Ανάπτυξη και δομή γεννητικών κυττάρων. Γυναικεία και αρσενικά γεννητικά κύτταρα Τα κινητά γεννητικά κύτταρα μπορούν να σχηματιστούν στο σώμα

Η σεξουαλική αναπαραγωγή εμφανίζεται σε εκπροσώπους όλων των τύπων χλωρίδας και πανίδας. Συνδέεται με το σχηματισμό ειδικών γεννητικών κυττάρων: γυναικεία - ωάρια και αρσενικά - σπέρμα.

Τα σεξουαλικά κύτταρα (γαμήτες) χαρακτηρίζονται από έναν απλό (απλοειδές) αριθμό χρωμοσωμάτων (βλ.). Επιπλέον, διαφέρουν ως προς την αναλογία των όγκων του κυτταροπλάσματος και του πυρήνα (σε σύγκριση με τα σωματικά κύτταρα).

Η δομή του ανδρικού αναπαραγωγικού κυττάρου (σπέρμα)

Τα ανδρικά αναπαραγωγικά κύτταρα - το σπέρμα - είναι συνήθως πολύ μικρά και κινητά. Ένα τυπικό σπέρμα αποτελείται από κεφάλι, λαιμό και ουρά.

Κεφάλιαποτελείται σχεδόν εξ ολοκλήρου από έναν πυρήνα καλυμμένο με ένα λεπτό στρώμα κυτταροπλάσματος. Το πιο πρόσθιο τμήμα του είναι μυτερό και καλυμμένο με καπάκι.

Λαιμόςστενεμένο, περιέχει το κεντριόλιο (αναπόσπαστο μέρος του κυτταρικού κέντρου) και μιτοχόνδρια.

ΟυράΤα σπερματοζωάρια αποτελούνται από τις καλύτερες ίνες που καλύπτονται με έναν κυτταροπλασματικό κύλινδρο: είναι το οργανίδιο της κίνησης.

Το συνολικό μήκος του σπέρματος, συμπεριλαμβανομένου του κεφαλιού, του λαιμού και της ουράς, στα θηλαστικά και στον άνθρωπο είναι 50-60 μm. Είναι χαρακτηριστικό ότι τα σπερματοζωάρια σχηματίζονται συνήθως σε τεράστιες ποσότητες (στα θηλαστικά εκατοντάδες εκατομμύρια από αυτά ωριμάζουν κατά τη διάρκεια της ζωής τους).

Η δομή του γυναικείου αναπαραγωγικού κυττάρου (ωάριο)

Τα θηλυκά αναπαραγωγικά κύτταρα (ωάρια) είναι ακίνητα και, κατά κανόνα, μεγαλύτερα από το σπέρμα. Συνήθως έχουν σφαιρικό σχήμα και ποικίλη δομή κελύφους. Στα θηλαστικά, το μέγεθος των αυγών είναι σχετικά μικρό και ανέρχεται σε 100-200 μικρά σε διάμετρο. Άλλα σπονδυλωτά (ψάρια, αμφίβια, ερπετά, πτηνά) έχουν μεγάλα αυγά. Περιέχουν τεράστια ποσότητα θρεπτικών συστατικών στο κυτταρόπλασμα.

Στα πουλιά, για παράδειγμα, το ωάριο είναι εκείνο το τμήμα του αυγού που συνήθως ονομάζεται κρόκος. Η διάμετρος ενός αυγού κοτόπουλου είναι 3-3,5 cm και σε μεγάλα πτηνά όπως οι στρουθοκάμηλοι είναι 10-11 cm. Αυτά τα αυγά καλύπτονται με πολλές μεμβράνες πολύπλοκης δομής (πρωτεϊνικό στρώμα, υποκέλυφος και μεμβράνες κελύφους κ.λπ.), οι οποίες εξασφαλίζουν τη φυσιολογική ανάπτυξη του εμβρύου.

Ο αριθμός των ωαρίων που παράγονται είναι συνήθως πολύ μικρότερος από τον αριθμό των σπερματοζωαρίων. Για παράδειγμα, μια γυναίκα θα ωριμάσει περίπου 400 ωάρια κατά τη διάρκεια της ζωής της.

Περιγράφεται η δομή των αρσενικών και θηλυκών γεννητικών κυττάρων των φυτών.

Ανάπτυξη ωαρίων και σπέρματος

Η ωρίμανση και ανάπτυξη των γεννητικών κυττάρων ονομάζεται γαμετογένεση.Στα ζώα και τους ανθρώπους, εμφανίζεται στις γονάδες: τα ωάρια αναπτύσσονται στις ωοθήκες και το σπέρμα στους όρχεις.

Στάδια ανάπτυξης

Οι διαδικασίες ανάπτυξης των ανδρικών γεννητικών κυττάρων (σπερματογένεση) και των θηλυκών γεννητικών κυττάρων (ωογένεση) έχουν μια σειρά από παρόμοια χαρακτηριστικά. Υπάρχουν τρία διαφορετικά στάδια τόσο στην ωοθήκη όσο και στους όρχεις:

• Στάδια αναπαραγωγής;
• στάδια ανάπτυξης?
• στάδια ωρίμανσης των γεννητικών κυττάρων.

Επί πρώτο στάδιοη σπερματογονία και η ωογονία (κύτταρα - πρόδρομοι του σπέρματος και των ωαρίων) πολλαπλασιάζονται και ο αριθμός τους αυξάνεται.

Στους άνδρες, η μιτωτική διαίρεση της σπερματογονίας ξεκινά κατά την εφηβεία και συνεχίζεται για δεκαετίες. Στις γυναίκες, η διαίρεση της ωογονίας συμβαίνει μόνο κατά την εμβρυϊκή περίοδο της ζωής τους και τελειώνει πριν τη γέννηση. Στα ζώα, η διαίρεση αυτών των κυττάρων εξαρτάται από το χρόνο και τις περιόδους αναπαραγωγής.

Σε δεύτερο επίπεδοη σπερματογονία και η ωογονία σταματούν να πολλαπλασιάζονται, αρχίζουν να αναπτύσσονται και να αυξάνονται σε μέγεθος, μετατρέπονται σε πρωτογενή σπερματοκύτταρα και ωοκύτταρα. Το μέγεθος των ωαρίων αυξάνεται ιδιαίτερα σημαντικά. Για παράδειγμα, στους βατράχους οι γραμμικές διαστάσεις του ωοκυττάρου είναι 2 χιλιάδες φορές μεγαλύτερες από αυτές της ωογονίας. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι συσσωρεύουν θρεπτικά συστατικά απαραίτητα για την ανάπτυξη του εμβρύου.

Οι πιο σημαντικές αλλαγές συμβαίνουν με μελλοντικά γεννητικά κύτταρα σε λειτουργία τρίτο στάδιοωρίμανση. Σημαντικές διαφορές μεταξύ της σπερματογένεσης και της ωογένεσης εμφανίζονται επίσης εδώ. Σε αυτή τη ζώνη, τα πρωτογενή ωάρια διαιρούνται δύο φορές με μείωση. Κατά την πρώτη μειωτική διαίρεση, σχηματίζεται ένα μεγάλο δευτερεύον ωοκύτταρο και ένα μικρό κύτταρο, το πρωτογενές πολοκύτταρο (το πρώτο πολικό ή καθοδηγητικό σώμα).

Κατά τη δεύτερη μειωτική διαίρεση, το δευτερογενές ωάριο χωρίζεται σε ένα μεγάλο ανώριμο ωάριο και ένα μικρό δευτερεύον πολοκύτταρο (δεύτερο πολικό σώμα). Το πρωτογενές πολοκύτταρο μπορεί επίσης να διαιρεθεί σε δύο ακόμη πολοκύτταρα.

Έτσι, ως αποτέλεσμα δύο μειοτικών διαιρέσεων, ένα πρωτογενές ωοκύτταρο παράγει 4 κύτταρα με ένα απλοειδές σύνολο χρωμοσωμάτων - ένα ανώριμο γεννητικό κύτταρο (το οποίο μετατρέπεται σε ώριμο ωάριο) και τρία πολοκύτταρα, τα οποία στη συνέχεια πεθαίνουν.

Κατά τη διάρκεια της σπερματογένεσης, το πρωτογενές σπερματοκύτταρο στη ζώνη ωρίμανσης διαιρείται επίσης δύο φορές με μείωση. Αλλά σε αυτή την περίπτωση, εμφανίζονται 4 πανομοιότυπα απλοειδή σπερματοζωάρια. Στη συνέχεια, μέσω πολύπλοκων μετασχηματισμών (αλλαγές στο σχήμα, ανάπτυξη της ουράς) μετατρέπονται σε ώριμο σπέρμα.

