Морфология гамет и типы гаметогамии
Изогамия, гетерогамия и оогамия
Морфология гамет различных видов достаточно разнообразна, при этом продуцируемые гаметы могут отличаться как по хромосомному набору (при гетерогаметности вида), величине и подвижности (способности к самостоятельному передвижению), при этом гаметный диморфизм у различных видов варьирует в широких пределах - от отсутствия диморфизма в виде изогамии до своего крайнего проявления в форме оогамии.
Изогамия
Если сливающиеся гаметы морфологически не отличаются друг от друга величиной, строением и хромосомным набором , то их называют изогаметами, или бесполыми гаметами. Такие гаметы подвижны, могут нести жгутики или быть амёбовидными. Изогамия типична для многих водорослей .
Анизогамия (гетерогамия)
Гаметы, способные к слиянию, различаются по размерам, подвижные микрогаметы несут жгутики, макрогаметы могут быть как подвижны (многие водоросли), так и неподвижны (лишённые жгутиков макрогаметы многих протистов).
Оогамия
Сперматозоид и яйцеклетка.
Способные к слиянию гаметы одного биологического вида резко различаются по размерам и подвижности на два типа: мужские гаметы малого размера и крупные неподвижные женские гаметы - яйцеклетки . Различие размера гамет обусловлено тем, что яйцеклетки содержат запас питательных веществ, достаточный для обеспечения нескольких первых делений зиготы при её развитии в зародыш.
Мужские гаметы - сперматозоиды животных и многих растений подвижны и и обычно несут один или несколько жгутиков, исключением являются лишённные жгутиков мужские гаметы семенных растений - спермии, которые доставляются к яйцеклетке при прорастании пыльцевой трубки, а также безжгутиковые сперматозоиды (спермии) нематод и членистоногих.
Хотя сперматозоиды несут митохондрии , при оогамии от мужской гаметы к зиготе переходит только ядерная ДНК , митохондриальная ДНК (а в случае растений и пластидная ДНК) обычно наследуется зиготой только от яйцеклетки.
Литература
См. также
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое "Мужская гамета" в других словарях:
Мужская - получить на Академике активный купон Юлмарт или выгодно мужская купить по низкой цене на распродаже в Юлмарт
Гамета. Так называются в ботанике те клетки низших растительныхорганизмов, которые служат для полового размножения. Строение их весьмаразнообразно. Половой процесс состоит именно в слиянии Г. Еслисливающиеся Г. не отличаются друг от друга ни… … Энциклопедия Брокгауза и Ефрона
Так называются в ботанике те клетки низших растительных организмов, которые служат для полового размножения. Строение их весьма разнообразно. Половой процесс состоит именно в слиянии Г. Если сливающиеся Г. не отличаются друг от друга ни строением …
Андромоноэция мужская однодомность - Андромоноэция, мужская однодомность * андрамонаэцыя, мужчынская аднадомнасць * andromonoecy явление, когда отдельная гамета формирует как обоеполые, так и тычиночные цветки … Генетика. Энциклопедический словарь
АНДРОГАМЕТА - мужская гамета или микрогамета … Словарь ботанических терминов
МАЛЯРИЯ - МАЛЯРИЯ, от итальянского malaria испорченный воздух, перемежная, перемежающаяся, болотная лихорадка (malaria, febris intermittens, франц. paludisme). Под этим названием объединяется группа близко стоящих друг к другу родственных б ней,… … Большая медицинская энциклопедия
ОПЛОДОТВОРЕНИЕ, ключевой процесс полового РАЗМНОЖЕНИЯ, когда в результате слияния мужской и женской ГАМЕТ (половых клеток) образуется ЗИГОТА. Зигота содержит в себе генетическую информацию (ХРОМОСОМЫ) обоих родителей (см. НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ). У… … Научно-технический энциклопедический словарь
Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
Состоит в слиянии двух половых клеток мужской и женской. Произошедшая через такое слияние клетка производит новое растение. При неизменности сути, процесс оплодотворения протекает различно у разных растений; равным образом весьма различно… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
Раздел ботаники, занимающийся естественной классификацией растений. Экземпляры со многими сходными признаками объединяют в группы, называемые видами. Тигровые лилии один вид, белые лилии другой и т.п. Похожие друг на друга виды в свою очередь… … Энциклопедия Кольера
- (бурые, Phaeophyceae s. Fucoideae s. Melanophyceae) ряд водорослей (см.), окрашенных в бурый цвет; последний зависит от того, что в клетках названных водорослей находится пигмент феофилл, состоящий из зеленого хлорофилла (см.) и бурого фикофеина … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
Гаметогенез (от греч. гамете - жена, гаметес - муж и генезис - происхождение, возникновение) - это процесс образования зрелых половых клеток.
