Гаметогенез – это процесс формирования половых клеток

Созревание ооцитов начинается еще до рождения ребенка. Первичные половые клетки, мигрировав в гонаду женщины, путем дифференциации превращаются в оогонии.

История открытия

Оплодотворение и развитие нового организма были темой для размышлений задолго до того, как человечество начало познавать процесс зарождения жизни с помощью научных методов. Было понятно, что новый организм формируется после полового акта, но вклад женского и мужского родительских организмов в течение истории человечества считался разным. Например, Гиппократ (V-IV вв. До н. Э.) Считал, что оба родителя вкладывают равноценные доли, которые формируют эмбрион в матке матери, тогда как Аристотель полагал, что мать только предоставляет место для развития эмбриона, тогда как весь материал зародыша идет от отца. Взгляд Аристотеля доминировал вплоть до XVII века н. е. Тогда большой вклад в развитие медицины, в частности, эмбриологии, сделали выдающиеся ученые Гарвей, Ян ван Горн (нидерл. Jan van Horne), Сваммердам, Николас Стено, Ренье де Грааф и Франческо Реди. Результатом их работы стала теория, что все самки в том числе и человека, производят яйцеклетки. Именно Уильяму Гарвею приписывают авторство известной фразы «все от яйца» (лат. Ex ovo omnia).

1677 Левенгук сконструировал микроскоп, с помощью которого изучал, в частности, мужскую сперму и впервые увидел сперматозоиды. Таким образом было установлено наличие как мужских, так и женских половых клеток, но роль каждой из них в образовании зародыша была предметом дискуссий примерно 200 лет. И только в начале XIX века Маттиас Шлейден и Шванн выяснили, что как сперматозоид, так и яйцеклетка одинаково необходимы для формирования зародыша. Этому утверждению способствовала установлена ​​под микроскопом наличие яйцеклетки млекопитающих, сделанная Карлом фон Бером. 1876 ​​Оскар Гертвиг ​​впервые наблюдал оплодотворения морских ежей и установил, что ядра сперматозоида и яйцеклетки сливаются во время оплодотворения. Эдуард ван Бенеден конце 19 века описал созревания яйца до стадии бластоцисты, а Иоганнес Соботта опубликовал детальную работу о создании ооцита, оплодотворение и деление мышиного эмбриона.

Определение понятия

В ходе полового размножения особей новое поколение возникает как результат слияния специализированных клеток. Они называются гаметы.

В животном организме они формируются в особых органах – железах. Более древние организмы являются гермафродитными. В этом случае в одном организме созревают клетки двух типов – женские и мужские. К ним относятся кишечнополостные, все типы червей, а также некоторые моллюски. В ходе эволюции появились раздельнополые виды.

Гаметогенез – это процесс, который происходит и у растений. К примеру, у покрытосеменных генеративным органом является цветок. Споровые формируют гаметофиты.

Двойное оплодотворение цветковых растений

Это особый тип оплодотворения, который наблюдается только у цветковых (покрытосеменных) растений.

Двойное оплодотворение у цветковых растений: 1 – яйцеклетка; 2 – завязь; 3 – центральное ядро; 4 – рыльце; 5 – пылинка; б – пыльник; 7 – семязачаток; 8 – зародышевый мешок; 9 – пыльцевая трубка; 10 – два спермия; 11 – семя с зародышем . В зародышевом мешке, сформировавшемся в семязачатке завязи пестика цветка, развивается яйцеклетка. К моменту оплодотворения в зародышевом мешке, помимо яйцеклетки, образуются еще двуядерная (диплоидная) центральная клетка, ядра которой со временем сливаются, образуя одно центральное ядро, и пять очень мелких (вспомогательных) клеток. Из проросшей на рыльце пестика пылинки по пыльцевой трубке в зародышевый мешок попадают два спермия. Один из них сливается с яйцеклеткой, а другой – с центральным ядром. В итоге из оплодотворенной яйцеклетки образуется диплоидная (2n) зигота, дающая начало зародышу растения, а от слияния спермия с центральным ядром – особая питательная ткань, состоящая из клеток с триплоидным (Зn) набором хромосом, – эндосперм, обеспечивающий питательными веществами зародыш семени.

Двойное оплодотворение цветковых растений

Процесс двойного оплодотворения у цветковых растений на примере лилейных был открыт в 1898 году и детально изучен русским ботаником Сергеем Гавриловичем Навашиным.