Γονιμοποίηση

Γονιμοποίησηείναι η διαδικασία σύντηξης των πυρήνων του σπέρματος και του ωαρίου και η αποκατάσταση του διπλοειδούς συνόλου των χρωμοσωμάτων. Το γονιμοποιημένο ωάριο ονομάζεται ζυγώτης. Ο σχηματισμός ενός ζυγώτη συμβαίνει μόνο όταν ένα σπερματοζωάριο διεισδύει στο ωάριο.

Αυτή η διαδικασία πραγματοποιείται διαφορετικά σε διαφορετικούς οργανισμούς. Στα θηλαστικά, η διείσδυση του σπέρματος στο ωάριο συνοδεύεται από τη διάλυση του κελύφους του με τη βοήθεια διαφόρων ενζύμων που εκκρίνονται από το σπέρμα. Σε πολλά έντομα, τα ωάρια έχουν ένα πυκνό κέλυφος και το σπέρμα διεισδύει μέσα από μικρές τρύπες. Σε ορισμένους υδρόβιους οργανισμούς, σχηματίζεται ένας μικρός δεκτικός φυμάτιος στην επιφάνεια του ωαρίου στο σημείο επαφής με το σπέρμα, το οποίο στη συνέχεια ανασύρεται προς τα μέσα μαζί με το σπέρμα.

Τυπικά, μόνο η κεφαλή του σπέρματος με μιτοχόνδρια και κεντριόλιο διεισδύει στο κυτταρόπλασμα του ωαρίου και η ουρά παραμένει έξω. Το κέλυφος του κεφαλιού διαλύεται, ο πυρήνας αρχίζει να διογκώνεται μέχρι να φτάσει στο μέγεθος του πυρήνα του αυγού. Τότε και οι δύο πυρήνες έρχονται πιο κοντά και τελικά συγχωνεύονται.

Μερικές φορές πολλά σπερματοζωάρια διεισδύουν στο ωάριο ταυτόχρονα, αλλά μόνο ένα από αυτά συγχωνεύεται με τον πυρήνα. Στο ζυγωτό, όλα τα χρωμοσώματα ζευγαρώνονται: σε κάθε ζεύγος ομόλογων χρωμοσωμάτων, ένα χρωμόσωμα ανήκει στο ωάριο και το δεύτερο στο σπέρμα. Αυτό το φαινόμενο έχει μεγάλη σημασία για την εξέλιξη. Ένας οργανισμός που αναπτύσσεται από ζυγώτη έχει μεγάλο εύρος συνδυαστικής μεταβλητότητας και επομένως μεγαλύτερες ευκαιρίες προσαρμογής στις μεταβαλλόμενες περιβαλλοντικές συνθήκες.

Χαρακτηριστικό των ανθοφόρων φυτών.

Σεξουαλική αναπαραγωγή- μια μέθοδος αναπαραγωγής κατά την οποία ένα νέο άτομο αναπτύσσεται συνήθως από έναν ζυγώτη που προκύπτει από τη σύντηξη δύο σεξουαλικών κυττάρων.

Σεξουαλική διαδικασία.Η σεξουαλική αναπαραγωγή χαρακτηρίζεται από την παρουσία μιας σεξουαλικής διαδικασίας, κατά την οποία τα γεννητικά κύτταρα (γαμήτες) ενώνονται και επέρχεται η επακόλουθη σύντηξή τους (γονιμοποίηση). Οι γαμέτες στους περισσότερους οργανισμούς σχηματίζονται με ανασυνδυασμένα γονικά χρωμοσώματα (θυμηθείτε πώς συμβαίνει η μείωση). Όταν οι γαμέτες συντήκονται, σχηματίζεται ένας διπλοειδής ζυγώτης, από τον οποίο αναπτύσσεται ένας οργανισμός που έχει κληρονομήσει έναν μοναδικό συνδυασμό γονιδίων και χαρακτηριστικών και από τους δύο γονείς. Έτσι, η σεξουαλική αναπαραγωγή (σε αντίθεση με την ασεξουαλική αναπαραγωγή) έχει ως αποτέλεσμα μια ποικιλία απογόνων. Αυτό αυξάνει την ικανότητα των οργανισμών να προσαρμόζονται στις μεταβαλλόμενες περιβαλλοντικές συνθήκες, κάτι που είναι υψίστης σημασίας για την εξέλιξη της ζωντανής φύσης.

Υπάρχουν δύο τύποι σεξουαλικής διαδικασίας - η σύζευξη και η σύζευξη. Κατά τη σύζευξη, τα περιεχόμενα δύο μη εξειδικευμένων κυττάρων συγχωνεύονται (σε ​​ορισμένα φύκιαΚαι μανιτάρια)ή την ανταλλαγή γενετικού υλικού μεταξύ ατόμων (σε ορισμένα βακτήριαΚαι βλεφαρίδες).Επιπλέον, στη δεύτερη περίπτωση δεν υπάρχει αύξηση του αριθμού των ατόμων. Ωστόσο, λόγω της ανταλλαγής και του ανασυνδυασμού του γενετικού υλικού, εξασφαλίζεται αύξηση της κληρονομικής μεταβλητότητας των οργανισμών.

Η σύζευξη (γαμετογαμία) είναι η σύντηξη γεννητικών κυττάρων για να σχηματιστεί ένας ζυγώτης. Στην περίπτωση αυτή, οι απλοειδείς πυρήνες των γαμετών σχηματίζουν τον διπλοειδή πυρήνα του ζυγώτη.

Η δομή των γεννητικών κυττάρων.Στα περισσότερα είδη ζωντανών οργανισμών, σχηματίζονται δύο τύποι γεννητικών κυττάρων, που διαφέρουν ως προς τη δομή και τις φυσιολογικές ιδιότητες - αρσενικό (κινητό σπέρμα ή ακίνητο σπέρμα) και θηλυκό (ωάρια).

Σπέρμαοι άνθρωποι και πολλά ζώα έχουν κεφάλι, λαιμό, μεσαίο τμήμα και μακρύ μαστίγιο (ουρά), που χρησιμεύει για την ενεργό κίνηση (Εικ. 79). Το κεφάλι περιέχει έναν απλοειδή πυρήνα και μια μικρή ποσότητα κυτταροπλάσματος. Στο πρόσθιο άκρο του κεφαλιού υπάρχει ένα ac soma, το οποίο είναι μια τροποποιημένη συσκευή Golgi. Το ακροσωμάτιο περιέχει ένζυμα που διαλύουν τις μεμβράνες του ωαρίου κατά τη γονιμοποίηση. Υπάρχουν δύο κεντρόλια στο λαιμό και στο μεσαίο τμήμα υπάρχουν μιτοχόνδρια, τα οποία παράγουν την απαραίτητη ενέργεια για την κίνηση του μαστιγίου. Η ουρά περιέχει ένα κινητό αξονικό νήμα του μαστιγίου, κατασκευασμένο από μικροσωληνίσκους.

Το σπέρμα μπορεί να παραμείνει βιώσιμο για μεγάλο χρονικό διάστημα έξω από το σώμα όταν παγώσει. Αυτή η ιδιότητα χρησιμοποιείται ευρέως στη γεωργία, ιδιαίτερα κατά την εκτροφή βοοειδών με τεχνητή γονιμοποίηση. Το σπέρμα των ελίτ φυλών ζώων συλλέγεται και αποθηκεύεται σε υγρό άζωτο και μετά την απόψυξη χρησιμοποιείται για την παραγωγή πολύ παραγωγικών απογόνων.

Ωάριατις περισσότερες φορές είναι ακίνητα και έχουν σφαιρικό σχήμα (Εικ. 80). Το ωάριο περιέχει έναν πυρήνα και ένα κυτταρόπλασμα με ένα σύνολο από διάφορα οργανίδια και μια παροχή θρεπτικών συστατικών για την ανάπτυξη του εμβρύου. Επομένως, τα ωάρια είναι συνήθως πολύ μεγαλύτερα από το σπέρμα και τα σωματικά κύτταρα. Για παράδειγμα, η διάμετρος των ανθρώπινων ωαρίων φτάνει τα 200 μικρά, ενώ το μήκος του σπέρματος είναι περίπου 60 μικρά. Τα ωάρια των ζώων, η εμβρυϊκή ανάπτυξη των οποίων συμβαίνει έξω από το σώμα της μητέρας, είναι πολύ μεγάλα σε μέγεθος - πουλιά, ερπετά, αμφίβια, ψάριακλπ. Ναι, Κοτόπουλοη διάμετρος του ωοκυττάρου (ένα ωάριο χωρίς κέλυφος λευκώματος) είναι μεγαλύτερη από 30 mm, σε ορισμένα καρχαρίες- 50-70 mm και στρουθοκάμηλος- 80 χλστ.

