"Биология. Базовый уровень", Пономарева И.Н. и др.
Гаметогенез — образование и развитие половых клеток, необходимых для полового размножения. В нём клетки размножаются, растут и созревают; при мейозе число хромосом уменьшается вдвое. Поэтому после слияния гамет при оплодотворении у потомка восстанавливается характерный для вида набор. У мужчин из одной исходной клетки формируются четыре сперматозоида, а у женщин — одна крупная яйцеклетка и небольшие полярные тельца. Различия связаны с тем, как распределяется цитоплазма и когда протекает созревание.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Гаметогенез — процесс образования и развития половых клеток, или гамет. Он включает размножение исходных клеток, их рост и созревание. Во время созревания происходит мейоз — особый тип деления, уменьшающий число хромосом вдвое. Благодаря этому при оплодотворении слияние гамет не приводит к удвоению числа хромосом в каждом поколении.
Сперматогенез — образование сперматозоидов в семенниках. В нём участвуют исходные диплоидные половые клетки, которые сначала размножаются, затем растут и проходят мейоз. Полученные гаплоидные клетки далее преобразуются в сперматозоиды. Этот процесс обеспечивает образование многочисленных мужских гамет.
Овогенез — образование яйцеклеток в яичниках. Развитие женских половых клеток начинается ещё до рождения, а созревание продолжается циклично. При этом из одной исходной клетки обычно формируется одна крупная функциональная яйцеклетка. Она получает основную часть цитоплазмы, которая нужна для начальных этапов развития после оплодотворения.
Полярные тельца — небольшие клетки, возникающие при делениях созревающей яйцеклетки. Они получают мало цитоплазмы, потому что её основная часть остаётся в одной клетке. Поэтому полярные тельца не становятся равноценными яйцеклетками и обычно не участвуют в оплодотворении. Их появление связано с неравномерным распределением содержимого клетки при мейозе.
В начале гаметогенеза исходные диплоидные половые клетки размножаются митозом, то есть делением, при котором дочерние клетки сохраняют набор хромосом. Это создаёт запас клеток для дальнейшего развития. Затем клетки растут и готовятся к созреванию. Перед мейозом количество ДНК удваивается, но число хромосом остаётся прежним, поскольку каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид.
При сперматогенезе после роста клетка проходит два последовательных деления мейоза. В первом расходятся пары гомологичных хромосом, во втором — сестринские хроматиды. В итоге из одной исходной клетки образуются четыре гаплоидные клетки. Каждая получает примерно равную долю цитоплазмы и может преобразоваться в сперматозоид, поэтому процесс даёт несколько функциональных гамет.
Овогенез также включает размножение исходных клеток, рост и мейотическое созревание. Однако деления цитоплазмы здесь неравномерны: одна клетка сохраняет почти всю цитоплазму, а другие получают её небольшое количество. Причина в том, что будущей яйцеклетке необходимы вещества и органоиды для первых этапов развития зародыша. Малые клетки, возникающие при таком делении, называют полярными тельцами.
Темпы двух процессов различаются из-за особенностей работы репродуктивной системы. Сперматогенез начинается после полового созревания и затем идёт непрерывно, обеспечивая постоянное образование сперматозоидов. Овогенез начинается до рождения: часть развития клеток приостанавливается, а дальнейшее созревание происходит циклично. Поэтому яйцеклетки не образуются непрерывно в том же режиме, что и сперматозоиды.
Мейоз уменьшает число хромосом в гаметах вдвое, а оплодотворение объединяет два гаплоидных набора и восстанавливает диплоидный. Так поддерживается постоянство числа хромосом вида из поколения в поколение. Кроме того, при мейозе наследственный материал распределяется по-новому, поэтому гаметы различаются между собой. Это вместе со случайным сочетанием гамет при оплодотворении создаёт наследственную изменчивость.
| Признак | Сперматогенез | Овогенез |
|---|---|---|
| Место протекания | Семенники | Яичники |
| Начало и характер протекания | Начинается после полового созревания, идёт непрерывно | Начинается до рождения, созревание протекает циклично |
| Особенности роста клеток | Клетки растут перед мейозом; продукты делений могут развиться в сперматозоиды | Одна клетка получает основную часть цитоплазмы и становится крупной яйцеклеткой |
| Распределение цитоплазмы при мейозе | Примерно равномерное | Неравномерное |
| Число функциональных гамет из одной исходной клетки | Четыре | Одна |
| Размер и подвижность зрелой гаметы | Небольшой, подвижный сперматозоид | Крупная, обычно неподвижная яйцеклетка |
Сравнивайте строки по одному признаку: так легче увидеть, что процессы сходны наличием мейоза, но различаются сроками и результатом. Особенно показательно сопоставить число функциональных гамет и распределение цитоплазмы. Эти признаки помогают определить, какой процесс описан в задаче.