Читайте также:  Бесплодие и бесплодный брак. Причины и лечение бесплодия

Оплодотворение

Оплодотворению (см. выше) предшествует осеменение. Осеменение — процесс, обеспечивающий встречу сперматозоидов и яйцеклеток.

Типы осеменения: наружное (характерно для водных обитателей; сперматозоиды и яйцеклетки выделяются в воду, где и происходит их слияние) и внутреннее (происходящее с помощью ко-пулятивных органов; характерно для обитателей суши).

У млекопитающих и человека яйцеклетки приобретают способность к оплодотворению в результате овуляции.

Овуляция — выход зрелых клеток у млекопитающих в полость тела. Периодичность овуляции регулируется нервной системой и гормонами эндокринной системы.

❖ Фазы оплодотворения: ■ проникновение сперматозоида в яйцеклетку (при этом в яйцеклетке формируется оболочка оплодотворения, препятствующая проникновению в яйцеклетку других сперматозоидов); ■ слияние ядер и восстановление диплоидного набора хромосом; ■ активация развития зиготы (формирование веретена деления, побуждающего зиготу к делению).

Задания на митоз в ЕГЭ по биологии

Задания на митоз в ЕГЭ по биологии встречаются и в первой, и во второй части. Каждое из таких заданий может принести вам от одного до трех баллов. Кстати, обязательно почитайте наш гайд для ЕГЭ по биологии 2021! Там мы рассказываем, какие задания и по каким темам вам могут встретиться.

Пример 1. В ядрах клеток слизистой оболочки кишечника позвоночного животного 36 хромосом. Какое число хромосом будет иметь ядро зиготы этого животного? В ответ запишите только соответствующее число.

Решение. Клетки слизистой оболочки кишечника — соматические, набор в них 2n. А что такое зигота? Это оплодотворенная яйцеклетка. В ней сливается гаплоидный набор сперматозоида и гаплоидный набор яйцеклетки, в результате набор становится диплоидным (2n). Соответственно, число хромосом в зиготе будет совпадать с набором в любой из соматических клеток. Ответ: 36.

Пример 2. Установите соответствие между процессами, происходящими на разных стадиях жизненного цикла клетки: к каждой позиции, данной в первом столбце, подберите соответствующую позицию из второго столбца.

ПРОЦЕССЫ СТАДИИ
А) ускоренный метаболизмБ) спирализация хромосомВ) удвоение количества органоидовГ) образование веретена деленияД) формирование экваториальной пластинкиЕ) репликация ДНК 1) интерфаза2) митоз

Решение. Вспомним, что интерфаза — это подготовительная стадия, которая проходит перед делением клетки, а митоз – непосредственно деление. В интерфазу происходит ускорение обмена веществ, удвоение ДНК и органоидов. Хромосомы спирализуются в профазу, тогда же образуется веретено деления. Хромосомы выстраиваются по экватору и формируют метафазную пластинку в метафазе.

Ответ: 121221

Пример 3. У крупного рогатого скота в соматических клетках 60 хромосом. Определите число хромосом и молекул ДНК в клетках печени перед началом деления и а анафазе митоза. Объясните полученные результаты на каждом этапе.

Решение. Набор хромосом и ДНК в соматической клетке 2n2c – 60 хромосом, 60 молекул ДНК.

Перед началом деления (в интерфазе) происходит репликация ДНК, набор 2n4c — 60 хромосом, 120 молекул ДНК. В анафазе набор 4n4с – 120 хромосом и 120 молекул ДНК, так как однохроматидные хромосомы расходятся к полюсам.

Как видите, задания на митоз в ЕГЭ по биологии вполне реально решить! Немного практики — и заветные баллы у вас в кармане. Если хотите разобраться в остальных темах, обязательно обратите внимание на курсы MAXIMUM. Приходите к нам на бесплатную консультацию по подготовке к ЕГЭ — чем раньше приступите к подготовке, тем больше будет времени, чтобы найти все слабые места и проработать их. Записывайтесь и начните путь к высоким баллам ЕГЭ уже сейчас!

Поделиться0

Бластоциста

Когда морула попадает в полость матки, через прозрачную зону с микроокружения эмбриона начинает просачиваться жидкость, которая накапливается в межклеточных пространствах внутренней клеточной массы. Постепенно межклеточные пространства сливаются и формируют единую полость — бластоцель. Клетки внутренней клеточной массы образуют эмбриобласт и локализованы на одном полюсе, тогда как клетки наружной клеточной массы или трофобласт, становятся плоскими и образуют стенку бластоцисты. Прозрачная зона исчезает, что дает возможность бластоцистам осуществить имплантацию.