Так как для полового размножения чаще всего необходимы две особи - женская и мужская, продуцирующие различные половые клетки - яйцеклетки и спермии, то и процессы образования этих гамет должны быть различны.
Характер процесса в существенной степени зависит и от того, происходит ли он в растительной или в животной клетке, поскольку у растений при образовании гамет происходит только митоз, а у животных - и митоз, и мейоз.
Развитие половых клеток урастений. У покрытосеменных растений образование мужских и женских половых клеток происходит в различных частях цветка - тычинках и пестиках соответственно.
Перед образованием мужских половых клеток - микрогажетогенезом (от греч. микрос - маленький) - происходит микроспорогенез, то есть формирование микроспор в пыльниках тычинок. Этот процесс связан с мейотическим делением материнской клетки, в результате которого возникают четыре гаплоидные микроспоры. Микрогаметогенез сопряжен с единственным мито- тическим делением микроспоры, дающим мужской гаметофит из двух клеток - крупной вегетативной (сифоногенной) и мелкой генеративной. После деления мужской гаметофит покрывается плотными оболочками и образует пыльцевое зерно. В некоторых случаях еще в процессе созревания пыльцы, а иногда только после переноса на рыльце пестика генеративная клетка делится митотически с образованием двух неподвижных мужских половых клеток - спермиев. Из вегетативной клетки после опыления формируется пыльцевая трубка, по которой спермии проникают в завязь пестика для оплодотворения (рис. 2.55).
Развитие женских половых клеток у растений называется мегагаметогенезом (от греч. мегас - большой). Он происходит в завязи пестика, чему предшествует мегаспорогенез, в результате которого из материнской клетки мегаспоры, лежащей в нуцеллусе, путем мейотического деления формируются четыре мегаспоры. Одна из мегаспор трижды делится митотически, давая женский гаметофит - зародышевый мешок с восемью ядрами. При последующем обособлении цитоплазм дочерних клеток одна из образовавшихся клеток становится яйцеклеткой, по бокам от которой лежат так называемые синергиды, на противоположном конце зародышевого мешка формируются три антипода, а в центре в результате слияния двух гаплоидных ядер образуется диплоидная центральная клетка (рис. 2.56).
Развитие половых клеток уживотных. У животных различают два процесса образования половых клеток - сперматогенез и овогенез (рис. 2.57).
Сперматогенез (от греч. сперма, сперматос - семя и генезис - происхождение, возникновение) - это процесс образования зрелых мужских половых клеток - сперматозоидов. У человека он протекает в семенниках, или яичках, и делится на четыре периода: размножение, рост, созревание и формирование.
В период размножения первичные половые клетки делятся митотически, вследствие чего образуются диплоидные сперматогонии. В период роста сперматогонии накапливают питательные вещества в цитоплазме, увеличиваются в размерах и превращаются в первичные сперматоциты, или сперматоциты 1-го порядка. Лишь после этого они вступают в мейоз (период созревания), в результате которого образуется сначала два вторичных сперматоцита, или сперматоцита 2-го порядка, а затем - четыре гаплоидных клетки с еще достаточно большим количеством цитоплазмы - сперматиды. В период формирования они утрачивают почти всю цитоплазму и формируют жгутик, превращаясь в сперматозоиды.
Сперматозоиды, илиживчики, - очень мелкие подвижные мужские половые клетки, имеющие головку, шейку и хвостик (рис. 2.58).
В головке, кроме ядра, находится акросома - видоизмененный комплекс Гольджи, обеспечивающий растворение оболочек яйцеклетки в процессе оплодотворения.
В шейке находятся центриоли клеточного центра, а основу хвостика образуют микротрубочки, непосредственно обеспечивающие движение сперматозоида. В нем также расположены митохондрии, обеспечивающие сперматозоид энергией АТФ для движения.
