Б

Сперматозоїди людини під світловим мікроскопом

удова сперматозоїда (на прикладі сперматозоїда ссавців). Сперматозоїди дуже малі і рухливі. У ссавців сперматозоїд складається з головки довжиною 5-10 мкм, шийки та хвоста. Загальна довжина сперматозоїда приблизно становить 60 мкм. В головці розміщене ядро з гаплоїдним набором хромосом. Цитоплазми в головці дуже мало. В шийці розміщені мітохондрії, які виробляють енергію для руху сперматозоїда та центріоля, яка забезпечує коливання джгутика, що розміщений вздовж хвоста.

Оогенез – процес утворення жіночих статевих клітин – яйцеклітин. Оогенез відбувається в жіночих статевих залозах – яєчниках і проходить в три стадії:

• розмноження в яєчниках диплоїдних клітин оогенної тканини, в результаті якого утворюються диплоїдні ооцити;

• ріст ооцитів, який супроводжується синтезом ДНК та добудовуванням другої хроматиди;

• дозрівання ооцитів, які діляться мейозом.

В результаті дозрівання ооцита утворюється одна яйцеклітина і три редукційних (полярних) тільця. Пізніше яйцеклітина бере участь в статевому процесі, а редукційні тільця – відмирають.

Б

Яйцеклітина людини під світловим мікроскопом

удова яйцеклітини. Яйцеклітини – малорухливі, переважно великих розмірів, містять запас поживних речовин для розвитку зародка після запліднення. Діаметр яйцеклітини ссавців приблизно 0,1 мм, яйцеклітини риб (ікринки) значно більші, оскільки містять більший запас поживних речовин. Найбільшими є яйцеклітини птахів. Наприклад, яйцеклітина курки разом із запасом поживних речовин (жовтком) має діаметр приблизно 3 см.

Форми запліднення:

• у рослин є особливості запліднення: споровим рослинам для запліднення необхідна вода (для руху сперміїв); запліднення квіткових рослин дістало назву подвійного, оскільки один спермій зливається з яйцеклітиною і утворює диплоїдну зиготу, а інший спермій зливається з диплоїдною центральною клітиною і утворює триплоїдну клітину, з якої потім розвивається ендосперм зародка насінини;

• у тварин зовнішнє (відбувається в навколишньому середовищі), внутрішнє (відбувається в організмі самки), штучне (проводить людина); у процесі запліднення відбувається активація амінокислот, проникнення сперматозоїда в яйцеклітину, злиття їхніх ядер.

Онтогенез – індивідуальний розвиток організму, поділяється на дві стадії: ембріональний (зародковий) розвиток та постембріональний (післязародковий розвиток).

Ембріональний розвиток в свою чергу поділяється на стадії:

Стадії	Особливості
Зигота.	Клітина з диплоїдним набором хромосом.
Дробіння.	Збільшення кількості клітин в результаті поділу.
Морула	Клітини щільно прилягають одна до одної, порожнини немає.
Бластула.	Одношаровий зародок.
Гаструла.	Двошаровий зародок, що виникає переважно в результаті вгинання (інвагінації) стінки бластули. Зовнішній шар – ектодерма, внутрішній – ентодерма (їх ще називають зародковими листками)
Нейрула	Стадія зародкового розвитку хордових тварин і людини, утворення зачатка нервової системи – нервової пластинки і замикання її у нервову трубку.
Формування органів та взаємодія частин зародка – органогенез.	Утворюється третій шар клітин – мезодерма, який виростає між екто- та ентодермою. З ектодерми утворюється нервова система, покриви, органи чуття, похідні шкіри, кишечник, зябра (земноводні); з мезодерми – м’язи, скелет, кровоносна, видільна, статева системи, плевра, перикард, сполучнотканинні шари шкіри; з ентодерми – хорда, кишечник, легені, травні залози, плавальний міхур, передня і задня частки гіпофізу, щитовидна залоза і т.д.
Вихід зародка із яйцевих оболонок.	Вилуплювання, народження.

Диференціація клітин – це набуття клітинами здатності до виконання різних функцій, пов’язаних з їх спеціалізацією; процес розвитку клітин у певному напрямку (наприклад, в епітеліальні клітини, нервові клітини та ін.). Диференціація клітин розпочинається у ранньому ембріогенезі і поступово звужує кількість можливих перетворень до однієї або декількох диференційованих форм. Диференційований стан клітин досить стабільний і успадковується їх нащадками. Кінцева диференціація часто супроводжується втратою здатності клітин до розмноження. Наприклад, клітини нервової тканини у ссавців останній раз поділяються в ембріональному та ранньому постембріональному періодах розвитку, а клітини нервових гангліїв дрозофіли – на стадії личинки.

Для пояснення причин диференціації клітин запропоновано дві теорії:

• теорія нерівномірного розподілу спадкового матеріалу серед бластомерів зародка (теорія мозаїчного розвитку);

• теорія однакових генетичних потенцій всіх бластомерів (теорія еквіпотенціальності клітин, або регуляційного типу розвитку).

Прихильником першої теорії був А. Вейсман, який вважав, що мітотичні поділи зиготи є нерівнозначними відносно розподілу генетичного матеріалу. На користь теорії мозаїчного розподілу свідчать наступні факти:

• у кінської аскариди та у деяких інших безхребетних спостерігається втрата хроматину, тобто втрата клітиною частини геному, що не потрібна для даного напрямку диференціації;

• у деяких видів розподіл генетичного матеріалу між статевими та соматичними клітинами здійснюється нерівномірно;

• у багатьох видів (наприклад, у асцидії) спостерігається нерівномірний розподіл ферментів, і-РНК по яйцеклітині, а, отже, по зиготі та бластомерах;

• в процесі розвитку та диференціації клітин можливі незворотні локальні зміни та перебудови генетичного матеріалу (мутації).

