"Биология. Углублённый уровень (для медицинских классов)", Пасечник В.В., Каменский А.А., Рубцов А.М. и др. / под ред. Пасечника В.В.
Гаметогенез — процесс образования и созревания половых клеток, необходимых для полового размножения. В ходе него клетки проходят размножение, рост и мейоз, поэтому гаметы получают половинный набор хромосом. Мужские и женские гаметы созревают по-разному: из одной исходной клетки при сперматогенезе формируются четыре сперматозоида, а при овогенезе — одна крупная яйцеклетка и полярные тельца. При оплодотворении наследственный материал гамет объединяется, и возникает зигота с диплоидным набором.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Гаметогенез — образование и созревание половых клеток, или гамет. Он включает размножение исходных клеток, их рост и созревание, во время которого происходит мейоз. Эти этапы нужны, чтобы сформировать гаметы с половинным набором хромосом.
Сперматогенез — образование сперматозоидов в семенных канальцах. Исходные клетки размножаются, затем растут и проходят мейоз; получившиеся клетки созревают в сперматозоиды. Так образуются мужские гаметы, приспособленные к доставке наследственного материала.
Овогенез — образование яйцеклеток в яичниках. После размножения исходных клеток происходят рост и мейоз, но цитоплазма распределяется между дочерними клетками неравномерно. Поэтому формируется одна крупная яйцеклетка, а не несколько одинаковых по размеру гамет.
Оплодотворение — слияние мужской и женской гамет с образованием зиготы. Ядра гамет объединяют наследственный материал, и диплоидный набор хромосом восстанавливается. Это позволяет начать развитие нового организма, не меняя характерного для вида числа хромосом.
Образование гамет начинается с исходных клеток в половых органах: сперматогенез идёт в семенных канальцах, овогенез — в яичниках. Эти клетки размножаются митозом, при котором дочерние клетки сохраняют набор хромосом исходной клетки. Увеличение их числа создаёт запас клеток, из которых затем могут развиваться гаметы.
Перед мейозом клетки растут и накапливают необходимые вещества. Рост подготавливает клетку к делениям и дальнейшему созреванию. При мейозе число хромосом уменьшается вдвое, поэтому гаметы получают гаплоидный набор, а не диплоидный набор клеток тела. Наследственный материал при этом распределяется между клетками и может образовывать разные сочетания, поэтому гаметы генетически не одинаковы.
Результат мейоза зависит от типа гаметогенеза. При сперматогенезе деления приводят к образованию четырёх клеток, которые могут созреть в сперматозоиды. При овогенезе деления неравномерны: почти вся цитоплазма достаётся одной клетке, а остальные становятся полярными тельцами. Благодаря этому яйцеклетка получает запас веществ, нужный для первых этапов развития.
Строение гамет соответствует их задачам. Сперматозоид мал и подвижен: жгутик помогает ему перемещаться, а головка содержит ядро с наследственным материалом. Яйцеклетка крупнее, неподвижна и содержит больше цитоплазмы и питательных веществ. При встрече гамет сперматозоид доставляет свой наследственный материал, а яйцеклетка предоставляет большую часть содержимого будущей зиготы.
Оплодотворение начинается с проникновения сперматозоида в яйцеклетку. Затем объединяется наследственный материал ядер двух гамет, и возникает зигота, из которой начинается развитие нового организма. Каждая гамета вносит гаплоидный набор, поэтому после слияния зигота имеет диплоидный набор. Связка мейоза и оплодотворения одновременно сохраняет число хромосом вида и создаёт новые сочетания наследственного материала.
| Признак | Сперматогенез | Овогенез |
|---|---|---|
| Место протекания | Семенные канальцы | Яичники |
| Исходные клетки | Исходные клетки мужской половой линии | Исходные клетки женской половой линии |
| Особенности роста клеток | Рост перед созреванием; клетки формируются без значительного накопления цитоплазмы | Яйцеклетка растёт и накапливает цитоплазму и вещества |
| Результат мейоза из одной исходной клетки | Четыре клетки, которые созревают в сперматозоиды | Одна яйцеклетка и полярные тельца |
| Количество и свойства зрелых гамет | Четыре небольших подвижных сперматозоида | Одна крупная неподвижная яйцеклетка |
| Периодичность и продолжительность процесса | После начала полового созревания идёт непрерывно | Протекает циклично; созревание яйцеклеток ограничено |
Сравнивайте процессы по строкам: так легче заметить, что мейоз есть в обоих случаях, но распределение цитоплазмы приводит к разным результатам. Особенно полезны строки о результате мейоза и свойствах гамет: они показывают, почему яйцеклетка одна и крупная, а сперматозоидов несколько. Периодичность и сроки процесса могут различаться у разных организмов.