Овогенез (от греч. оон - яйцо и генезис - происхождение, возникновение) - это процесс образования зрелых женских половых клеток - яйцеклеток. У человека он происходит в яичниках и состоит из трех периодов: размножения, роста и созревания. Периоды размножения и роста, аналогичные таковым в сперматогенезе, происходят еще во время внутриутробного развития. При этом из первичных половых клеток в результате митоза образуются диплоидные оогонии, которые превращаются затем в диплоидные первичные ооциты, или ооциты 1-го порядка. Мейоз и последующий цитокинез, протекающие в период созревания, характеризуются неравномерностью деления цитоплазмы материнской клетки, так что в итоге сначала получается один вторичный ооцит, или ооцит 2-го порядка, и первое полярное тельце, а затем из вторичного ооцита - яйцеклетка, сохраняющая весь запас питательных веществ, и второе полярное тельце, тогда как первое полярное тельце делится на два. Полярные тельца забирают избыток генетического материала.
У человека яйцеклетки вырабатываются с промежутком 28-29 суток. Цикл, связанный с созреванием и выходом яйцеклеток, называется менструальным.
Яйцеклетка - крупная женская половая клетка, которая несет не только гаплоидный набор хромосом, но и значительный запас питательных веществ для последующего развития зародыша (рис. 2.59).
Яйцеклетка у млекопитающих покрыта четырьмя оболочками, снижающими вероятность ее повреждения различными факторами. Диаметр яйцеклетки у человека достигает 150-200 мкм, тогда как у страуса он может составлять несколько сантиметров.
Рассмотрите на рисунках 97-99 жизненные циклы растений. Вспомните из учебника 6 класса, как происходит размножение этих растений. В чем сущ ность двойного оплодотворения у покрытосеменных (цветковых) растений?
У растений образование половых клеток и индивидуальное развитие протекают иначе, чем у животных. В царстве растений наблюдается чередование в жизненном цикле полового и бесполого поколений. Кроме того, у растений мейоз происходит не при образовании половых клеток, а при созревании спор.
Чередование поколений у растений. Спорофит (от греч. спора - семя и фитон - растение) - бесполое поколение растений с двойным набором хромосом. На спорофите в процессе мейозе образуются споры. Из спор развивается гаметофит (от греч. гаметес - супруг и фитон - растение) - половое поколение с одинарным набором. На нем в митозе образуются гаметы. После оплодотворения из зиготы снова образуется спорофит. Далее процесс повторяется. В зависимости от типа растения взрослый организм может быть гаметофитом или спорофитом (рис. 96).
Рис. 96. Чередование бесполого (спорофита) и полового (гаметофнта) поколеиий в жизненном цикле растений
У зеленых водорослей в жизненном цикле преобладает половое поколение - гаметофит (рис. 97). Он размножается бесполым и половым путями. В определенный период на гаметофите развиваются гаметы, разные или одинаковые по величине. После слияния гамет образуется зигота, из которой в результате мейоза формируются споры. Они дают начало новым гаметофитам. В жизненном цикле зеленых водорослей спорофит представлен только одной клеткой - зиготой.
Рис. 97. Жизненный цикл зеленой водоросли (улотрикс)
У мхов гаметофит в цикле также преобладает (рис. 98). Он развивается при прорастании споры. Это листостебельное растение, на побегах которого образуются мужские и женские органы полового размножения. Спорофит - тонкая ножка с коробочкой - развивается на гаметофите и не способен к самостоятельному существованию.
Рис. 98. Жизненный цикл зеленого мха кукушкин лен
В спорангиях в результате мейоза образуются споры. Споры после созревания высыпаются и во влажной среде прорастают, давая начало ветвящейся нити (предростку). На ней из почек развиваются гаметофиты.
У папоротников, плаунов и хвощей, наоборот, в жизненном цикле преобладает спорофит (рис. 99). На нем в специальных органах - спорангиях в результате мейоза образуются споры. Споры после созревания высыпаются и прорастают. При прорастании из споры развивается половое поколение - гаметофит, который представляет собой небольшой заросток. В процессе митоза на нем образуются мужские и женские гаметы.
Рис. 99. Жизненный цикл папоротника щитовника мужского
При наличии воды происходит оплодотворение и образуется зигота. Из нее развивается зародыш, а далее молодое растение - спорофит.
Размножение и развитие семенных растений. У семенных растений размножение происходит семенами. В жизненном цикле преобладает спорофит, а гаметофит сильно уменьшен в размерах (редуцирован), развивается на спорофите и представлен лишь несколькими клетками. Развитие семенных растений рассмотрим на примере жизненного цикла покрытосеменных, или цветковых растений.