Τα αυγά καλύπτονται με μεμβράνες. Με βάση την προέλευσή τους, τα κελύφη χωρίζονται σε πρωτογενή, δευτερογενή και τριτογενή. Η πρωταρχική μεμβράνη του αυγού είναι παράγωγο του κυτταροπλάσματος και ονομάζεται μεμβράνη βιτελίνης. Είναι χαρακτηριστικό των αυγών όλων των ζώων. Οι δευτερογενείς μεμβράνες σχηματίζονται λόγω της δραστηριότητας των κυττάρων που τρέφουν το ωάριο. Είναι χαρακτηριστικά, για παράδειγμα, των αρθρόποδων (χιτινώδες κέλυφος). Οι τριτογενείς μεμβράνες προκύπτουν ως αποτέλεσμα της δραστηριότητας των αδένων της γεννητικής οδού. Οι τριτογενείς περιλαμβάνουν το κέλυφος, το υποκέλυφος και οι μεμβράνες λευκώματος των αυγών των πτηνών και των ερπετών και η ζελατινώδης μεμβράνη των αυγών των αμφιβίων. Οι μεμβράνες των αυγών εκτελούν προστατευτικές λειτουργίες και εξασφαλίζουν την ανταλλαγή ουσιών με το περιβάλλον.

Γαμετογένεσηείναι η διαδικασία σχηματισμού και ανάπτυξης γαμετών. Στα φυτά, ορισμένα φύκια και μύκητες, ο σχηματισμός γαμετών συμβαίνει σε ειδικά όργανα. Για παράδειγμα, στα φυτά σπορίων, οι θηλυκοί γαμέτες σχηματίζονται στο αρχέγονο, οι αρσενικοί γαμέτες στα ανθηρίδια. Στα περισσότερα ζώα, η γαμετογένεση συμβαίνει στις γονάδες.

Στη φύση, υπάρχουν πολλά είδη στα οποία ο ίδιος οργανισμός μπορεί να σχηματίσει αρσενικά και θηλυκά αναπαραγωγικά κύτταρα. Τέτοιοι οργανισμοί ονομάζονται ερμαφρόδιτοι (στην ελληνική μυθολογία, ο Ερμαφρόδιτος είναι ένα αμφιφυλόφιλο πλάσμα, το παιδί των θεών Ερμή και Αφροδίτης). Ο ερμαφροδιτισμός είναι κοινός μεταξύ των ασπόνδυλων ζώων ( συνενωτικός, επίπεδοςΚαι αννελίδια, μαλάκια) και σε φυτά.

Σχηματισμός γεννητικών κυττάρων στα θηλαστικά.Η διαδικασία σχηματισμού των ανδρικών γεννητικών κυττάρων ονομάζεται σπερματογένεση και αυτή των θηλυκών ονομάζεται ωογένεση.

Σπερματογένεσηεμφανίζεται στους ανδρικούς γονάδες – όρχεις. Αυτή η διαδικασία χωρίζεται σε τέσσερις περιόδους (Εικ. 81).

1 . ΣΕ περίοδος αναπαραγωγήςδιπλοειδείς πρόδρομοι των αρσενικών γαμετών — σπερματογονία - διαιρούνται επανειλημμένα με μίτωση, γεγονός που οδηγεί σε σημαντική αύξηση του αριθμού τους. Στα αρσενικά θηλαστικά (συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων), αυτή η διαδικασία ξεκινά από την εφηβεία και συνεχίζεται μέχρι τα βαθιά γεράματα.

2. ΣΕ περίοδο ανάπτυξηςη διαίρεση της σπερματογονίας σταματά και αρχίζουν να αναπτύσσονται (ταυτόχρονα, τα μεγέθη τους αυξάνονται ελαφρώς) - σχηματίζονται σπερματοκύτταρα πρώτης τάξης.

3. Κατά την περίοδο ωρίμανσηςΤα σπερματοκύτταρα πρώτης τάξης διαιρούνται με μείωση. Μετά την πρώτη μειοτική διαίρεση, από κάθε σπερματοκύτταρο πρώτης τάξης σχηματίζονται δύο απλοειδή σπερματοκύτταρα δεύτερης τάξης, μετά το δεύτερο - τέσσερα απλοειδή σπερματοκύτταρα.

4 . ΣΕ περίοδος σχηματισμούοι σπερματίδες μετατρέπονται σε σπερματοζωάρια, ενώ το σχήμα του κυττάρου αλλάζει, σχηματίζεται μαστίγιο, ακροσωμάτιο κ.λπ.

Η διάρκεια της σπερματογένεσης στον άνθρωπο είναι περίπου 75 ημέρες. Ένας τεράστιος αριθμός σπερματοζωαρίων σχηματίζεται στους όρχεις (όρχεις), για παράδειγμα, στους ανθρώπους, 1 ml σπερματικού υγρού περιέχει έως και 100 εκατομμύρια.

Ωογένεσηεμφανίζεται στους αδένες του γυναικείου φύλου - στις ωοθήκες - και ξεκινά ακόμη και πριν από τη γέννηση. Στη διαδικασία σχηματισμού ωαρίων διακρίνονται τρεις περίοδοι (βλ. Εικ. 81).

1. ΣΕ περίοδος αναπαραγωγήςδιπλοειδείς πρόδρομες ουσίες αυγών — Σχετικά με τη γονιά - χωρίζουν μιτωτικά πολλές φορές. Στα θηλαστικά, αυτή η διαδικασία συμβαίνει στην εμβρυϊκή περίοδο (πριν από τη γέννηση). Ο αριθμός των ωογονιών στις ωοθήκες αυξάνεται σημαντικά και στη συνέχεια παραμένουν αμετάβλητοι μέχρι την εφηβεία.

2. Με την έναρξη της εφηβείας, η ατομική ωογονία εισέρχεται περιοδικά περίοδο ανάπτυξηςπου μπορεί να διαρκέσει αρκετούς μήνες. Σε αυτό το διάστημα, ο όγκος τους αυξάνεται σημαντικά λόγω της πρόσληψης ουσιών από τα γύρω θυλακικά κύτταρα και το αίμα. Έτσι σχηματίζονται τα ωοκύτταρα πρώτης τάξης.

3. Περιοδικά, ωοκύτταρα πρώτης τάξης εισέρχονται σε μείωση. Αυτό - περίοδος ωρίμανσης.Κατά τη διαδικασία της μείωσης σχηματίζονται θυγατρικά κύτταρα διαφορετικών μεγεθών. Μετά την πρώτη μειοτική διαίρεση, σχηματίζεται ένα μεγάλο απλοειδές κύτταρο - ένα ωοκύτταρο δεύτερης τάξης - και ένα μικρό, που ονομάζεται πρωτεύον πολικό σώμα. Εμφανίζεται ωορρηξία - ένα ωοκύτταρο δεύτερης τάξης αφήνει την ωοθήκη στην κοιλιακή κοιλότητα. Στη συνέχεια εισέρχεται στη σάλπιγγα, όπου υφίσταται μια δεύτερη μειοτική διαίρεση, σχηματίζοντας ένα μεγάλο ωάριο και ένα μικρό δευτερεύον πολικό σώμα. Το πρωτεύον πολικό σώμα, κατά κανόνα, χωρίζεται επίσης σε δύο. Όλα τα πολικά σώματα στη συνέχεια πεθαίνουν και καταστρέφονται.

Έτσι, σε αντίθεση με τη σπερματογένεση, όπου κατά τη μείωση σχηματίζονται τέσσερα ίσα απλοειδή κύτταρα, κατά τη διάρκεια της ωογένεσης αναπτύσσεται ένα μεγάλο ωάριο και τρία μικρά πολικά σώματα. Η βιολογική έννοια της ανομοιόμορφης διαίρεσης είναι η διατήρηση στο αυγό της μέγιστης ποσότητας θρεπτικών συστατικών που είναι απαραίτητα για το μελλοντικό έμβρυο.

1. Πώς ονομάζονται τα όργανα στα οποία εμφανίζεται ο σχηματισμός θηλυκών και αρσενικών γαμετών στα φυτά σπορίων; Στα ζώα;

Ωοθήκες, ανθηρίδια, σποράγγια, όρχεις, αρχαγονία.

