5) «Девственное размножение»
партеногенез: ребенок развивается из неоплодотворенной яйцеклетки (тли, дафнии, трутни у пчел)
андрогенез: ребенок развивается из оплодотворенной яйцеклетки, имеющей только ядро сперматозоида (ядро яйцеклетки разрушается) – шелкопряд, табак, кукуруза
Переход к половому размножению связан с появлением специализированных половых клеток – мужских и женских гамет, в результате слияния которых (оплодотворения) образуется зигота – клетка, из которой развивается новый организм, обладающий новой комбинацией исходных генетических признаков.
Формы полового размножения
Изогамия(1) — форма полового размножения, при которой гаметы (условно женские и условно мужские) являются подвижными и имеют одинаковые морфологию и размеры.
Гетерогамия(2) — форма полового размножения, при которой женские и мужские гаметы являются подвижными, но женские — крупнее мужских и менее подвижны.
Овогамия(3) — форма полового размножения, при которой женские гаметы неподвижные и более крупные, чем мужские гаметы. В этом случае женские гаметы называютсяяйцеклетками, мужские гаметы, если имеют жгутики, —сперматозоидами, если не имеют, —спермиями.
Овогамия характерна для большинства видов животных и растений. Изогамия и гетерогамия встречаются у некоторых примитивных организмов (водоросли). Кроме вышеперечисленных, у некоторых водорослей и грибов имеются формы размножения, при которых половые клетки не образуются: хологамия и конъюгация. При хологамиипроисходит слияние друг с другом одноклеточных гаплоидных организмов, которые в данном случае выступают в роли гамет. Образовавшаяся диплоидная зигота затем делится мейозом с образованием четырех гаплоидных организмов. Приконъюгации(4) происходит слияние содержимого отдельных гаплоидных клеток нитевидных талломов. По специально образующимся каналам содержимое одной клетки перетекает в другую, образуется диплоидная зигота, которая обычно после периода покоя также делится мейозом.
Партеногенез.При этом способе не происходит оплодотворения, и зародыш развивается из неоплодотворенной яйцеклетки. Такой способ размножения позволяет только комбинировать признаки разных предков материнской особи, так как отцовская в размножении не участвует. Таким способом появляются, например, одуванчики. Именно поэтому все их цветки очень похожи между собой, им достался генетический материал только матери. Так размножаются некоторые виды свеклы, табака. Так размножаются и многие паразитические черви, когда одни личинки, находясь внутри организма хозяина, дают следующее поколение личинок без процесса оплодотворения.
Гаметогенез — это процесс образования половых клеток. Протекает он в половых железах — гонадах (в яичниках у самок и в семенниках у самцов). Гаметогенез в организме женской особи сводится к образованию женских половых клеток (яйцеклеток) и носит названиеовогенеза. У особей мужского пола возникают мужские половые клетки (сперматозоиды), процесс образования которых называетсясперматогенезом.
Гаметогенез — это последовательный процесс, которых складывается из нескольких стадий — размножения, роста, созревания клеток. В процесс сперматогенеза включается также стадия формирования, которой нет при овогенезе.
Стадии гаметогенеза
1. Стадия размножения. Клетки, из которых в последующем образуются мужские и женские гаметы, называютсясперматогониями иовогониями соответственно. Они несутдиплоидный набор хромосом 2n2c. На этой стадии первичные половые клетки многократно делятся митозом, в результате чего их количество существенно возрастает. Сперматогонии размножаются в течение всего репродуктивного периода в мужском организме. Размножение овогоний происходит главным образом в эмбриональном периоде. У человека в яичниках женского организма процесс размножения овогоний наиболее интенсивно протекает между 2 и 5 месяцами внутриутробного развития.
К концу 7 месяца большая часть овоцитов переходит в профазу I мейоза.
Если в одинарном гаплоидном наборе количество хромосом обозначить как n, а количество ДНК — как c, то генетическая формула клеток в стадии размножения соответствует 2n2c до синтетического периода митоза (когда происходит репликация ДНК) и 2n4c после него.
2. Стадия роста. Kлетки увеличиваются в размерах и превращаются в сперматоциты и овоциты I порядка (последние достигают особенно больших размеров в связи с накоплением питательных веществ в виде желтка и белковых гранул). Эта стадия соответствует интерфазе I мейоза. Важное событие этого периода — репликация молекул ДНК при неизменном количестве хромосом. Они приобретают двунитчатую структуру: генетическая формула клеток в этот период выглядит как 2n4c.
3. Стадия созревания. Происходят два последовательных деления — редукционное (мейоз I) и эквационное (мейоз II), которые вместе составляют мейоз. После первого деления (мейоза I) образуются сперматоциты и овоциты II порядка (с генетической формулой n2c), после второго деления (мейоза II) — сперматиды и зрелые яйцеклетки (с формулой nc) с тремя редукционными тельцами, которые погибают и в процессе размножения не участвуют. Так сохраняется максимальное количество желтка в яйцеклетках. Таким образом, в результате стадии созревания один сперматоцит I порядка (с формулой 2n4c) дает четыре сперматиды (с формулой nc), а один овоцит I порядка (с формулой 2n4c) образует одну зрелую яйцеклетку (с формулой nc) и три редукционных тельца. Отмеченные выше различия в ходе овогенеза и сперматогенеза имеют определенный биологический смысл, связанный с разным функциональным назначением мужских и женских гамет (помимо переноса генетической информации). Накопление в цитоплазме яйцеклетки большого количества запасных питательных веществ необходимо, так как на этой «базе» осуществляется развитие дочернего организма из оплодотворенного яйца. Неравномерное клеточное деление при овогенезе и обеспечивает формирование крупной яйцеклетки. Функция же сперматозоидов заключается в отыскании яйцеклетки, проникновении в нее и доставке своего хромосомного набора. Их существование кратковременно, а поэтому нет необходимости в запасании большого количества веществ в цитоплазме. А поскольку сперматозоиды в массе гибнут в процессе поиска яйцеклетки, их образуется огромное количество.