Рис. 100. Шишка - орган семейного размножения голосемянных растений
Взрослое растение - спорофит, имеет двойной набор хромосом. Спорофит развивается из семени. Репродуктивным органом является цветок (рис. 101). В цветке формируется женский орган - пестик и мужской орган - тычинки. В завязи пестика в семязачатках в результате мейоза образуются 4 споры. Деление происходит неравномерно - образуются одна крупная спора и три мелкие. Три мелкие споры отмирают, а одна крупная развивается в женский гаметофит. Спора трижды делится митозом и образуется восьмиядерный зародышевый мешок: 8 ядер в котором распределяются следующим образом. Ближе к пыльцевходу находится крупное ядро - яйцеклетка, рядом два ядра помельче - сопутствующие. На противоположном полюсе мешка располагаются три ядра, а в центре - два центральных ядра. Все ядра имеют одинарный набор хромосом (n). Таким образом, женский гаметофит у покрытосеменных растений представлен восьмиядерным зародышевым мешком.
Рис. 101. Органы семенного размножения цветковых растений: 1 - цветок; 2 - плод
В пыльцевых мешках тычинок из клеток спорангия в результате мейоза образуются 4 мелкие споры. Все споры развиваются и дают начало мужским гаметофитам. Каждая спора делится митозом и образует вегетативную и генеративную клетку. Вегетативная и генеративная клетки покрываются двойной оболочкой - образуется пыльцевое зерно. Таким образом, мужской гаметофит у покрытосеменных растений представлен двумя клетками с оболочкой - пыльцевым зерном.
При попадании пыльцевого зерна на рыльце пестика цветка вегетативная клетка начинает прорастать, образуя пыльцевую трубку. Благодаря току цитоплазмы пыльцевой трубки генеративная клетка продвигается к пыльцевходу зародышевого мешка (рис. 102). Ядро генеративной клетки при этом делится митозом и образуются два спермия - неподвижные мужские гаметы. Они через пыльцевход проникают в зародышевый мешок. Один спермий (n) сливается с яйцеклеткой (n), что образует зиготу (2n). Из зиготы развивается зародыш семени. Второй спермий (n) сливается с двумя ядрами центральной клетки (2n), в результате образуется эндосперм семени, в котором запасаются питательные вещества. Ядра клеток эндосперма у покрытосеменных растений имеют тройной набор хромосом (3n).
Рис. 102. Жизненный цикл и двойное оплодотворение у цветковых растений: 1 - слияние спермия с центральной клеткой; 2 - слияние спермия с яйцеклеткой; 3 - кожура семени; 4 - зародыш (2n); 5 - эндосперм (3n)
Процесс слияния спермиев с яйцеклеткой и центральной клеткой называют двойным оплодотворением. Он был открыт в 1898 г. русским ученым Сергеем Гавриловичем Навашиным (рис. 103). В результате двойного оплодотворения из семязачатка цветка формируется семя, а из покровов семязачатка - семенная кожура. Вокруг семени из завязи или других частей цветка развиваются стенки плода. При вскрывании или разрушении стенки плода семя оказывается снаружи. При определенных условиях оно прорастает, из зародыша семени развивается новое растение - спорофит.
Рис. 103. Сергей Гаврилович Навашин (1857 - 1930)
Итак, у растений от низших к высшим, наблюдается постепенное увеличение срока жизни спорофита. Начиная с папоротникообразных, в жизненном цикле преобладает спорофит, а гаметофит постепенно редуцируется до одной или нескольких клеток.
Упражнения по пройденному материалу
- В чем особенность индивидуального развития растений по сравнению с животными?
- Как происходит чередование поколений у растений?
- Какое поколение преобладает в жизненном цикле водорослей, мхов, папоротникообразных и семенных растений?
- Как происходит развитие у покрытосеменных, или цветковых растений женского и мужского гаметофита?
- Почему оплодотворение у покрытосемянных, или цветковых растений называют двойным?
- Как изменяется гаметофит от низших к высшим растениям? Объясните, какое преимущество это дает растительному организму.
Жизнедеятельность живого организма невозможна без размножения. Посредством
размножения происходит увеличение числа особей в растительном мире. Существует
три способа размножения растений - вегетативное, бесполое и половое.
Половое размножение принципиально отличается от вегетативного и бесполого.
Половой процесс в растительном мире крайне разнообразен и часто очень сложен, но
по существу сводится к слиянию двух половых клеток (гамет) - мужской и женской.