Читайте также:  Анализы крови на гормоны при нарушении менструального цикла

Клетки трофобласта, которые локализуются над эмбриобластным полюсом бластоцисты, около шестого дня начинают врастать в эпителий эндометрия — слизистой оболочки матки. Прикрепление и инвазия трофобласта обеспечиваются действием интегринов, выделяемых клетками трофобласта, а также ламинином и фибронектином межклеточного матрикса эндометрия.

Имплантация является результатом комплексных взаимодействий трофобласта и эндометрия. К концу первой недели развития зародыш человека проходит стадию морулы, бластоцисты и начинает имплантацию в слизистую оболочку матки. Итак, имплантация происходит в конце первой недели развития.

Клинические корреляции. Аномальные зародыши обычно погибают через 2-3 нед после оплодотворения, поэтому их частоту определить трудно. Полагают, что около 50% беременностей заканчиваются самопроизвольными выкидышами, и половина из них обусловлена хромосомными аномалиями. Эти выкидыши является следствием так называемых «пренатальных фильтров», что отбраковывают аномальные эмбрионы и тем самым уменьшают количество индивидов с врожденными пороками до 2-3% вместо 12%.

При комбинации методов экстракорпорального оплодотворения и полимеразной цепной реакции (ПЦР) проводится молекулярный скрининг эмбрионов с генетическими аномалиями (преимплантационная диагностика). Для этого достаточно выделить один бластомер из эмбриона ранней стадии развития и реплификовать его ДНК для дальнейшего исследования. Программа «Геном человека» занимается изучением связи специфических генов с различными клиническими синдромами.

Двойное оплодотворение

После опыления спермии продвигаются в зародышевый мешок. Это происходит с помощью пыльцевой трубки, которая является неполовой клеткой пыльцы. Пыльцевая трубка быстро растёт (35 мм/час) в направлении яйцеклетки, и с ней продвигаются спермии.

Спермии бывают различной формы и не имеют жгутиков. Когда пыльцевая трубка достигает яйцеклетки, один спермий соединяется с ней, а другой с центральной клеткой зародышевого мешка.

В итоге, при двойном оплодотворении у покрытосеменных растений происходит образование следующих клеток:

  • первый спермий + яйцеклетка = зигота;
  • второй спермий + центральная клетка = эндосперм.

Зигота впоследствии делится и превращается в зародыш. Эндосперм служит для зародыша источником питательных веществ. Вместе, зародыш и эндосперм, образуют семя.

Рис. 3. Схема двойного оплодотворения.

Характеристики овогенеза и сперматогенеза

Если рассматривать в сравнении овогенез и сперматогенез, то можно выделить ряд других признаков, которые отличают два этих процесса. Во-первых, гаметогенез у мужчин и женщин происходит в различных половых железах, которые у мужчин называются семенниками, а у женщин яичниками. Именно в этих органах происходит выработка и созревание гамет. Половые клетки в сперматогенезе носят название сперматозоидов, а в овогенезе яйцеклетками. Как известно, чтобы произошел процесс оплодотворения, нужно чтобы мужская гамета попала в женскую.

В сравнении овогенеза и сперматогенеза нельзя не отметить различные размеры гамет мужских и женских особей. Яйцеклетка намного больше сперматозоидов, поскольку она в течение всего периода вбирает в себя множество полезных и питательных веществ. При этом после созревания мужские гаметы становятся подвижными, благодаря чему могут легко преодолевать половые пути женщин. Женские же гаметы остаются неподвижными в все время, в ходе которого происходит подготовка яйцеклетки к оплодотворению.

Также половые клетки мужчин и женщин отличаются формой. Сперматозоиды имеют законченную округлую форму с хвостиком, в отличие от яйцеклетки, которая имеет простую округлую форму.

Если рассматривать овогенез и сперматогенез в таблице, можно будет заметить, что этапы, на которых происходит увеличение в размерах, деление и полное созревание у обоих полов, совпадают. Схемы овогенеза и сперматогенеза очень схожи, однако развитие сперматозоидов включает в себя еще и четвертую стадию, которая заключается в окончательном оформлении.

Характеристики овогенеза и сперматогенеза

Еще одной особенностью сперматогенеза и овогенеза являются различные периоды выработки мужских и женских половых клеток. Яйцеклетки образуются в организме женщины циклически, с чем и связан менструальный цикл. Образование новой яйцеклетки происходит каждые 21-35 дней. В конце цикла яйцеклетка погибает, данный процесс сопровождается кровотечением. Вследствие этого происходят изменения в гормональном фоне, в результате которых запускается новый процесс созревания яйцеклетки.