2. Πώς σχετίζεται η δομή του σπέρματος και του ωαρίου με τις λειτουργίες που επιτελούν αυτά τα κύτταρα;

3. Τα σπερματοζωάρια πρακτικά δεν περιέχουν κυτταρόπλασμα και θρεπτικά συστατικά, αλλά χρειάζονται μεγάλη ποσότητα ενέργειας για να κινηθούν. Από πού πιστεύετε ότι προέρχεται αυτή η ενέργεια;

4. Ποιος είναι ο μέγιστος αριθμός αυγών και δευτερογενών πολικών σωμάτων που μπορούν να σχηματιστούν σε μια γάτα από τέσσερα ωάρια πρώτης τάξης;

5. Ποιες διεργασίες που συμβαίνουν κατά την ωογένεση εξασφαλίζουν τη συσσώρευση μεγάλων ποσοτήτων θρεπτικών συστατικών στα αυγά;

6. Ποια είναι η βιολογική έννοια του σχηματισμού πολικών σωμάτων κατά την ωογένεση;

7. Συγκρίνετε τις διαδικασίες σπερματογένεσης και ωογένεσης, υποδείξτε ομοιότητες και διαφορές.

8. Οι ωοθήκες μιας 22χρονης γυναίκας με σταθερό αναπαραγωγικό κύκλο 28 ημερών περιέχουν 42 χιλιάδες ωοθυλάκια. Τα περισσότερα από αυτά είναι πολύ μικρά και μόνο 299 έχουν διάμετρο μεγαλύτερη από 100 μικρά. Επιπλέον, υπάρχουν 5 ωχρά σώματα στις ωοθήκες και 112 ουλές από αυτές. Σε ποια ηλικία αυτή η γυναίκα έκανε την πρώτη ωορρηξία; Σε ποια ηλικία θα σταματήσει πιθανότατα να παράγει αυγά;

Κεφάλαιο 1. Χημικά συστατικά ζωντανών οργανισμών

• § 1. Περιεκτικότητα χημικών στοιχείων στο σώμα. Μακρο- και μικροστοιχεία
• § 2. Χημικές ενώσεις σε ζωντανούς οργανισμούς. Ανόργανες ουσίες

Κεφάλαιο 2. Κύτταρο - δομική και λειτουργική μονάδα ζωντανών οργανισμών

• § 10. Ιστορία της ανακάλυψης του κελιού. Δημιουργία κυτταρικής θεωρίας
• § 15. Ενδοπλασματικό δίκτυο. συγκρότημα Golgi. Λυσοσώματα

Κεφάλαιο 3. Μεταβολισμός και μετατροπή ενέργειας στο σώμα

Η συντριπτική πλειοψηφία των πολυκύτταρων οργανισμών αναπαράγονται σεξουαλικόςτρόπος. Στους πολυκύτταρους οργανισμούς, τον κύριο ρόλο σε αυτή τη διαδικασία παίζουν τα γεννητικά κύτταρα με ένα απλοειδές σύνολο χρωμοσωμάτων - γαμετές. Κατά τη σεξουαλική αναπαραγωγή, λαμβάνει χώρα η σύντηξη του ωαρίου - του γυναικείου αναπαραγωγικού κυττάρου και του σπέρματος (ή του σπέρματος σε γυμνόσπερμα και αγγειόσπερμα) - το αρσενικό αναπαραγωγικό κύτταρο, λόγω του οποίου οι θυγατρικοί οργανισμοί λαμβάνουν γενετικές πληροφορίες και από τους δύο γονείς.
Διάφοροι τύποι γαμετών μπορούν να βρεθούν στη φύση. Σε αρκετούς οργανισμούς, οι γαμέτες είναι κινητοί, πανομοιότυποι σε σχήμα και μέγεθος. Υπάρχουν είδη στα οποία οι κινητικοί γαμέτες ποικίλλουν σε μέγεθος. Σε πιο οργανωμένα είδη, οι γαμέτες διαφέρουν ως προς το μέγεθος και την κινητικότητα: στα θηλαστικά, για παράδειγμα, οι αρσενικοί γαμέτες είναι μικροί και κινητοί, ενώ οι θηλυκοί γαμέτες είναι μεγάλοι και ακίνητοι. Στα φυτά ανώτερων σπόρων, τόσο οι αρσενικοί όσο και οι θηλυκοί γαμέτες είναι ακίνητοι.
Ας εξοικειωθούμε με τη δομή των γεννητικών κυττάρων. Το σπέρμα αποτελείται από ένα κεφάλι, έναν λαιμό και ένα μακρύ μαστίγιο. Το κεφάλι περιέχει έναν πυρήνα με ένα απλοειδές σύνολο χρωμοσωμάτων. Ο λαιμός περιέχει κύτταρα που συνθέτουν μόρια ATP - την πηγή ενέργειας για την κίνηση του μαστιγίου, με τη βοήθεια του οποίου κινείται το σπέρμα.
Σε σύγκριση με άλλα κύτταρα του σώματος, τα αυγά είναι μεγάλα κύτταρα. Περιέχουν έναν μεγάλο πυρήνα με πυρήνες, πολύ κυτταρόπλασμα με πολλά οργανίδια. Το κυτταρόπλασμα των αυγών περιέχει μεγάλη ποσότητα θρεπτικών συστατικών - πρωτεΐνες, λίπη, υδατάνθρακες. Αυτές οι ουσίες παρέχουν θρέψη στο έμβρυο στα αρχικά στάδια ανάπτυξης. Ο πυρήνας του αυγού περιέχει ένα απλοειδές σύνολο χρωμοσωμάτων.

* Το μέγεθος των αυγών σε διαφορετικούς οργανισμούς ποικίλλει από αρκετές δεκάδες μικρόμετρα έως αρκετά εκατοστά σε διάμετρο. Ο αριθμός των αυγών ποικίλλει επίσης μεταξύ των διαφόρων οργανισμών. Στα πτηνά που φροντίζουν τους απογόνους τους, ο αριθμός των αυγών είναι μικρός, αλλά στα ψάρια ο αριθμός των αυγών φτάνει σε αρκετές εκατοντάδες και χιλιάδες. Ο μπακαλιάρος, για παράδειγμα, γεννά έως και 9 εκατομμύρια αυγά. Τα ζωοτόκα ψάρια που φροντίζουν τους απογόνους τους παράγουν μόνο 100 έως 300 αυγά.

Μερικά αυγά καλύπτονται με μεμβράνες. Οι μεμβράνες των αυγών είναι ιδιαίτερα ογκώδεις σε οργανισμούς με εξωτερική γονιμοποίηση, για παράδειγμα στα περισσότερα πτηνά.
Τα περισσότερα είδη ζώων είναι δίοικα, δηλαδή παράγουν ωάρια στο θηλυκό σώμα και σπέρμα στο αρσενικό σώμα. Σε ορισμένα είδη, το ίδιο άτομο παράγει αρσενικούς και θηλυκούς γαμέτες. Οι οργανισμοί που σχηματίζουν τόσο θηλυκά όσο και αρσενικά κύτταρα περιλαμβάνουν ορισμένα πρωτόζωα, συνεντερικά, επίπεδα σκουλήκια, ανελοειδή (για παράδειγμα, γαιοσκώληκες) και πολλά φυτά.

20. Σχηματισμός γεννητικών κυττάρων. Μείωση

Θυμάμαι!

Πού στο ανθρώπινο σώμα σχηματίζονται τα γεννητικά κύτταρα;

Τι σύνολο χρωμοσωμάτων περιέχουν οι γαμέτες; Γιατί;

Για τη σεξουαλική αναπαραγωγή χρειάζονται εξειδικευμένα κύτταρα - γαμετέςπου περιέχει ένα μόνο (απλοειδές) σύνολο χρωμοσωμάτων. Όταν συγχωνεύονται (γονιμοποίηση), σχηματίζεται ένα διπλοειδές σύνολο, στο οποίο κάθε χρωμόσωμα έχει ένα ζευγάρι - ένα ομόλογο χρωμόσωμα. Σε κάθε ζεύγος ομόλογων χρωμοσωμάτων, ένα χρωμόσωμα λαμβάνεται από τον πατέρα και το δεύτερο από τη μητέρα.

Στα ζώα, η διαδικασία σχηματισμού γεννητικών κυττάρων είναι γαμετογένεση– εμφανίζεται σε ειδικά όργανα – τις γονάδες (γονάδες). Στα περισσότερα ζώα, οι αρσενικοί γαμέτες (σπερματοζωάρια) σχηματίζονται στους όρχεις, οι θηλυκοί γαμέτες (αυγά) στις ωοθήκες. Η ανάπτυξη των αυγών ονομάζεται ωογένεσηή ωογένεσηκαι τα σπερματοζωάρια – σπερματογένεση.

Η δομή των γεννητικών κυττάρων.

Ωάρια- Αυτά είναι σχετικά μεγάλα, ακίνητα, στρογγυλού σχήματος κελιά. Σε ορισμένα ψάρια, ερπετά και πτηνά, περιέχουν μεγάλη ποσότητα θρεπτικών συστατικών με τη μορφή κρόκου και έχουν μεγέθη από 10 mm έως 15 cm. Τα αυγά των θηλαστικών, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων, είναι πολύ μικρότερα (0,1–0,3 mm) και ο κρόκος είναι σχεδόν δεν περιέχουν.