Гаметы возникают в определенных клетках или органах растений. В некоторых
случаях гаметы одинаковы по размерам и форме и обе обладают подвижностью
благодаря наличию жгутиков (изогамия); иногда они несколько отличаются друг от
друга по размерам (гетерогамия). Но чаще - при так называемой оогамии - размеры
гамет резко различны: мужская гамета, называемая сперматозоидом, небольшая,
подвижная, а женская - яйцеклетка - неподвижная и крупная.
Процесс слияния гамет называется оплодотворением. Гаметы имеют в своем ядре по
одному набору хромосом, а в образовавшейся после слияния гамет клетке, которая
называется зиготой, число хромосом удваивается. Зигота прорастает и дает начало
новой особи растения.
Половой процесс осуществляется у растений в определенное время и на
определенном этапе его развития, на протяжении которого растение может
размножаться также и бесполым путем (с образованием спор), и вегетативно.
Половое размножение возникло в растительном мире в процессе эволюции.
Половое размножение растений (размножение семенами) применяется в садоводстве при выращивании подвоев (сеянцев), редко при размножении некоторых косточковых пород (абрикоса, персика, иногда вишни) и в широких размерах при выведении новых сортов путем скрещивания.
Оплодотворение происходит в цветке растения. Цветки появляются тогда, когда растение достаточно разовьется и достигнет определенного периода жизни. Цветок - это побег с укороченными междоузлиями, листья которого видоизменились и превратились в отдельные части цветка, прикрепленные к цветоложу, которое и представляет собой укороченный стебель. Цветок обыкновенно имеет цветоножку, которая представляет собой нижнюю часть цветочного побега.
Для семенных растений характерно, что мегаспоры, образующиеся по одной в мегаспорангиях, остаются вместе с ними на материнском растении; там же происходит прорастание мегаспор, развитие женского гаметофита, оплодотворение мужскими гаметами, развивающимися в прорастающей микроспоре, так или иначе переносимой на мегаспорангии или на производящий его лист - мегаспорофилл. Сейчас же после оплодотворения начинается развитие из зиготы нового растения - спорофита, причем в отличие от папоротников и др. сохранившийся и видоизменившийся мегаспорангии превращается в семя, содержащее зародыш и запасы питательных веществ для его дальнейшего развития. Это семя, отделившись от материнского растения, у большинства после некоторого периода покоя (перерыв в развитии) прорастает в новое растение. Для рассеивания, распространения растения служат, следовательно, не споры, как у типичных споровых растений, а семена; бесполого размножения спорами нет, чередование поколений выражено неясно и выявляется лишь путем сравнительно-морфологических и цитологических исследований.
Спорофиллы покрытосеменных растений, тесно скученные на концах побегов и у большинства окруженные еще метаморфизированными верхушечными листьями, образуют вместе с ними цветок; мы можем охарактеризовать его как укороченный побег, листья которого метаморфизированы в связи с половым размножением, происходящим здесь же в цветке. Спорофиллы резко дифференцируются на микроспорофиллы, производящие микроспоры, и мегаспорофиллы, производящие мегаспоры; при поверхностном знакомстве кажется, что они исполняют половые функции. Вследствие стушевывания чередования поколений и сильной редукции гаметофитов, не ведущих самостоятельного образа жизни, получается представление, что половым путем размножается само растение - спорофит. Поэтому часто, но неточно цветок называют органом полового размножения растений, микроспорофиллы - мужскими половыми органами, мегаспорофиллы - женскими половыми органами. С точки зрения сравнительной морфологии и гомологизации отдельных частей цветка это является неправильным.
Терминология отдельных частей цветка была выработана еще в то время, когда о гомологизации частей цветка с соответствующими органами высших споровых растений не могло быть и речи (впервые такая гомологизация была произведена в работах выдающегося немецкого ботаника Гофмейстера в 50-х годах прошлого столетия). Поэтому части цветка получили особые названия, удерживаемые за ними по привычке и в настоящее время. Микроспорофиллы называют тычинками, микроспорангии - пыльцевыми гнездами, микроспоры - пылинками, мегаспорофиллы - плодолистиками, мегаспорангий - семяпочкой, женский заросток - зародышевым мешком. Верхушечные листья там, где они окружают спорофиллы, носят название околоцветника, с подразделением его у многих растений на наружную, обычно зеленую чашечку и внутренний, обычно более крупный и иначе окрашенный венчик.
Половое размножение покрытосеменных растений
Прорастание пыльцы. Пыльца, созревающая в пыльниках, похожа на крошечные
зёрнышки. Поэтому она и получила название – пыльцевое зерно. Попав на рыльце
пестика, пыльцевое зерно начинает прорастать и образует длинную трубочку –
пыльцевую трубку.