Читайте также:  TORCH-инфекции (ТОРЧ инфекции): что это такое, расшифровка, анализы

У мужчин же образование сперматозоидов происходит постоянно, причем выработка гамет происходит в течение всего периода зрелости мужчины. В день у мужчины производится порядка 30 миллионов сперматозоидов. У женщины же количество гамет намного меньше. Для сравнения, за всю жизнь у представительниц прекрасного пола вырабатывается около 500 зрелых половых клеток.

Сперматогенез в отличие от овогенеза более подвержен воздействию внешних условий. Это связано в первую очередь с тем, что половые железы, или семенники у мужчин находятся вне брюшной полости, то есть в яичках.

У женщин же половые железы, то есть яичники, в которых образуется яйцеклетка, расположены более надежно. Связано это с тем, что появление яйцеклеток в организме будущей женщины начинается еще до ее рождения, а заканчивается после оплодотворения.

Стадия роста в овогенезе значительно превышает аналогичную стадию в сперматогенезе, чем и объясняется, что яйцеклетка намного больше по размерам, чем сперматозоиды. Зато мужские гаметы компенсируют этот этап делением клеток и образованием большого количества спермиев.

О созревании

Процесс созревания и роста половых клеток оказывает сильное влияние на воспроизведение потомства. У мужчины, у женщины гаметогенез имеет некоторые сходства, но также эти процессы имеют различия, каждый из них претендует на свои особенности. Сперматогенез и овогенез похожи только на первых 3 стадиях, далее каждый развивается собственным путем. Сравнительная характеристика этих двух процессов позволяет отследить особенности биологического плана, главной из которых является следующая: сперматозоидов всегда образуется гораздо больше, чем яйцеклеток.

Но даже несмотря на схожесть на первых 3 этапах, отличия все равно существуют. К примеру, развитие у мужчин характеризуется более длительным, интенсивным размножением гамет. Для овогенеза более выраженным является их рост. На этапе созревания в сперматогенезе из одной исходной клетки выходят 4 новые, именуемые сперматидами. На этапе созревания в овогенезе одна исходная клетка дает только одну яйцеклетку, а также три полярных тельца. Перечисляя особенности, нужно заметить, что сперматозоиды имеют хорошо выраженную форму, а о яйцеклетках этого сказать нельзя.

Нормальная морфология сперматозоидов

Отличительная черта мужских половых клеток в том, что они очень подвижны и выполняют свои функции за пределами мужского организма. Нормальный сперматозоид для того, чтобы приблизиться к яйцеклетке, в среднем способен развивать скорость до 25–30 см в час. Учеными установлено, что активный, полноценный носитель ДНК хромосомы проходит свой путь в целом за 8 часов. Достичь этих показателей может лишь та мужская клетка, строение которой соответствует нормам.

Сперматозоиды условно делят на три основные части:

  • головка;
  • тело;
  • хвост.

У каждой из этих частей имеется свое назначение. В головке сперматозоида находится ядро с набором хромосом, то есть, генетический материал, который сперматозоид должен передать будущему ребенку. Ряд специфических ферментов, вырабатываемых в этой зоне, позволяет в определенный момент растворить оболочку яйцеклетки для последующего слияния.

Внешние признаки нормальной головки – овальная форма, ярковыраженная акросома (просвет). Длина головки сперматозоида должна составлять 4–5,5 мкм, а ширина – 2,5–3,5 мкм.

Нормальная морфология сперматозоидов

К средней части мужской половой клетки относится тело. Здесь происходит выработка и накопление энергии. Процессы синтеза энергии протекают в митохондриях – органоидах, входящих в состав любой клетки и обеспечивающих ее молекулами АТФ (аденозинтрифосфат, универсальное соединение для обмена веществ и биохимических реакций).

Хвост сперматозоида обеспечивает подвижность. В норме он должен быть немного изогнутым, иметь примерно одинаковую толщину по всей длине.

Совершенно очевидно, что любые повреждения тела, хвоста или головки, как и неправильное их развитие патологически влияют на фертильные способности мужчины. Сперматозоид с нормальной морфологией имеет больше шансов развить необходимую скорость и оплодотворить клетку. Но и дефектные сперматозоиды могут добраться до яйцеклетки, особенно если у них мало «соперников» с нормальным строением.