Задача 1. Укажите, сколько клеток с гаплоидным набором хромосом образуется после мейоза одной клетки-предшественницы при сперматогенезе и овогенезе. Нужно различить все продукты мейоза и функциональные гаметы. При овогенезе не все получившиеся клетки имеют одинаковое значение.
Ответ: гаплоидных клеток после мейоза — четыре в обоих случаях; функциональных гамет — четыре сперматозоида при сперматогенезе и одна яйцеклетка при овогенезе.
Задача 2. В клетке-предшественнице до мейоза 2n = 16. Определите число хромосом в зрелой гамете и объясните, почему оно не равно 16. Следует учитывать не количество ДНК после её удвоения, а набор хромосом в конечной клетке. Для ответа достаточно применить правило редукции при мейозе.
Ответ: в зрелой гамете 8 хромосом. Их вдвое меньше, чем в исходной диплоидной клетке, потому что мейоз сокращает набор; удвоение ДНК перед делением не отменяет этого результата.
Задача 3. Из одной исходной клетки в первом случае образовались четыре функциональные гаметы, а во втором — одна крупная клетка и три малые. Определите, какой результат относится к каждому процессу, и обоснуйте ответ. Сопоставьте не только число клеток, но и размеры продуктов деления. Размеры показывают, как распределилась цитоплазма.
Ответ: первый результат относится к сперматогенезу, второй — к овогенезу. Неравномерное деление сохраняет основную часть цитоплазмы в яйцеклетке.
Ошибка — считать, что при овогенезе образуются четыре равноценные яйцеклетки. Так можно решить, если учитывать только число продуктов мейоза и не смотреть на размеры клеток. На деле цитоплазма делится неравномерно, поэтому функциональной яйцеклеткой становится одна клетка. Проверьте себя: спросите, какая клетка получила основную часть цитоплазмы.
Ошибка — принимать удвоение ДНК перед мейозом за увеличение числа хромосом. Путаница возникает потому, что генетического материала становится больше, а число хромосом остаётся прежним до первого деления. У каждой удвоенной хромосомы две хроматиды, но она всё ещё считается одной хромосомой. Проверка: отдельно учитывайте число хромосом и количество ДНК.
Ошибка — считать, что сперматогенез и овогенез начинаются одновременно и идут одинаково. Оба процесса включают мейоз, поэтому их легко ошибочно приравнять. Однако сперматогенез начинается после полового созревания и идёт непрерывно, а овогенез начинается до рождения и далее протекает циклично. Проверьте ответ по срокам начала и характеру процесса.
Ошибка — называть полярные тельца зрелыми яйцеклетками. Они возникают при созревании, но получают мало цитоплазмы и не становятся функциональными яйцеклетками. Их появление связано с тем, что основная часть цитоплазмы остаётся в одной крупной клетке. Чтобы проверить себя, различайте число всех клеток после деления и число функциональных гамет.
Для понимания гаметогенеза нужны знания о строении хромосом, диплоидном и гаплоидном наборах, а также о двух делениях мейоза. Эти понятия объясняют, почему гаметы получают половинный набор и почему удвоение ДНК не равнозначно удвоению числа хромосом. Тема напрямую связана с оплодотворением: слияние двух гаплоидных гамет восстанавливает диплоидный набор. Мейоз и оплодотворение также помогают понять наследственную изменчивость и основы полового размножения.
Зачем при образовании гамет происходит мейоз?
Мейоз уменьшает число хромосом вдвое, и гаметы получают гаплоидный набор. При оплодотворении два таких набора соединяются, восстанавливая диплоидное число, характерное для вида.
Почему при овогенезе образуется только одна крупная яйцеклетка?
При делениях цитоплазма распределяется неравномерно: почти вся она остаётся в одной клетке. Это обеспечивает яйцеклетку запасом веществ, необходимым для первых этапов развития зародыша.
Сколько функциональных гамет образуется из одной исходной клетки при сперматогенезе?
После мейоза образуются четыре гаплоидные клетки. При дальнейшем развитии каждая из них может стать сперматозоидом.
Когда начинается овогенез?
Овогенез начинается ещё до рождения: исходные клетки вступают в развитие и начинают рост. Созревание половых клеток затем продолжается циклично после полового созревания.
Чем отличаются сперматозоид и яйцеклетка как результат гаметогенеза?
Сперматозоид небольшой и подвижный, а яйцеклетка крупная и содержит основную часть цитоплазмы. Такая разница связана с их ролями: сперматозоид доставляет наследственный материал, яйцеклетка также обеспечивает начальные потребности развития.
Особенности образования половых клеток