Постепенно трубка проходит между клетками рыльца, столбика и достигает семязачатка.
В отличие от пыльцы насекомоопыляемых растений, имеющей разнообразные шипики и выросты, пыльца ветроопыляемых растений – мелкая, лёгкая, гладкая. Как же она удерживается на рыльце пестика и не сдувается ветром, не сбрасывается снующими в цветке насекомыми? Оказывается, рыльце пестика выделяет липкое, сахаристое вещество, которое и заставляет пыльцу прилипать к пестику. Считается также, что пестик выделяет определённое вещество, которое специфично для пыльцы данного вида растения и, которое препятствует развитию чужой пыльцы.
Не только пестик оказывает влияние на прорастание пыльцы, но и пыльца влияет на пестик. Прорастающая пыльца также выделяет особые вещества, которые вызывают разрастание завязи, и других частей цветка в плод. Поэтому у многих растений рост плодов происходит тем лучше, чем больше пыльцы попадает на рыльце.
Строение семязачатка и оплодотворение. Итак, в завязи пестика есть один или несколько семязачатков. Снаружи семязачаток окружён покровами, которые в одном месте не смыкаются, образуя пыльцевход. Внутри семязачатка находится зародышевый мешок, который содержит несколько клеток. Наиболее важное значение имеют центральная клетка и яйцеклетка.
Половые клетки называют гаметами. Соответственно, яйцеклетка – это женская гамета, а спермии – мужские гаметы.
Когда пыльцевая трубка через пыльцевход проникает в зародышевый мешок, то один из спермиев сливается с яйцеклеткой. Слияние двух половых клеток – яйцеклетки и спермия – называют оплодотворением. В результате оплодотворения образуется зигота (от греч. zygote – соединенная в пару). Второй спермий сливается с центральной клеткой. Получается, что два одинаковых спермия сливаются с двумя совершенно разными клетками. Этот процесс происходит только у цветковых растений. Открыл, описал и объяснил этот процесс русский учёный С. Г. Навашин. Он назвал его двойным оплодотворением.
Образование семени и плода. После оплодотворения зигота многократно делится и образует зародыш. В зародыше хорошо различимы зародышевый корень, зародышевый стебель и почка (побег). Если семязачатков в завязи было много, то и семян в плоде будет много.
Одновременно с образованием семян разрастается и стенка завязи. Из неё образуется плод или, правильнее сказать, стенки плода – околоплодник. В цветках с несколькими пестиками разрастаются завязи каждого пестика. Они могут оставаться свободными, а могут срастаться. У многих растений в образовании плодов участвуют и другие части цветка (яблоко, земляника).
Центральная клетка, слившись со спермием, также много раз делится и образует эндосперм. Эндосперм – это особая ткань, в клетках которой накапливаются запасы питательных веществ, необходимых для развития зародыша. Из покровов семязачатка образуется семенная кожура, которая защищает зародыш от внешних воздействий.
На некоторых семенах можно различить и след от пыльцевхода семязачатка. Для этого можно замочить семя фасоли, а когда оно набухнет, слегка надавить пальцами. Из маленького отверстия покажется капелька воды. Здесь-то и был пыльцевход.
Строение мужских, женских половых клеток обусловливает выполнение их важнейшей функции - осуществления генеративного размножения. Оно свойственно представителям как растений, так и животных. Особенности строения половых клеток будут рассмотрены в нашей статье.
Гаметы: взаимосвязь строения и функций
Специализированные клетки, осуществляющие процесс называются гаметами. Мужские и женские половые клетки - сперматозоиды и яйцеклетки - имеют гаплоидный, т. е. одинарный набор хромосом. Такое строение половых клеток обеспечивает генотип организма, который образуется при их слиянии. Он является диплоидным, или двойным. Таким образом, половину генетической информации организм получает от матери, а другую часть - от отца.
Несмотря на общие черты, строение половых и животных во многом отличается друг от друга. Это прежде всего касается определенных мест их формирования. Так, у покрытосеменных растений спермии расположены в пыльниках тычинки, а яйцеклетка - в завязи пестика. Многоклеточные животные имеют специальные органы - железы, в которых происходит формирование половых клеток: яйцеклеток - в яичниках, а сперматозоидов - в семенниках.