Задача 1. Укажите, сколько хромосом будет в зрелой гамете, если в клетках организма диплоидный набор равен 46. Нужно определить результат мейоза, а не сложить наборы двух клеток. Обозначение 2n = 46 показывает число хромосом в обычной диплоидной клетке.
Ответ: в зрелой гамете 23 хромосомы.
Задача 2. Из одной клетки, вступившей в мейоз при сперматогенезе, образовались четыре клетки. Определите, какие из них могут стать зрелыми гаметами, и объясните отличие этого результата от овогенеза. Важно учитывать не только число продуктов деления, но и то, как между ними распределяется цитоплазма.
Ответ: при сперматогенезе зрелыми гаметами могут стать все четыре клетки; при овогенезе формируется одна яйцеклетка и полярные тельца.
Задача 3. У гамет двух организмов диплоидный набор составляет 24 хромосомы. Определите набор хромосом в зиготе после оплодотворения и объясните, почему число хромосом сохраняется в поколениях. Сначала нужно выяснить, какой набор несёт каждая гамета, а затем сложить их наборы.
Ответ: в зиготе 24 хромосомы. Число сохраняется, потому что уменьшение набора при образовании гамет компенсируется его восстановлением при оплодотворении.
Ошибочно считать, что мейоз удваивает число хромосом: при нём набор в гамете становится вдвое меньше. Такую путаницу вызывают два деления мейоза, которые принимают за увеличение числа хромосом. Проверьте себя: если исходная клетка имела 2n, гамета должна иметь n.
Неверно утверждать, что при овогенезе получаются четыре равноценные яйцеклетки. Все продукты деления имеют разный размер, потому что цитоплазма распределяется неравномерно; крупной становится одна клетка, остальные — полярные тельца. Проверка проста: спросите, какая клетка сохраняет основную часть цитоплазмы для развития.
Не смешивайте гамету и зиготу: у гаметы гаплоидный набор, а после слияния гамет возникает диплоидная зигота. Ошибка возникает, когда забывают, что оплодотворение объединяет два набора. Для проверки обозначьте их n и n: результат должен быть 2n.
Оплодотворение — не только проникновение сперматозоида в яйцеклетку. Если не учесть объединение наследственного материала, теряется главный итог процесса — образование зиготы с восстановленным набором хромосом. Проверяйте объяснение вопросом: указано ли, что происходит с ядрами и наследственным материалом гамет?
Для понимания гаметогенеза нужно различать митоз и мейоз, а также гаплоидный и диплоидный наборы. Эти знания помогают объяснить, почему гаметы получают половину числа хромосом. Мейоз и случайное сочетание гамет связывают тему с наследственностью и изменчивостью: у потомства появляются новые комбинации наследственного материала. Понимание оплодотворения пригодится при изучении эмбрионального развития, размножения организмов и основ репродуктивного здоровья.
Почему гаметы имеют вдвое меньше хромосом, чем клетки тела?
При мейозе число хромосом в исходной клетке уменьшается вдвое, поэтому гамета получает гаплоидный набор. Когда сливаются две гаметы, их наборы объединяются и диплоидное число восстанавливается.
Чем сперматогенез отличается от овогенеза?
При сперматогенезе деления дают четыре небольшие зрелые гаметы, способные двигаться. При овогенезе цитоплазма распределяется неравномерно: формируется одна крупная яйцеклетка, а остальные продукты деления становятся полярными тельцами.
Зачем при овогенезе образуются полярные тельца?
Полярные тельца получают лишние наборы хромосом при мейозе, но почти не получают цитоплазмы. Так яйцеклетка сохраняет основную часть веществ и органоидов, необходимых для первых этапов развития.
Какое значение имеет оплодотворение для числа хромосом?
При слиянии гаплоидных ядер яйцеклетки и сперматозоида набор хромосом становится диплоидным. Благодаря этому число хромосом вида сохраняется от поколения к поколению.
Как мейоз и оплодотворение создают наследственное разнообразие?
Во время мейоза наследственный материал распределяется между клетками, а обмен участками между хромосомами может создавать новые сочетания генов. При оплодотворении случайно соединяются гаметы двух родителей, что добавляет новые комбинации наследственных признаков.
§40. Развитие половых клеток. Оплодотворение