Σπέρμα -μικρά κινητά κύτταρα, στον άνθρωπο το μήκος τους είναι μόνο περίπου 60 μικρά. Σε διαφορετικούς οργανισμούς διαφέρουν σε σχήμα και μέγεθος, αλλά, κατά κανόνα, όλα τα σπερματοζωάρια έχουν κεφάλι, λαιμό και ουρά, που εξασφαλίζουν την κινητικότητά τους. Στο κεφάλι του σπέρματος υπάρχει ένας πυρήνας που περιέχει χρωμοσώματα και ένα ακροσωμάτιο - ένα ειδικό κυστίδιο με ένζυμα απαραίτητα για τη διάλυση του κελύφους του αυγού. Τα μιτοχόνδρια συγκεντρώνονται στον λαιμό, τα οποία παρέχουν στο κινούμενο σπέρμα ενέργεια (Εικ. 63).

Ρύζι. 63. Σπέρμα θηλαστικών: Α – ηλεκτρονική φωτογραφία. Β – διάγραμμα δομής

Τα σπερματοζωάρια περιγράφηκαν για πρώτη φορά από τον Ολλανδό φυσιοδίφη A. Leeuwenhoek το 1677. Επίσης επινόησε τον όρο σπερματοζωάριο (από τα ελληνικά. σπέρμα– σπόρος και ζωνών– ζωντανό ον), δηλαδή ζωντανός σπόρος. Το αυγό θηλαστικού ανακαλύφθηκε το 1827 από τον Ρώσο επιστήμονα K. M. Baer.

Σχηματισμός γεννητικών κυττάρων.Η ανάπτυξη των γεννητικών κυττάρων χωρίζεται σε διάφορα στάδια: αναπαραγωγή, ανάπτυξη, ωρίμανση και στη διαδικασία της σπερματογένεσης διακρίνεται και το στάδιο σχηματισμού (Εικ. 64).

Ρύζι. 64. Γαμετογένεση στον άνθρωπο

Ρύζι. 65. Φάσεις μείωσης

Στάδιο αναπαραγωγής. Σε αυτό το στάδιο, τα κύτταρα που σχηματίζουν τα τοιχώματα των γονάδων διαιρούνται ενεργά με μίτωση, σχηματίζοντας ανώριμα γεννητικά κύτταρα. Αυτό το στάδιο στους άνδρες ξεκινά με την έναρξη της εφηβείας και συνεχίζεται σχεδόν σε όλη τη ζωή. Στις γυναίκες, ο σχηματισμός πρωτογενών γεννητικών κυττάρων ολοκληρώνεται στην εμβρυϊκή περίοδο, δηλαδή ο συνολικός αριθμός ωαρίων που θα ωριμάσει μια γυναίκα κατά την αναπαραγωγική της περίοδο καθορίζεται ήδη σε πρώιμο στάδιο ανάπτυξης του γυναικείου σώματος. Στο στάδιο της αναπαραγωγής, τα αρχέγονα γεννητικά κύτταρα, όπως όλα τα άλλα κύτταρα του σώματος, είναι διπλοειδή.

Στάδιο ανάπτυξης. Στο στάδιο της ανάπτυξης, που εκφράζεται πολύ καλύτερα στην ωογένεση, παρατηρείται αύξηση του κυτταροπλάσματος των κυττάρων, συσσώρευση απαραίτητων ουσιών και αναδιπλασιασμός του DNA (διπλασιασμός χρωμοσωμάτων).

Στάδιο ωρίμανσης. Το τρίτο στάδιο είναι η μείωση. Μείωση- αυτή είναι μια ειδική μέθοδος κυτταρικής διαίρεσης, που οδηγεί σε μείωση του αριθμού των χρωμοσωμάτων στο μισό και στη μετάβαση του κυττάρου από διπλοειδή κατάσταση σε απλοειδή.

Οι μελλοντικοί γαμέτες στο στάδιο της ωρίμανσης διαιρούνται δύο φορές. Τα κύτταρα που ξεκινούν τη μείωση περιέχουν ένα διπλοειδές σύνολο ήδη διπλασιασμένων χρωμοσωμάτων. Κατά τη διάρκεια δύο μειοτικών διαιρέσεων, ένα διπλοειδές κύτταρο παράγει τέσσερα απλοειδή κύτταρα.

Η μείωση αποτελείται από δύο διαδοχικές διαιρέσεις, των οποίων προηγείται ένας μόνο διπλασιασμός του DNA, που πραγματοποιείται κατά το στάδιο της ανάπτυξης. Σε κάθε διαίρεση της μείωσης, υπάρχουν τέσσερις φάσεις, οι οποίες είναι επίσης χαρακτηριστικές της μίτωσης (πρόφαση, μετάφαση, ανάφαση, τελόφαση), αλλά διαφέρουν σε ορισμένα χαρακτηριστικά (Εικ. 65).

Πρόφαση της πρώτης μειοτικής διαίρεσης ( προφαση Ι) είναι σημαντικά μεγαλύτερη από την πρόφαση της μίτωσης. Αυτή τη στιγμή, τα διπλασιασμένα χρωμοσώματα, καθένα από τα οποία αποτελείται ήδη από δύο αδελφές χρωματίδες, σπειροειδώς και αποκτούν συμπαγή μεγέθη. Στη συνέχεια τα ομόλογα χρωμοσώματα διατάσσονται παράλληλα μεταξύ τους, σχηματίζοντας τα λεγόμενα δισθενή ή τετραδία, που αποτελούνται από δύο χρωμοσώματα (τέσσερις χρωματίδες). Μπορεί να συμβεί ανταλλαγή αντίστοιχων ομόλογων περιοχών (διασταύρωση) μεταξύ ομόλογων χρωμοσωμάτων, η οποία θα οδηγήσει σε ανασυνδυασμό κληρονομικών πληροφοριών και σχηματισμό νέων συνδυασμών πατρικών και μητρικών γονιδίων στα χρωμοσώματα των μελλοντικών γαμετών (Εικ. 66).

Στο τέλος της προφάσης Ι, το πυρηνικό περίβλημα καταστρέφεται.

ΣΕ μεταφάση ΙΤα ομόλογα χρωμοσώματα βρίσκονται σε ζεύγη με τη μορφή δισθενών, ή τετραδίων, που βρίσκονται στο ισημερινό επίπεδο του κυττάρου και τα νήματα της ατράκτου συνδέονται με τα κεντρομερή τους.

ΣΕ ανάφαση Ιτα ομόλογα χρωμοσώματα από το δισθενές (τετράδιο) αποκλίνουν προς τους πόλους. Κατά συνέπεια, μόνο ένα από κάθε ζεύγος ομόλογων χρωμοσωμάτων καταλήγει σε καθένα από τα δύο προκύπτοντα κύτταρα - ο αριθμός των χρωμοσωμάτων μειώνεται στο μισό και το σύνολο των χρωμοσωμάτων γίνεται απλοειδές. Ωστόσο, κάθε χρωμόσωμα εξακολουθεί να αποτελείται από δύο αδελφές χρωματίδες.

Ρύζι. 66. Διασταύρωση χρωμοσωμάτων και ανταλλαγή ομόλογων περιοχών

ΣΕ τελοφάση ΙΤα κύτταρα σχηματίζονται με ένα απλοειδές σύνολο χρωμοσωμάτων και διπλάσια ποσότητα DNA.

Μετά από σύντομο χρονικό διάστημα, τα κύτταρα ξεκινούν τη δεύτερη μειωτική διαίρεση, η οποία προχωρά ως τυπική μίτωση, αλλά διαφέρει στο ότι τα κύτταρα που συμμετέχουν σε αυτήν είναι απλοειδή.

ΣΕ προφάση IIη πυρηνική μεμβράνη καταστρέφεται. ΣΕ μετάφαση IIτα χρωμοσώματα ευθυγραμμίζονται στο ισημερινό επίπεδο του κυττάρου, τα νήματα της ατράκτου συνδέονται με τα κεντρομερή των χρωμοσωμάτων. ΣΕ ανάφαση IIΤα κεντρομερή που συνδέουν τις αδελφές χρωματίδες διαιρούνται, οι χρωματίδες γίνονται ανεξάρτητα θυγατρικά χρωμοσώματα και μετακινούνται σε διαφορετικούς πόλους του κυττάρου. Τελόφαση IIολοκληρώνει τη δεύτερη διαίρεση της μείωσης.

