работа с компьютером

Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал урока и выполните предложенные задания.

• Найдите в Интернете сайты, материалы которых могут служить дополнительным источником информации, раскрывающим содержание ключевых понятий параграфа.

• Подготовьтесь к следующему уроку. Используя дополнительные источники информации (книги, статьи, ресурсы сети Интернет и др.), сделайте сообщение по ключевым словам и словосочетаниям следующего параграфа.