Процесс формирования половых клеток
Строение и развитие половых клеток определяется ходом гаметогенеза - процессом их формирования, который протекает в несколько этапов. В ходе фазы размножения первичные гаметы делятся несколько раз путем митоза. При этом сохраняется двойной набор хромосом. У особей разного пола этот этап имеет свои отличия. Так, у самцов млекопитающих он начинается с момента наступления и длится до глубокой старости. У самок деление первичных половых клеток происходит только во время внутриутробного развития плода. А до наступления полового созревания они остаются в состоянии покоя.
Фаза роста является следующей. В этот период первичные гаметы увеличиваются в размерах, происходит репликация (удвоение) ДНК. Важным процессом является также запасание питательных веществ, ведь они будут необходимы для последующих делений.
Последний этап гаметогенеза называется фазой роста. В его ходе первичные половые клетки делятся путем редукционного деления - мейоза. Его результатом являются четыре гаплоидные клетки, образованные из первичных диплоидных.
Сперматогенез
В результате образования мужских половых клеток, т. е. сперматогенеза, образуется четыре одинаковых и полноценных структуры. Они обладают способностью к оплодотворению. Строение мужской половой клетки, точнее ее особенность, заключается в возникновении специфических приспособлений. В частности, это жгутик, с помощью которого происходит движение мужских гамет. Этот процесс происходит в последнюю дополнительную фазу формирования, которая характерна только для процесса сперматогенеза.
Овогенез
Строение женских половых клеток, как и процесс их формирования (овогенез), имеет ряд характерных особенностей. При в ходе мейоза цитоплазма распределяется между будущими клетками неравномерно. Только одна из них в результате становится яйцеклеткой, способной дать начало будущей жизни. Остальные три превращаются в направительные тельца и в результате разрушаются. Биологический смысл этого процесса заключается в уменьшении количества зрелых, способных к оплодотворению женских половых клеток. Только при этом условии единственная яйцеклетка сможет получить необходимое количество питательных веществ, являющееся главным условием развития будущего организма. В итоге в течение времени, когда женщина является способной к рождению детей, способно сформироваться всего около 400 половых клеток. В то время как у мужчины эта цифра достигает нескольких сотен миллионов.
Строение мужских половых клеток
Сперматозоиды являются очень мелкими клетками. Их размер едва достигает нескольких микрометров. В природе такие размеры, естественно, компенсируются их количеством. Строение половых клеток мужского организма имеет свои особенности.
Сперматозоид состоит из головки, шейки и хвоста. Каждая из этих частей выполняет определенные функции. В головке располагается постоянная клеточная органелла эукариот - ядро. Оно является носителем генетической информации, заключенной в молекулы ДНК. Именно ядро обеспечивает передачу и хранение наследственного материала. Вторым компонентом головки сперматозоида является акросома. Эта структура является видоизмененным комплексом Гольджи и выделяет особые ферменты, способные растворить оболочки яйцеклетки. Без этого процесс оплодотворения будет невозможным. В шейке находятся органеллы митохондрии, которые обеспечивают движения хвоста. В этой части сперматозоидов находятся и центриоли. Эти органеллы играют важную роль образования веретена деления во время дробления оплодотворенной яйцеклетки. Хвост сперматозоидов образован микротрубочками, которые, используя энергию митохондрий, обеспечивают движение мужских половых клеток.
Строение яйцеклеток
Женские половые клетки гораздо крупнее сперматозоидов. Их диаметр у млекопитающих составляет до 0,2 мм. А вот этот же показатель у кистеперых рыб составляет 10 см, а у сельдевой акулы - до 23 см. В отличие от мужских половых клеток яйцеклетки неподвижны. Они имеют округлую форму. В цитоплазме этих клеток содержится в большом количестве находится запас питательных веществ в виде желтка. В ядре кроме ДНК, несущей генетическую информацию, находится другая нуклеиновая кислота - РНК. Она содержит сведения о структуре важнейших белков будущего организма. Желток может располагаться в яйцеклетке неравномерно. Например, у ланцетника он находится в центре, а у рыб занимает практически всю поверхность, сдвигая ядро и цитоплазму к одному из полюсов клетки. Снаружи яйцеклетка надежно защищена оболочками: желточной, прозрачной и наружной. Именно их приходится растворять акросоме головки сперматозоида для осуществления процесса оплодотворения.
Типы оплодотворения
Строение и функции половых клеток обусловливают осуществление процесса оплодотворения - слияния гамет. В результате этого процесса генетический материал гамет соединяется в едином ядре, и образуется зигота. Она и является первой клеткой нового организма.
