§ 46. Органы размножения. Половые клетки

Определения и обозначения

Половое размножение — размножение, при котором новый организм развивается после слияния мужской и женской половых клеток. В отличие от бесполого размножения, здесь участвуют две гаметы, а их наследственная информация объединяется. Это помогает понять, откуда у зародыша появляются признаки обоих родителей.

Половые железы — органы, образующие половые клетки и половые гормоны. Мужские половые железы — семенники, женские — яичники. Они не только производят гаметы, но и создают условия для развития половых признаков организма.

Гамета — зрелая половая клетка с гаплоидным набором хромосом, то есть с одной хромосомой из каждой пары. Мужская гамета называется сперматозоидом, женская — яйцеклеткой. Такой набор нужен, чтобы при слиянии гамет число хромосом стало обычным для организма, а не удвоилось.

Гаметогенез — процесс образования и созревания половых клеток. В нём выделяют размножение исходных клеток, их рост и созревание; при созревании происходит деление, уменьшающее число хромосом. Эти этапы объясняют, как из клеток половых желёз получаются зрелые гаметы.

Как это устроено

Мужская и женская половые системы включают железы, пути для перемещения половых клеток и другие органы, выполняющие связанные с размножением функции. Железы производят гаметы, а выводные пути обеспечивают их перемещение, поэтому эти части нельзя считать взаимозаменяемыми. Такая организация позволяет клеткам попасть туда, где возможно оплодотворение.

Сперматозоиды образуются в извитых семенных канальцах семенников. Затем они созревают в придатках семенников и перемещаются по семявыносящим протокам; при семяизвержении проходят через мочеиспускательный канал. Секреты добавочных желёз входят в состав семенной жидкости и помогают сперматозоидам двигаться и сохранять жизнеспособность.

Яйцеклетки развиваются в яичниках. Созревшая клетка выходит из яичника и попадает в маточную трубу, где при встрече со сперматозоидом может произойти оплодотворение. Маточная труба направляет клетку и затем зародыш к матке, стенка которой может стать местом его дальнейшего развития.

Сперматозоид состоит из головки с ядром, участка с большим количеством митохондрий и хвоста. Хвост обеспечивает движение, а небольшие размеры позволяют клетке легче перемещаться; запас питательных веществ у неё мал. Яйцеклетка значительно крупнее, имеет оболочки и цитоплазму с запасом веществ для первых этапов развития, но сама активно не передвигается.

Клетки тела имеют диплоидный набор хромосом — по две хромосомы каждого типа. При образовании гамет в результате мейоза число хромосом уменьшается вдвое, и набор становится гаплоидным. Когда гаметы сливаются при оплодотворении, их наборы объединяются и восстанавливают диплоидное число, характерное для клеток организма.

Сравнение мужской и женской половых систем и гамет

Сначала сравните, какие органы образуют гаметы, а какие только обеспечивают их перемещение. Затем проследите путь каждой клетки и сопоставьте её строение с задачей. В последней строке таблицы видно, почему оба гаплоидных набора нужны для образования зиготы.

Разбор задач

Задача 1

Укажите, какие органы мужской половой системы образуют сперматозоиды, а какие обеспечивают их продвижение и выход из организма. Чтобы ответить, нужно разделить органы по их функциям, а затем проследить путь клетки. Это не позволяет перепутать место образования сперматозоидов с каналами, по которым они движутся.

1. Сначала определяем орган образования: сперматозоиды возникают в извитых семенных канальцах семенников.
2. Затем называем место созревания: сперматозоиды созревают в придатках семенников.
3. Прослеживаем дальнейший путь: семявыносящие протоки проводят клетки к мочеиспускательному каналу.
4. Указываем выход: наружу сперматозоиды проходят через мочеиспускательный канал в составе семенной жидкости.

Ответ: сперматозоиды образуются в семенниках, а придатки, семявыносящие протоки и мочеиспускательный канал обеспечивают их созревание, продвижение и выход. При этом мочеиспускательный канал является общим путём для выведения мочи и семенной жидкости, но эти жидкости не проходят по нему одновременно.

Задача 2

Сравните сперматозоид и яйцеклетку по строению и объясните, как особенности каждой клетки связаны с её ролью. Перечисления признаков недостаточно: нужно показать, какую задачу помогает выполнять каждый признак. Поэтому отдельно рассматриваем движение, размеры и запас веществ.

1. У сперматозоида есть хвост, который помогает ему двигаться к яйцеклетке.
2. Его головка содержит ядро с наследственной информацией, а небольшой размер облегчает перемещение. Митохондрии обеспечивают клетку энергией для движения.
3. Яйцеклетка крупнее и содержит запас питательных веществ в цитоплазме. Этот запас поддерживает первые этапы развития после оплодотворения.
4. Яйцеклетка самостоятельно не передвигается: её перемещают по маточной трубе движения стенок и ресничек.

Ответ: сперматозоид подвижен и приспособлен доставить наследственную информацию к яйцеклетке. Яйцеклетка крупная, неподвижная и содержит вещества, необходимые зародышу в начале развития. Различия клеток соответствуют их разным функциям.

Задача 3

У организма диплоидный набор равен 46 хромосомам. Нужно определить число хромосом в гамете и после слияния мужской и женской гамет. Здесь важно не принимать набор одной гаметы за набор всей будущей клетки: при оплодотворении встречаются две гаметы.

1. Диплоидный набор обозначает две хромосомы каждого типа, поэтому число хромосом в гамете вдвое меньше: 46 ÷ 2 = 23.
2. И мужская, и женская гаметы имеют по 23 хромосомы.
3. При оплодотворении наборы складываются: 23 + 23 = 46.

Ответ: в каждой гамете 23 хромосомы, а после их слияния в зиготе — 46. Такое соотношение сохраняет характерное для организма число хромосом при половом размножении.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что половые клетки имеют столько же хромосом, сколько клетки тела. Так думают, если забывают, что при образовании гамет число хромосом уменьшается вдвое; проверьте себя, разделив диплоидное число на два. При слиянии двух гамет исходный набор восстанавливается.

Ошибка — называть выводные пути органами, образующими гаметы. Путаница возникает потому, что и железы, и пути входят в одну половую систему; проверьте функцию органа: семенники и яичники производят клетки, а протоки их перемещают. Место образования и путь движения — разные этапы.

Ошибка — считать яйцеклетку подвижной, как сперматозоид. Её можно представить движущейся, потому что она перемещается по маточной трубе, но это происходит не за счёт её собственных движений; проверьте, есть ли у клетки орган движения. Хвост есть у сперматозоида, а яйцеклетку перемещают реснички и сокращения стенок трубы.

Ошибка — отождествлять оплодотворение с образованием гамет. Эти процессы связаны, поэтому их иногда смешивают; проверьте порядок событий: сначала гаметы образуются и созревают, затем могут слиться. Оплодотворение — именно слияние гамет, после которого возникает зигота.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны знания о клетке, её ядре и хромосомах, а также о различии гаплоидного и диплоидного наборов. Уменьшение числа хромосом при образовании гамет связано с мейозом: без него при каждом оплодотворении набор удваивался бы. Далее эти знания помогают разобраться в оплодотворении, первых этапах эмбрионального развития и передаче наследственных признаков потомству.

Что запомнить

• Половые железы образуют гаметы и половые гормоны.
• Мужские гаметы — сперматозоиды, женские — яйцеклетки.
• Гаметы имеют гаплоидный набор хромосом.
• Сперматозоид мал и подвижен; яйцеклетка крупнее и содержит запас питательных веществ.
• При оплодотворении слияние гамет восстанавливает диплоидный набор хромосом.