Центральное событие в процессе гаметогенеза — редукция диплоидного набора хромосом (в ходе мейоза) и формирование гаплоидных гамет.
4. Стадия формирования, или спермиогенеза (только при сперматогенезе). В результате этого процесса каждая незрелая сперматида превращается в зрелый сперматозоид (с формулой nc), приобретая все структуры, ему свойственные. Ядро сперматиды уплотняется, происходит сверхспирализация хромосом, которые становятся функционально инертными. Комплекс Гольджи перемещается к одному из полюсов ядра, формируя акросому. К другому полюсу ядра устремляются центриоли, причем одна из них принимает участие в формировании жгутика. Вокруг жгутика спирально закручивается одна митохондрия. Почти вся цитоплазма сперматиды отторгается, поэтому головка сперматозоида ее почти не содержит.
Характеристика овогенеза.Овогенез - процесс развития женских половых клеток - включает три периода: размножение, рост и созревание.Период размноженияпродолжается в яичнике плода со второго по пятый месяц эмбриогенеза и состоит в размножении митотическим путем клеток овогоний. Овогонии образуются из первичных половых клеток гоноцитов, имеющих екстрагонадне происхождения, мигрируют в зачаток гонады, взаимодействуют с клетками фолликулярного эпителия и превращаются в овогонии. Овогонии, в отличие от гоноцитов, имеют высокую митотическую активность. В результате размножения количество овогоний в одном яичнике достигает 1-5 миллионов. Параллельно с размножением происходит массовая гибель овогоний путем апоптоза, поэтому их количество до рождения значительно уменьшается. После последнего митотического деления овогонии превращаются в прелептотенни овоциты и вступают в следующей фазе овогенеза - периода роста.Период роста в овогенезчеловека начинается с третьего месяца эмбрионального развития и заключается в образовании первичных овоцитов (овоцитов I), в ядре которых происходит сложная перестройка, что является подготовкой к уменьшению числа хромосом. В настоящее время увеличиваются размеры самого овоцита, он окружается фолликулярными клетками, образуются фолликулы. Этот процесс называется малого роста. Овоциты И порядке вступают в профазу мейоза и так же, как это происходит в сперматоцитах И порядке, проходят стадии лептотены, Зиготена (второй-седьмой месяце эмбриогенеза), пахитены и диплотены (шестой-девятый месяцы). Но, в отличие от мужского мейоза, в овогенез за профазе не наступает метафаза, а мейоз блокируется овоциты надолго переходят в диктиотену - своеобразную фазу, свойственную только овогенеза. Остановка овоцита И порядка в диплотени профазы 1-го мейотического деления обеспечивает так называемый ингибитор созревания овоцитов - ОМИ (англ. oocyte maturation inhibitor). В диктиотени хромосомы овоцита И порядка деспирализуються и становятся невидимыми до окончания периода роста. У человека и других млекопитающих овоциты переходят в диктиотену еще во внутриутробный период или сразу после рождения и находятся в этом состоянии десятки лет (от 10-13 до 45-50 лет). У человека разные генерации овоцитов проходят профазу на различных ста-действиях пренатального онтогенеза. Так, на третьем месяце эмбрионального развития около 1% овоцитов достигает стадии диктиотены, до четвертого месяца их количество составляет уже 20%, а до восьмого месяца - 90%. С наступлением половой зрелости овоциты вступают в процесс дальнейшего роста (так называемый большой рост). При этом увеличиваются размеры овоцита, в его цитоплазме накапливается желток, овоцит окружается прозрачной зоной и лучистым венцом. Прозрачная зона имеет свойства оксифилии, ее хорошо видно под световым микроскопом. Она образована сложным комплексом гликопротеинов и протеогликанов. Микроворсинки фолликулярных клеток пронизывают прозрачную зону и образуют щелевые контакты с плазмолемме овоцита. Внешне от прозрачной зоны расположены фолликулярные клетки лучистой короны, без резкой границы переходят в клетки яйценосного бугорка.Период созревания овогенезаначинается в зрелых фолликулах непосредственно перед овуляцией, когда овоциты возобновляют мейоз, начиная с метафазы первого деления созревания. Разблокировка мейоза происходит под действием лютропина (ГИГ). После первого деления образуются две клетки: одна большая - вторичный овоцит (овоцит II порядка), в которой остается почти вся цитоплазма, и вторая маленькая - первое полярное тельце (полоцит I). Каждая из этих клеток получает по 23 диады с хромосомного набора первичного овоцита. Второй раздел созревание начинается сразу за первым, но он блокируется на стадии метафазы, завершается только после пенетрации сперматозоида через плазмолемму вторичного овоцита. В результате второго деления мейоза вновь образуется маленькая клетка - второе полярное тельце (полоцит II) и большая - зрелая яйцеклетка; обе клетки получают по 23 монады. Полярные, или редукционные, тельца содержат около 1% цитоплазмы яйцеклетки. На стадии метафазы второго деления созревания овоцит высвобождается из яичника в результате овуляции и созревание завершается в маточных трубах, после оплодотворения.