§ 19. Образование и развитие половых клеток. Половое размножение животных 84

Определения и обозначения

Гамета — половая клетка с гаплоидным набором хромосом, участвующая в оплодотворении. Гаплоидный набор содержит по одной хромосоме из каждой пары. Благодаря этому две гаметы могут объединить наследственный материал родителей, не удваивая число хромосом в каждом поколении.

Гаметогенез — процесс образования и развития половых клеток в половых железах. Он включает несколько этапов, а не только одно деление клетки. Это понятие помогает описывать общий путь, по которому клетки-предшественники превращаются в зрелые гаметы.

Сперматогенез — образование и развитие сперматозоидов. Он протекает в мужских половых железах, а его результатом становятся многочисленные подвижные гаметы. Термин нужен, чтобы отличать образование мужских половых клеток от образования яйцеклеток.

Овогенез — образование и развитие яйцеклеток. В ходе этого процесса одна клетка получает основную часть цитоплазмы и запас веществ. Понятие позволяет объяснить, почему результат овогенеза отличается от результата сперматогенеза.

Как это устроено

Гаметогенез проходит в половых железах: там находятся клетки-предшественники будущих гамет. Сначала такие клетки размножаются, увеличивая запас клеточного материала, затем растут и созревают. Последовательность нужна, чтобы получить клетки, готовые к оплодотворению, а не просто копии клеток тела.

Во время созревания происходит мейоз — особый тип деления, при котором число хромосом уменьшается вдвое. Это необходимо потому, что при оплодотворении сливаются две гаметы: если бы каждая сохраняла полный набор, число хромосом удваивалось бы. Слияние гаплоидных наборов восстанавливает диплоидное число в зиготе — первой клетке нового организма.

При сперматогенезе исходная клетка проходит два деления мейоза. В результате образуются четыре клетки с гаплоидным набором хромосом, и каждая развивается в сперматозоид. Такой результат соответствует функции мужских гамет: они должны доставить наследственный материал к яйцеклетке, поэтому большое число подвижных клеток повышает возможность оплодотворения.

При овогенезе мейоз тоже приводит к уменьшению числа хромосом, но цитоплазма распределяется между клетками неравномерно. Почти весь запас веществ остаётся в одной крупной клетке, которая становится яйцеклеткой; небольшие полярные тельца получают мало цитоплазмы. Такое распределение важно, потому что яйцеклетка должна содержать ресурсы для первых этапов развития зародыша.

При половом размножении сперматозоид и яйцеклетка сливаются, образуя зиготу. Она получает наследственный материал от обоих родителей, поэтому сочетание признаков у потомства может отличаться от сочетания у каждого из них. Генетическое разнообразие помогает популяции не состоять из одинаковых особей и повышает вероятность, что некоторые из них окажутся приспособлены к изменениям среды.

Сравнение сперматогенеза и овогенеза

Сравнивайте процессы по строкам: так легче увидеть, где они протекают одинаково, а где различаются. Обратите внимание, что число и строение клеток связаны с их функциями. Набор хромосом у зрелых гамет одинаково гаплоидный, хотя сами гаметы устроены по-разному.

Разбор задач

Задача 1. Определите, сколько хромосом будет в гамете животного, если в его клетках тела 24 хромосомы. Нужно перейти от числа в клетке тела к числу в половой клетке. Для этого используем правило уменьшения набора при мейозе.

1. В клетках тела содержится диплоидный набор: 24 хромосомы.
2. При образовании гаметы число хромосом уменьшается вдвое.
3. Вычисляем: 24 : 2 = 12.

Ответ: в гамете 12 хромосом. Проверка проста: при слиянии двух таких гамет снова получится 24 хромосомы.

Задача 2. Из одной исходной клетки при сперматогенезе завершился мейоз. Укажите, сколько клеток образовалось и какой набор хромосом у каждой. Важно отдельно найти количество клеток и определить хромосомный набор: это разные характеристики результата деления. Мейоз состоит из двух последовательных делений.

1. После первого деления исходная клетка даёт две клетки.
2. При втором делении каждая из них делится ещё раз, поэтому всего получается четыре клетки.
3. В каждой клетке после мейоза остаётся гаплоидный набор хромосом.

Ответ: образовались четыре клетки, каждая с гаплоидным набором. Они затем развиваются в сперматозоиды; число клеток не означает, что в каждой стало больше хромосом.

Задача 3. Сравните образование половых клеток у самца и самки животного и объясните, почему при овогенезе обычно формируется одна крупная яйцеклетка, а при сперматогенезе — четыре сперматозоида. Сначала сопоставим результат деления, затем свяжем его со строением гамет. Обоим процессам свойственен мейоз, но цитоплазма распределяется по-разному.

1. При сперматогенезе деления цитоплазмы распределены примерно равномерно, и возникают четыре клетки.
2. Эти клетки развиваются в сперматозоиды, приспособленные к передвижению и доставке наследственного материала.
3. При овогенезе цитоплазма сосредоточена преимущественно в одной клетке, а остальные становятся полярными тельцами.
4. Крупная яйцеклетка сохраняет запас веществ, необходимый зародышу в начале развития.

Ответ: сперматогенез даёт четыре сперматозоида, а овогенез — обычно одну крупную яйцеклетку и полярные тельца. Различие связано с тем, что мужская гамета доставляет наследственный материал, а женская также обеспечивает зародыш запасом веществ.

Типичные ошибки

• Ошибка — считать, что гаметы имеют такой же набор хромосом, как клетки тела. Так думают, если не учитывают мейоз и запоминают только обычное деление клеток. Проверьте себя: число в гамете должно быть вдвое меньше числа в клетке тела.

• Ошибка — путать число образовавшихся клеток с набором хромосом в каждой. Четыре клетки после сперматогенеза не означают, что в них стало больше хромосом. Проверяйте отдельно два ответа: сколько клеток возникло и какой набор есть в каждой; после мейоза он гаплоидный.

• Ошибка — утверждать, что при овогенезе образуются четыре равноценные яйцеклетки. Такое представление возникает из-за того, что после мейоза можно насчитать несколько клеток, но их цитоплазма распределена неравномерно. Уточните результат: обычно полноценная крупная яйцеклетка одна, а остальные продукты деления — полярные тельца.

• Ошибка — считать яйцеклетку и сперматозоид одинаковыми по строению и роли. Обе клетки являются гаметами, поэтому их легко принять за одинаковые по функциям, но яйцеклетка крупная и содержит запас веществ, а сперматозоид подвижен. Чтобы проверить сравнение, свяжите особенности каждой гаметы с её задачей при оплодотворении.

Связь с другими темами

Для понимания гаметогенеза нужно различать клетки тела и половые клетки, а также знать, что называют диплоидным и гаплоидным наборами. Знание митоза и мейоза помогает проследить деления клеток и понять причину уменьшения числа хромосом в гаметах. Эти сведения понадобятся при изучении оплодотворения и индивидуального развития организмов. Они также помогают разбирать, как наследственность и изменчивость связаны с разнообразием потомства.

Что запомнить

• Гаметогенез — образование и развитие половых клеток.
• Гаметы имеют гаплоидный набор хромосом.
• Мейоз уменьшает число хромосом вдвое.
• При сперматогенезе из одной исходной клетки формируются четыре сперматозоида.
• При овогенезе обычно образуется одна крупная яйцеклетка и полярные тельца.
• При оплодотворении слияние гамет восстанавливает диплоидный набор хромосом.
• Половое размножение способствует генетическому разнообразию потомства.