В зависимости от места прохождения данного процесса различают наружное (внешнее) и Первый тип осуществляется вне организма женской особи. Обычно это происходит в водной среде обитания. Примерами организмов, у которых происходит наружное оплодотворение, являются представители класса рыбы. Их самки мечут икру в воду, где самцы и поливают ее семенной жидкостью. Количество икринок таких животных достигает нескольких тысяч, из которых выживает и вырастает не так уж много особей. Большинство из них съедают водные животные. А вот для всех млекопитающих животных характерно внутреннее оплодотворение, которое происходит внутри женского организма при помощи специализированных самца. При этом количество яйцеклеток, готовых к оплодотворению, невелико.
Строение мужской, женской половой клетки и репродуктивной системы растений значительно отличается от таковой у животных. Поэтому и процесс слияния гамет происходит иначе. Мужские половые клетки растений не имеют хвоста и не способны к движению. Поэтому оплодотворению предшествует опыление. Это процесс переноса пыльцы с пыльника тычинки на рыльце пестика. Оно происходит при помощи ветра, насекомых или человека. Оказавшись таким образом на рыльце пестика, спермии опускаются по зародышевой трубке в его расширенную нижнюю часть - завязь. Там располагается яйцеклетка. При слиянии гамет образуется зародыш семени.
Понятие о партеногенезе
Строение половых клеток, в частности женских, делает возможным одну из необычных форм генеративного размножения. Она называется партеногенезом. Его биологическая суть заключается в развитии взрослого организма из неоплодотворенной яйцеклетки. Такой процесс наблюдается в жизненном цикле рачков дафний, в ходе которого чередуются половое и партеногенетическое поколения. Женская половая клетка содержит достаточно питательных веществ, чтобы дать начало новой жизни. Однако при партеногенезе не происходит возникновения новых комбинаций генетической информации, а значит, появление новых признаков также невозможно. Однако партеногенез имеет важное биологическое значение, поскольку делает возможным процесс полового размножения даже без наличия особи противоположного пола.
Фазы менструального цикла
В женском организме половые клетки не всегда готовы к оплодотворению, а только в определенные Во время этого физиологического процесса в организме происходят циклические закономерные изменения функций половой системы. Регулируется этот процесс гуморальной системой. Продолжительность этого цикла составляет 21-36 дней при среднем показателе 28. Этот период можно разделить на три фазы. В первую (менструальную), которая продолжается примерно первые 5 дней, происходит отторжение слизистой оболочки матки. Это сопровождается разрывом небольших кровеносных сосудов. На 6-14-й день под воздействием гипофиза выделяется фолликул, в котором созревает яйцеклетка. Слизистая оболочка матки в этот период начинает восстанавливаться. В этом заключается суть послеменструальной фазы. С 15-го по 28-й день происходит образование жировой соединительной ткани - желтого тела. Оно выполняет роль временной железы внутренней секреции, которая вырабатывает гормоны, задерживающие созревание фолликулов. В период с 17-го по 21-й день вероятность к оплодотворению наиболее высока. Если этого не происходит, половая клетка разрушается и слизистая оболочка снова отслаивается.
Что такое овуляция
На 14-й день менструального цикла строение женской половой клетки несколько изменяется. Яйцеклетка разрывает фолликулярную оболочку и выходит из яичника в маточную трубу. Именно там завершается ее созревание. Этот процесс называется овуляцией. Это очень важный период, в ходе которого матка приобретает способность принять оплодотворенную яйцеклетку.
Хромосомный набор половых клеток
Яйцеклетки и сперматозоиды имеют одинарный набор генетической информации. Например, у человека половые клетки содержат по 23 хромосомы, а зигота - 46. При слиянии гамет половину генов организм получает от матери, а вторую часть - от отца. Это касается также и пола. Среди хромосом различают аутосомы и одну пару половых. Они обозначаются латинскими буквами. У человека женские клетки содержат две одинаковые половые хромосомы, а мужские - разные. Половые клетки содержат по одной из них. Таким образом, пол будущего ребенка полностью зависит от мужского организма и от вида хромосом, который несет сперматозоид.
Функции половых клеток
Строение женской половой клетки, как и мужской, взаимосвязано с функциями, которые они выполняют. Являясь частью репродуктивной системы, они осуществляют функцию генеративного размножения. В отличие от бесполого, при котором сохраняется целостность генетической информации организма, половое размножение обеспечивает создание новых признаков. Это является необходимым условием возникновения адаптации, а значит, и всего существования живых организмов.
