8. Развитие половых клеток.

Как появляются половые клетки у различных организмов? С помощью процесса называемого гаметогенез. Образование половых клеток проходит в специальных железах: у женщин в яичниках, а у мужчин в семенниках. Вследствие гаметогенеза образуются яйцеклетки и сперматозоиды с непарным набором хромосом.

Развитие яйцеклетки называется оогенез. Первичные половые клетки, из которых развивается яйцеклетка, называются оогонии. Они делятся митотическим путем в яичниках женщины. Когда оогонии теряют способность делиться митотически они входят в фазу мейоза I. В этот период они называются ооциты I порядка. Когда ооцит вступает в фазу мейоза II, он покидает яичник. Наступает так называемая овуляция. Дальнейшее развитие проходит в маточной трубе. Если контакт со сперматозоидом не произошел - ооцит погибает. Во время оогенеза одна материнская клетка может дать начало только одной половой клетке, а три другие клетки называются редукционные тельца. Стоит отметить, что ежемесячно в женском организме созревает только одна яйцеклетка, способная к оплодотворению.

Развитие мужской половой клетки называется сперматогенез. Сперматозоиды у мужчин образуются в извитых семенных канальцах. Исходная клетка называетсясперматогоний. Сначала сперматогонии делятся несколько раз митотически. В результате мейоза I образуются две дочерние клетки с непарным хромосомным набором - сперматоциты I порядка. Во время мейоза II из двух сперматоцит образуется 4 сперматиды, обладающие гаплоидным набором хромосом. Из сперматид в процессе формирования образуется зрелый сперматозоид со жгутиком и частью цитоплазмы. 

Образование половых клеток у папоротников, водорослей и других низших растений происходит в гаметангиях, специальных многоклеточных образованиях. Гаметангии дифференцируются на мужские - антеридии и женские - архегонии.

У цветковых растений мужские гаметы формируются в тычинках, а женские в пестиках.

Процессы сперматогенеза и овогенеза в принципе сходны, но между ними имеются и различия. В результате сперматогенеза образуется четыре сперматозоида, а овогенез завершается образованием одной яйцеклетки. Это обусловлено тем, что при первом и втором делениях созревания яйцеклетки не делятся пополам, а отделяют маленькие направительные, или редукционные, тельца. Направительные тельца несут полноценные хромосомные наборы, но практически лишены цитоплазмы и вскоре погибают. Биологический смысл образования этих телец заключается в необходимости сохранения в цитоплазме яйцеклетки максимального количества желтка, потребного для развития будущего зародыша.

8.1 Мейоз. Фазы мейоза.

Для полового воспроизведения организмов очень важным является процесс деления половых клеток, который называется Мейоз. Клетки, которые образовались в результате мейоза, называются гаметами или спорами. Гаметы животных называются сперматозоид и яйцеклетка. Мейоз начинается с одной диплоидной клетки, которая содержит две копии хромосом: одна копия от матери, другая от отца. В результате деления образуется 4 одинаковые клетки, содержащие непарный набор хромосом. Каждая образовавшаяся хромосома содержит уникальную смесь генов материнской и отцовской ДНК. Таким образом, гаметы не являются точной копией делящейся клетки, как это наблюдается при митозе. При мейозе дочерние клетки генетически отличаются от родительской клетки. Поэтому организмы, размножающиеся половым путем, имеют большее разнообразие физических форм и моделей поведения. Это в свою очередь отражается на адаптации организма к условиям окружающей среды, регулируемой естественным отбором и эволюцией. 

Процесс мейоза разделен на две большие фазы: Мейоз I и Мейоз II.

Рассмотрим Мейоз I:

Профаза I. Во время профазы происходит обмен генетической информацией между гомологичными хромосомами. Это самая сложная фаза мейоза, которая подразделяется на 5 подфаз.

Стадия тонких нитей. Она названа так, потому что благодаря максимальному уплотнению хроматина можно различить отдельные хромосомы в ядре, которые выглядят, как тонкие нити. 

Хромосомы объединяются в гомологичные пары. Каждая пара является уникальной по своей форме и расположению перетяжки. Такие пары хромосом называются биваленты. На этой стадии гомологичные хромосомы начинают сближаться по всей длине, образуя синаптонемальный комплекс. Этот процесс похож на застёгивание молнии.

Гомологичные хромосомы начинают избирательно обмениваться генами. Такой процесс носит название кроссинговер.

Синаптонемальный комплекс распадается, хроматин частично теряет свою плотную структуру, хромосомы немного отодвигаются друг от друга, но остаются связанными. Может проходить синтез и-РНК.

Ядерная оболочка растворяется и превращается в визикулы. Хроматин опять уплотняется. Две центромеры, содержащие центриоли расходятся к полюсам клетки - образуется веретено деления. Микротрубочки прикрепляются к кинетохору хромосом. 

Метафаза I. С помощью микротрубочек гомологичные хромосомы выстраиваются на экваторе клетки, образуя метафазную пластинку. 

Анафаза I. Сокращение микротрубочек приводит к расхождению гомологичных хромосом к противоположным полюсам клетки. Каждая хромосома все еще имеет сестринскую хроматиду, в отличие от митоза. Сама клетка удлиняется, готовясь к делению. 

Телофаза I. Деление завершается, когда хромосомы оказываются у полюсов клетки. Каждая дочерняя клетка содержит половину хромосомного набора, но каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид. Образуется ядерная оболочка, хромосомы опять раскручиваются, образуя хроматин. 

После этого деления практически сразу наступает следующее деление Мейоз II. За эту короткую интерфазу ДНК не удваивается. 

Мейоз II фактически повторяет митоз. Однако вследствие мейоза II образуются 4 гаплоидные клетки из двух гаплоидных, образованных в результате мейоза I.