На користь теорії регуляційного типу розвитку вказують дані цитогенетики, за якими у переважної більшості організмів каріотипи різних за функцією клітин – однакові (цитофотометричний аналіз вказує на однакову кількість ДНК, а спектральний аналіз показує ідентичність спектрів нуклеотидних послідовностей у різних клітинах). Отже, якщо і є організми, в яких гени і їх продукти нерівномірно розподіляються між клітинами в період дробіння зиготи, то цей феномен не є універсальним. Ембріональні клітини вищих еукаріотів, наприклад, земноводних, людини до стадії восьми бластомерів є генетично ідентичними, тому ембріони цих організмів називають регуляторними. Є і такі організми (наприклад, морський їжак), ембріони яких важко віднести до чисто регуляторних чи мозаїчних.

Відомо, що контроль перших етапів диференціації клітин визначається позаядерними компонентами яйцеклітини, які накопичуються у ній в процесі оогенезу. Деякі з таких компонентів у зародкових клітин дрозофіли ідентифіковані та визначена їх локалізація у яйцеклітині.

Одним із прямих доказів теорії еквіпотенціальності клітин є відомий дослід Дж. Гордона, який трансплантував ядра з диференційованих соматичних клітин (клітин кишкового епітелію пуголовків) в яйцеклітини південноамериканської жаби. Причому, власні ядра незапліднених яйцеклітин вчений руйнував ультрафіолетовим випромінюванням. В окремих випадках із таких штучно сконструйованих яйцеклітин розвивалися дорослі жаби. Отже, можна вважати, що інформація, необхідна для нормального розвитку після багатьох мітотичних поділів не втрачається і може бути використана для повторного процесу розвитку. Такий процес отримав назву клонування, а організми, утворені в такий спосіб називають клонами.

Спроби клонування ссавців довгий час були марними. Однак, у 1997 році група вчених під керівництвом Яна Уілмута у Шотландії шляхом клонування отримали копію вівці за кличкою Доллі.

Подібне клонування сільськогосподарських тварин сьогодні стає буденною справою і має велике практичне значення. Окрім традиційного з використанням незаплідненої яйцеклітини у сільському господарстві здійснюють клонування тварин штучним поділом раннього зародка на частини з наступним вирощуванням з них клонів.

Оскільки ембріональні клітини теплокровних тварин є генетично ідентичними, це можна використати для вирощування тканин та органів необхідних для трансплантації у медицині та ветиренарії. Великого значення набуває технологія вирощування тканин та органів з ізольованих стовбурових клітин, генетично запрограмованих на певний тип диференціювання. Так можна отримати гістосумісний матеріал для трансплантацій без клонування самих організмів.

Клонування людини в технологічному відношенні стало цілком можливим, проте воно стикається з рядом етичних, моральних та психологічних проблем. Гарантувати відтворення особистості клону важко, бо інтелект і все, що з ним пов’язане на 50% залежить від умов життя та виховання.

Постембріональний розвиток: буває прямий (без метаморфозу) та непрямий (з метаморфозом).

За прямого розвитку щойно народжена тварина загалом нагадує дорослу особину. Прямий розвиток відбувається внаслідок ембріонізації – періоду, коли зародок живиться за рахунок материнського організму (плацентарні ссавці), або запасними поживними речовинами яйця (плазуни, птахи).

За непрямого розвитку з яйця виходить личинка, що зовсім не схожа на дорослих особин ні будовою ні способом живлення, а часом для неї характерне ще й інше середовище життя. Личинка живиться, росте та розвивається (деякі види можуть на личинковій стадії розмножуватись), а пізніше у її організмі відбуваються глибокі структурні зміни, завдяки яким личинка перетворюється у дорослу комаху. Непрямий розвиток може відбуватися з повним та неповним перетворенням:

Неповне перетворення: яйце → личинка, схожа на дорослу особину → доросла особина.

Повне перетворення: яйце → личинка, що несхожа на дорослу особину → лялечка → доросла особина.

Ріст – кількісні зміни в організмі, один з проявів індивідуального розвитку організму, одна з ознак живого, пов’язаний з збільшенням маси, лінійних розмірів та об’єму організму, супроводжується диференціацією клітин і таким чином пов’язаний з розвитком. Ріст буває необмежений – відбувається протягом всього життя організму (рослини) та обмежений – відбувається до певного періоду індивідуального розвитку організму (людина).

Регенерація – здатність організмів відновлювати втрачені чи пошкоджені органи. Процеси регенерації у тварин регулюються: спадково, гормонами, нейрогормонами, імунною системою, а також міжклітинними та між тканинними взаємодіями.

Регенерація буває:

• репаративна – відновлення втрачених структур (загоєння ран, відновлення ящіркою втраченого хвоста);

• фізіологічна – відновлення зношених структур (клітин крові, клітин епідермісу шкіри та ін.)

Життєвий цикл (цикл розвитку) – сукупність фаз розвитку, при завершенні яких організм досягає статевої зрілості та досягає здатності до розмноження.

Життєвий цикл організмів буває простим або складним:

• за простого життєвого циклу всі послідовні покоління не відрізняються одне від одного;

• за складного життєвого циклу відбувається чергування поколінь: статевого, переважно гаплоїдного покоління (гаметофіту) та нестатевого диплоїдного покоління (спорофіту).

Біологічне значення чергування поколінь у деяких організмів полягає у кращому пристосуванні до умов середовища, що змінюється: статеве розмноження забезпечує існування виду в нестабільних умовах середовища, а нестатеве – дозволяє швидко збільшити чисельність виду в стабільних, сприятливих умовах середовища.