Ως αποτέλεσμα της μείωσης, από ένα αρχικό διπλοειδές κύτταρο που περιέχει διπλά μόρια DNA, σχηματίζονται τέσσερα απλοειδή κύτταρα, κάθε χρωμόσωμα των οποίων αποτελείται από ένα μόνο μόριο DNA.

Κατά τη διάρκεια της σπερματογένεσης στο στάδιο της ωρίμανσης, ως αποτέλεσμα της μείωσης, σχηματίζονται τέσσερα πανομοιότυπα κύτταρα - πρόδρομοι σπερματοζωαρίων, τα οποία στο στάδιο σχηματισμού αποκτούν τη χαρακτηριστική όψη ενός ώριμου σπέρματος και γίνονται κινητικά.

Οι μειοτικές διαιρέσεις στην ωογένεση χαρακτηρίζονται από μια σειρά από χαρακτηριστικά. Η Πρόφαση Ι τελειώνει στην εμβρυϊκή περίοδο, δηλαδή από τη στιγμή που γεννιέται ένα κορίτσι, το σώμα του έχει ήδη ένα πλήρες σύνολο μελλοντικών ωαρίων. Τα υπόλοιπα συμβάντα μείωσης συνεχίζονται μόνο αφού η γυναίκα φτάσει στην εφηβεία. Κάθε μήνα, σε μία από τις ωοθήκες της γυναίκας, ένα από τα κύτταρα που έχουν σταματήσει να διαιρούνται συνεχίζει να αναπτύσσεται. Ως αποτέλεσμα της πρώτης διαίρεσης της μείωσης, σχηματίζεται ένα μεγάλο κύτταρο - ο πρόδρομος του ωαρίου και ένα μικρό, λεγόμενο πολικό σώμα, που εισέρχονται στη δεύτερη διαίρεση της μείωσης. Στο στάδιο της μετάφασης ΙΙ, ο πρόδρομος του ωαρίου ωορρηξεί, δηλαδή φεύγει από την ωοθήκη στην κοιλιακή κοιλότητα, από όπου εισέρχεται στον ωαγωγό. Εάν συμβεί γονιμοποίηση, ολοκληρώνεται η δεύτερη μειοτική διαίρεση - σχηματίζεται ένα ώριμο ωάριο και ένα δεύτερο πολικό σώμα. Εάν δεν γίνει σύντηξη με το σπέρμα, το κύτταρο που δεν έχει ολοκληρώσει τη διαίρεση πεθαίνει και αποβάλλεται από το σώμα.

Τα πολικά σώματα χρησιμεύουν για την απομάκρυνση της περίσσειας γενετικού υλικού και την ανακατανομή των θρεπτικών συστατικών προς όφελος του αυγού. Λίγο καιρό μετά τη διαίρεση πεθαίνουν.

Η έννοια της γαμετογένεσης.Ως αποτέλεσμα της γαμετογένεσης, σχηματίζονται γεννητικά κύτταρα που περιέχουν ένα απλοειδές σύνολο χρωμοσωμάτων, το οποίο επιτρέπει την αποκατάσταση του αριθμού των χαρακτηριστικών χρωμοσωμάτων του είδους κατά τη γονιμοποίηση. Ελλείψει μείωσης, η σύντηξη γαμετών θα είχε ως αποτέλεσμα τον διπλασιασμό του αριθμού των χρωμοσωμάτων σε κάθε διαδοχική γενιά που προκύπτει από τη σεξουαλική αναπαραγωγή. Αυτό δεν συμβαίνει λόγω της ύπαρξης μιας ειδικής διαδικασίας - μείωσης, κατά την οποία ο διπλοειδής αριθμός των χρωμοσωμάτων ( 2n) ανάγεται σε απλοειδές (1 n). Έτσι, ο βιολογικός ρόλος της μείωσης είναι να διατηρεί σταθερό αριθμό χρωμοσωμάτων κατά τη διάρκεια των γενεών ενός είδους.

Ελέγξτε τις ερωτήσεις και τις εργασίες

1. Συγκρίνετε τη δομή των ανδρικών και θηλυκών αναπαραγωγικών κυττάρων. Ποιες είναι οι ομοιότητες και οι διαφορές τους;

2. Τι καθορίζει το μέγεθος των αυγών; Εξηγήστε γιατί τα αυγά των θηλαστικών είναι από τα μικρότερα.

3. Ποιες περίοδοι διακρίνονται στη διαδικασία ανάπτυξης των γεννητικών κυττάρων;

4. Εξηγήστε πώς συμβαίνει η περίοδος ωρίμανσης (μείωση) κατά τη διάρκεια της σπερματογένεσης. ωογένεση.

5. Καταγράψτε τις διαφορές μεταξύ μείωσης και μίτωσης.

6. Ποια είναι η βιολογική σημασία και σημασία της μείωσης;

Νομίζω! Κάνε το!

1. Ο οργανισμός αναπτύχθηκε από ένα μη γονιμοποιημένο ωάριο. Τα κληρονομικά του χαρακτηριστικά είναι ακριβές αντίγραφο των χαρακτηριστικών του μητρικού οργανισμού;

2. Εξηγήστε γιατί υπάρχουν δύο όροι για τα ανδρικά αναπαραγωγικά κύτταρα: σπέρμα (για παράδειγμα, σε αγγειόσπερμα) και σπέρμα.

Εργασία με υπολογιστή

Ανατρέξτε στην ηλεκτρονική εφαρμογή. Μελετήστε το υλικό και ολοκληρώστε τις εργασίες.

Επαναλάβετε και θυμηθείτε!

Ο άνθρωπος

Σεξουαλικά κύτταρα.Ο σχηματισμός σπέρματος στους άνδρες ξεκινά από την εφηβεία. Η διάρκεια και των τεσσάρων φάσεων της σπερματογένεσης είναι περίπου 80 ημέρες. Κατά τη διάρκεια μιας ζωής, το σώμα ενός άνδρα παράγει έναν τεράστιο αριθμό σπερματοζωαρίων - έως και 10 10 .

Παρά το γεγονός ότι πολλά αυγά γεννιούνται σε ένα θηλυκό έμβρυο, μόνο μερικά από αυτά ωριμάζουν. Κατά την αναπαραγωγική περίοδο, δηλαδή όταν μια γυναίκα είναι ικανή να τεκνοποιήσει, τελικά σχηματίζονται περίπου 400 ωάρια.

Η ανάπτυξη των γεννητικών κυττάρων (ωογένεση και σπερματογένεση) καθορίζει την υγεία της μελλοντικής γενιάς. Το κάπνισμα, η κατανάλωση οινοπνευματωδών ποτών και τα ναρκωτικά μπορεί να έχουν μη αναστρέψιμη επίδραση στην ανάπτυξη γεννητικών κυττάρων, η οποία στη συνέχεια θα οδηγήσει σε στειρότητα ή στη γέννηση ενός παιδιού με κληρονομικές ή συγγενείς διαταραχές.

Η δομή των ανδρικών και θηλυκών αναπαραγωγικών κυττάρων καθορίζει την απόδοση της πιο σημαντικής λειτουργίας τους - την υλοποίηση της γενετικής αναπαραγωγής. Είναι χαρακτηριστικό των εκπροσώπων τόσο των φυτών όσο και των ζώων. Τα δομικά χαρακτηριστικά των γεννητικών κυττάρων θα συζητηθούν στο άρθρο μας.

Γαμέτες: σχέση δομής και λειτουργίας

Τα εξειδικευμένα κύτταρα που πραγματοποιούν τη διαδικασία ονομάζονται γαμέτες. Τα αρσενικά και θηλυκά αναπαραγωγικά κύτταρα - σπέρμα και ωάρια - έχουν ένα απλοειδές, δηλαδή ένα μοναδικό σύνολο χρωμοσωμάτων. Αυτή η δομή των γεννητικών κυττάρων παρέχει τον γονότυπο του οργανισμού, ο οποίος σχηματίζεται όταν συγχωνεύονται. Είναι διπλοειδές, ή διπλό. Έτσι, το σώμα λαμβάνει τις μισές γενετικές πληροφορίες από τη μητέρα και το άλλο μέρος από τον πατέρα.

Παρά τα κοινά χαρακτηριστικά, η δομή των σεξουαλικών και των ζωικών ειδών διαφέρει μεταξύ τους με πολλούς τρόπους. Αυτό αφορά πρωτίστως ορισμένους τόπους σχηματισμού τους. Έτσι, στα αγγειόσπερμα, το σπέρμα βρίσκεται στους ανθήρες του στήμονα και το ωάριο στην ωοθήκη του υπεριού. Τα πολυκύτταρα ζώα έχουν ειδικά όργανα - αδένες, στα οποία συμβαίνει ο σχηματισμός γεννητικών κυττάρων: ωάρια - στις ωοθήκες και σπέρμα - στους όρχεις.

Η διαδικασία σχηματισμού γεννητικών κυττάρων

Η δομή και η ανάπτυξη των γεννητικών κυττάρων καθορίζεται από την πορεία της γαμετογένεσης - τη διαδικασία σχηματισμού τους, η οποία συμβαίνει σε διάφορα στάδια. Κατά τη διάρκεια της αναπαραγωγικής φάσης, οι πρωτογενείς γαμέτες διαιρούνται αρκετές φορές μέσω της μίτωσης. Σε αυτή την περίπτωση, διατηρείται ένα διπλό σύνολο χρωμοσωμάτων. Αυτό το στάδιο έχει τις δικές του διαφορές σε άτομα διαφορετικού φύλου. Έτσι, στα αρσενικά θηλαστικά ξεκινά από τη στιγμή της εμφάνισης και διαρκεί μέχρι τα βαθιά γεράματα. Στις γυναίκες, η διαίρεση των πρωτογενών γεννητικών κυττάρων συμβαίνει μόνο κατά την ενδομήτρια ανάπτυξη του εμβρύου. Και μέχρι την εφηβεία παραμένουν αδρανείς.

Ακολουθεί η φάση ανάπτυξης. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, οι πρωτογενείς γαμέτες αυξάνονται σε μέγεθος και εμφανίζεται η αντιγραφή του DNA (διπλασιασμός). Σημαντική διαδικασία είναι και η αποθήκευση των θρεπτικών ουσιών, γιατί θα είναι απαραίτητα για τις επόμενες διαιρέσεις.

Το τελευταίο στάδιο της γαμετογένεσης ονομάζεται φάση ανάπτυξης. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, τα πρωτογενή γεννητικά κύτταρα διαιρούνται με διαίρεση αναγωγής - μείωση. Το αποτέλεσμά του είναι τέσσερα απλοειδή κύτταρα που σχηματίζονται από πρωτογενή διπλοειδή.

Σπερματογένεση

Ως αποτέλεσμα του σχηματισμού ανδρικών γεννητικών κυττάρων, δηλαδή της σπερματογένεσης, σχηματίζονται τέσσερις πανομοιότυπες και πλήρεις δομές. Έχουν την ικανότητα να γονιμοποιούν. Η δομή του ανδρικού αναπαραγωγικού κυττάρου, ή μάλλον η ιδιαιτερότητά του, έγκειται στην εμφάνιση συγκεκριμένων προσαρμογών. Συγκεκριμένα, είναι ένα μαστίγιο με τη βοήθεια του οποίου γίνεται η κίνηση των αρσενικών γαμετών. Αυτή η διαδικασία συμβαίνει στην τελευταία πρόσθετη φάση σχηματισμού, η οποία είναι χαρακτηριστική μόνο για τη διαδικασία της σπερματογένεσης.

Ωογένεση

Η δομή των γυναικείων γεννητικών κυττάρων, καθώς και η διαδικασία σχηματισμού τους (ωογένεση), έχει μια σειρά από χαρακτηριστικά γνωρίσματα. Κατά τη διάρκεια της μείωσης, το κυτταρόπλασμα κατανέμεται άνισα μεταξύ των μελλοντικών κυττάρων. Μόνο ένα από αυτά γίνεται τελικά ένα ωάριο ικανό να δώσει αφορμή για μελλοντική ζωή. Τα υπόλοιπα τρία μετατρέπονται σε κατευθυντικά σώματα και ως αποτέλεσμα καταστρέφονται. Το βιολογικό νόημα αυτής της διαδικασίας είναι η μείωση του αριθμού των ώριμων γυναικείων γεννητικών κυττάρων που μπορούν να γονιμοποιηθούν. Μόνο υπό αυτήν την προϋπόθεση ένα μόνο αυγό θα μπορεί να λάβει την απαιτούμενη ποσότητα θρεπτικών συστατικών, που είναι η κύρια προϋπόθεση για την ανάπτυξη του μελλοντικού οργανισμού. Ως αποτέλεσμα, κατά τη διάρκεια της περιόδου που μια γυναίκα είναι ικανή να γεννήσει παιδιά, μόνο περίπου 400 γεννητικά κύτταρα είναι ικανά να σχηματιστούν. Ενώ για έναν άνδρα αυτό το νούμερο φτάνει αρκετές εκατοντάδες εκατομμύρια.

Η δομή των ανδρικών αναπαραγωγικών κυττάρων

Το σπέρμα είναι πολύ μικρά κύτταρα. Το μέγεθός τους μετά βίας φτάνει τα λίγα μικρόμετρα. Στη φύση, τέτοια μεγέθη αντισταθμίζονται φυσικά από την ποσότητα τους. Η δομή των αναπαραγωγικών κυττάρων του ανδρικού σώματος έχει τα δικά της χαρακτηριστικά.

Το σπέρμα αποτελείται από κεφάλι, λαιμό και ουρά. Κάθε ένα από αυτά τα μέρη εκτελεί συγκεκριμένες λειτουργίες. Το κεφάλι περιέχει το μόνιμο κυτταρικό οργανίδιο των ευκαρυωτών - τον πυρήνα. Είναι ο φορέας της γενετικής πληροφορίας που περιέχεται στα μόρια του DNA. Είναι ο πυρήνας που εξασφαλίζει τη μετάδοση και αποθήκευση του κληρονομικού υλικού. Το δεύτερο συστατικό της κεφαλής του σπέρματος είναι το ακροσωμάτιο. Αυτή η δομή είναι ένα τροποποιημένο σύμπλεγμα Golgi και εκκρίνει ειδικά ένζυμα που μπορούν να διαλύσουν τις μεμβράνες του αυγού. Χωρίς αυτό, η διαδικασία γονιμοποίησης θα είναι αδύνατη. Ο λαιμός περιέχει μιτοχονδριακά οργανίδια που παρέχουν κίνηση της ουράς. Αυτό το τμήμα του σπέρματος περιέχει επίσης κεντριόλες. Αυτά τα οργανίδια παίζουν σημαντικό ρόλο στο σχηματισμό της ατράκτου κατά τη διάσπαση του γονιμοποιημένου ωαρίου. Η ουρά του σπέρματος σχηματίζεται από μικροσωληνίσκους, οι οποίοι, χρησιμοποιώντας την ενέργεια των μιτοχονδρίων, εξασφαλίζουν την κίνηση των ανδρικών γεννητικών κυττάρων.

Η δομή των αυγών

Τα θηλυκά αναπαραγωγικά κύτταρα είναι πολύ μεγαλύτερα από το σπέρμα. Η διάμετρός τους στα θηλαστικά είναι μέχρι 0,2 mm. Αλλά το ίδιο ποσοστό για τα ψάρια με πτερύγια λοβού είναι 10 εκ. και για τον καρχαρία ρέγγας - έως 23 εκ. Σε αντίθεση με τα αρσενικά αναπαραγωγικά κύτταρα, τα αυγά είναι ακίνητα. Έχουν στρογγυλό σχήμα. Το κυτταρόπλασμα αυτών των κυττάρων περιέχει μεγάλη ποσότητα θρεπτικών συστατικών με τη μορφή κρόκου. Εκτός από το DNA, το οποίο μεταφέρει γενετικές πληροφορίες, ο πυρήνας περιέχει ένα άλλο νουκλεϊκό οξύ - RNA. Περιέχει πληροφορίες για τη δομή των πιο σημαντικών πρωτεϊνών του μελλοντικού οργανισμού. Ο κρόκος μπορεί να βρίσκεται άνισα στο αυγό. Για παράδειγμα, σε ένα λόγχη βρίσκεται στο κέντρο, αλλά στα ψάρια καταλαμβάνει σχεδόν ολόκληρη την επιφάνεια, μετατοπίζοντας τον πυρήνα και το κυτταρόπλασμα σε έναν από τους πόλους του κυττάρου. Εξωτερικά, το αυγό προστατεύεται αξιόπιστα από μεμβράνες: βιτελίνη, διαφανή και εξωτερική. Είναι αυτά που πρέπει να διαλυθούν από το ακροσωμάτιο της κεφαλής του σπέρματος για να πραγματοποιηθεί η διαδικασία γονιμοποίησης.

Τύποι γονιμοποίησης

Η δομή και οι λειτουργίες των γεννητικών κυττάρων καθορίζουν τη διαδικασία της γονιμοποίησης - τη σύντηξη των γαμετών. Ως αποτέλεσμα αυτής της διαδικασίας, το γενετικό υλικό των γαμετών ενώνεται σε έναν ενιαίο πυρήνα και σχηματίζεται ένας ζυγώτης. Είναι το πρώτο κύτταρο ενός νέου οργανισμού.

Ανάλογα με τη θέση αυτής της διαδικασίας, γίνεται διάκριση μεταξύ εξωτερικού (εξωτερικού) και Ο πρώτος τύπος πραγματοποιείται εκτός του σώματος του θηλυκού ατόμου. Αυτό συμβαίνει συνήθως σε υδρόβιους οικοτόπους. Παραδείγματα οργανισμών στους οποίους συμβαίνει εξωτερική γονιμοποίηση είναι εκπρόσωποι της κατηγορίας των ψαριών. Τα θηλυκά τους γεννούν αυγά στο νερό, όπου τα αρσενικά τα ποτίζουν με σπερματικό υγρό. Ο αριθμός των αυγών τέτοιων ζώων φτάνει τις αρκετές χιλιάδες, από τα οποία δεν επιβιώνουν και αναπτύσσονται πολλά άτομα. Τα περισσότερα από αυτά τρώγονται από υδρόβια ζώα. Αλλά όλα τα θηλαστικά χαρακτηρίζονται από εσωτερική γονιμοποίηση, η οποία συμβαίνει μέσα στο γυναικείο σώμα με τη βοήθεια εξειδικευμένων αρσενικών. Ταυτόχρονα, ο αριθμός των ωαρίων που είναι έτοιμα για γονιμοποίηση είναι μικρός.

Η δομή του αρσενικού, του θηλυκού φύλου και του αναπαραγωγικού συστήματος των φυτών διαφέρει σημαντικά από αυτή των ζώων. Επομένως, η διαδικασία της σύντηξης γαμετών συμβαίνει διαφορετικά. Τα αρσενικά αναπαραγωγικά κύτταρα των φυτών δεν έχουν ουρά και δεν είναι ικανά να κινηθούν. Επομένως, της γονιμοποίησης προηγείται η επικονίαση. Είναι η διαδικασία μεταφοράς της γύρης από τον ανθήρα του στήμονα στο στίγμα του πιστολιού. Εμφανίζεται με τη βοήθεια του ανέμου, των εντόμων ή του ανθρώπου. Έχοντας βρεθεί έτσι στο στίγμα του ύπερου, το σπέρμα κατεβαίνει κατά μήκος του βλαστικού σωλήνα στο εκτεταμένο κάτω μέρος του - την ωοθήκη. Το αυγό βρίσκεται εκεί. Όταν οι γαμέτες συντήκονται, σχηματίζεται ένα έμβρυο σπόρων.

Η έννοια της παρθενογένεσης

Η δομή των γεννητικών κυττάρων, ιδιαίτερα των θηλυκών, καθιστά δυνατή μία από τις ασυνήθιστες μορφές γενετικής αναπαραγωγής. Ονομάζεται παρθενογένεση. Η βιολογική του ουσία έγκειται στην ανάπτυξη ενός ενήλικου οργανισμού από ένα μη γονιμοποιημένο ωάριο. Αυτή η διαδικασία παρατηρείται στον κύκλο ζωής των καρκινοειδών Daphnia, κατά τον οποίο εναλλάσσονται γενεές σεξουαλικής και παρθενογενετικής. Το γυναικείο αναπαραγωγικό κύτταρο περιέχει αρκετά θρεπτικά συστατικά για να δώσει αφορμή για μια νέα ζωή. Ωστόσο, κατά τη διάρκεια της παρθενογένεσης δεν προκύπτουν νέοι συνδυασμοί γενετικών πληροφοριών, πράγμα που σημαίνει ότι η ανάδειξη νέων χαρακτηριστικών είναι επίσης αδύνατη. Ωστόσο, η παρθενογένεση έχει σημαντική βιολογική σημασία, καθώς καθιστά δυνατή τη διαδικασία της σεξουαλικής αναπαραγωγής ακόμη και χωρίς την παρουσία ατόμου του αντίθετου φύλου.

Φάσεις του εμμηνορροϊκού κύκλου

Στο γυναικείο σώμα, τα σεξουαλικά κύτταρα δεν είναι πάντα έτοιμα για γονιμοποίηση, αλλά μόνο σε ορισμένες χρονικές στιγμές.Κατά τη διάρκεια αυτής της φυσιολογικής διαδικασίας, συμβαίνουν στο σώμα κυκλικές, φυσικές αλλαγές στις λειτουργίες του αναπαραγωγικού συστήματος. Αυτή η διαδικασία ρυθμίζεται από το χυμικό σύστημα. Η διάρκεια αυτού του κύκλου είναι 21-36 ημέρες με μέσο όρο 28. Αυτή η περίοδος μπορεί να χωριστεί σε τρεις φάσεις. Στην πρώτη (έμμηνο ρύση), που διαρκεί περίπου τις πρώτες 5 ημέρες, ο βλεννογόνος της μήτρας απορρίπτεται. Αυτό συνοδεύεται από ρήξη μικρών αιμοφόρων αγγείων. Την 6-14η ημέρα, υπό την επίδραση της υπόφυσης, απελευθερώνεται ένα ωοθυλάκιο στο οποίο ωριμάζει το ωάριο. Η βλεννογόνος μεμβράνη της μήτρας αρχίζει να ανακάμπτει κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου. Αυτή είναι η ουσία της μεταεμμηνορροϊκής φάσης. Από τη 15η έως την 28η ημέρα, εμφανίζεται ο σχηματισμός λιπώδους συνδετικού ιστού - το ωχρό σωμάτιο. Λειτουργεί ως προσωρινός ενδοκρινής αδένας, ο οποίος παράγει ορμόνες που καθυστερούν την ωρίμανση των ωοθυλακίων. Την περίοδο από την 17η έως την 21η ημέρα, η πιθανότητα γονιμοποίησης είναι μεγαλύτερη. Εάν αυτό δεν συμβεί, το γεννητικό κύτταρο καταστρέφεται και η βλεννογόνος μεμβράνη αποκολλάται ξανά.

Τι είναι η ωορρηξία

Την 14η ημέρα του εμμηνορροϊκού κύκλου, η δομή του γυναικείου αναπαραγωγικού κυττάρου αλλάζει ελαφρώς. Το ωάριο σπάει τη μεμβράνη του ωοθυλακίου και αφήνει την ωοθήκη στη σάλπιγγα. Εκεί τελειώνει η ωρίμανσή του. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται ωορρηξία. Αυτή είναι μια πολύ σημαντική περίοδος κατά την οποία η μήτρα αποκτά την ικανότητα να δέχεται ένα γονιμοποιημένο ωάριο.

Σύνολο χρωμοσωμάτων γεννητικών κυττάρων

Τα ωάρια και το σπέρμα έχουν ένα ενιαίο σύνολο γενετικών πληροφοριών. Για παράδειγμα, στον άνθρωπο, τα σεξουαλικά κύτταρα περιέχουν 23 χρωμοσώματα και ο ζυγώτης περιέχει 46. Όταν οι γαμέτες συγχωνεύονται, το σώμα λαμβάνει τα μισά από τα γονίδιά του από τη μητέρα και το δεύτερο μέρος από τον πατέρα. Αυτό ισχύει και για το φύλο. Μεταξύ των χρωμοσωμάτων, υπάρχουν αυτοσώματα και ένα ζεύγος φυλετικών χρωμοσωμάτων. Ονομάζονται με λατινικά γράμματα. Στους ανθρώπους, τα θηλυκά κύτταρα περιέχουν δύο πανομοιότυπα φυλετικά χρωμοσώματα, ενώ τα αρσενικά κύτταρα περιέχουν διαφορετικά. Τα σεξουαλικά κύτταρα περιέχουν ένα από το καθένα. Έτσι, το φύλο του αγέννητου παιδιού εξαρτάται εξ ολοκλήρου από το ανδρικό σώμα και από τον τύπο των χρωμοσωμάτων που μεταφέρει το σπέρμα.

Λειτουργίες γεννητικών κυττάρων

Η δομή του γυναικείου αναπαραγωγικού κυττάρου, όπως και του αρσενικού, είναι αλληλένδετη με τις λειτουργίες που επιτελούν. Όντας μέρος του αναπαραγωγικού συστήματος, επιτελούν τη λειτουργία της γενετικής αναπαραγωγής. Σε αντίθεση με την ασεξουαλική αναπαραγωγή, στην οποία διατηρείται η ακεραιότητα των γενετικών πληροφοριών του οργανισμού, η σεξουαλική αναπαραγωγή εξασφαλίζει τη δημιουργία νέων χαρακτηριστικών. Αυτή είναι απαραίτητη προϋπόθεση για την εμφάνιση της προσαρμογής, και επομένως ολόκληρης της ύπαρξης ζωντανών οργανισμών.