Учебник для 9 класса

Биология

§21. Образование половых клеток у животных. Мейоз

Рассмотрите рисунки 84, 85, 86. Чем мужские половые клетки отличаются от женских? Вспомните, как происходит деление клеток. Что такое митоз? Какие процессы происходят в каждую из стадий митоза?

В основе полового размножения лежит процесс слияния половых клеток — гамет. В отличие от неполовых клеток, половые всегда имеют одинарный набор хромосом, что предотвращает увеличение числа хромосом у нового организма. Образование клеток с одинарным набором хромосом происходит в процессе особого типа деления — мейоза.

Мейоз. Мейоз (от греч. мейозис — уменьшение, убывание) — такое деление клетки, при котором хромосомный набор во вновь образующихся дочерних клетках уменьшается вдвое.

Как митозу, так и мейозу предшествует интерфаза, в которую происходит редупликация ДНК. Перед началом деления каждая хромосома состоит из двух молекул ДНК, которые образуют две сестринские хромати-ды, сцепленные центромерами. Таким образом, перед началом деления хромосомный набор клетки составляет 2л, а количество ДНК — увеличено вдвое.

Процесс мейоза состоит из двух последовательных делений — мейоз I и мейоз II, которые подразделяются на те же стадии, что и митоз. В результате образуются не две, а четыре клетки (рис. 82).

Рис. 82. Стадии мейоза: 1 — профаза I; 2 — метафаза I; 3 — анафаза I; 4 — телофаза I; 5 — метафаза II; 6 — апафаза II; 7 — телофаза II

Профаза I. Эта стадия значительно длиннее, чем в митозе. Хромосомы спирализуются и утолщаются. Гомологичные хромосомы попарно соединяются друг с другом, т. е. происходит их конъюгация (от лат. конъюгацио — соединение). В результате этого в клетке образуется комплекс из двойных хромосом (рис. 83). Затем между участками гомологичных хромосом осуществляется обмен генами — кроссинговер (от англ. кроссинговер — пересечение, скрещивание). Это приводит к новым сочетаниям генов в хромосомах (рис. 83). После этого ядерная оболочка в клетке исчезает, центриоли расходятся к полюсам, и образуется веретено деления.

Рис. 83. Конъюгация и кроссинговер между гомологичными хромосомами (буквами обозначены находящиеся в хромосомах гены)

Метафаза I. Гомологичные хромосомы попарно располагаются в экваториальной зоне клетки над и под плоскостью экватора. Центромеры хромосом соединяются с нитями веретена деления.

Анафаза I. К полюсам клетки расходятся гомологичные хромосомы. Это основное отличие мейоза от митоза, где идет расхождение сестринских хроматид. Таким образом, у каждого из полюсов оказывается только одна хромосома из гомологичной пары. Число хромосом у полюсов уменьшается вдвое — происходит его редукция.

Телофаза I. Делится все остальное содержимое клетки, образуется перетяжка и возникают две клетки с одинарным набором хромосом (л). Каждая хромосома при этом состоит из двух сестринских хроматид — двух молекул ДНК. Образование двух клеток наступает не всегда. Иногда телофаза сопровождается только образованием двух ядер.

Перед вторым делением мейоза интерфаза отсутствует. Обе образовавшиеся клетки после периода покоя или сразу приступают ко второму делению мейоза. Мейоз II полностью идентичен митозу и происходит в двух клетках (ядрах) синхронно.

Профаза II значительно короче профазы I. Ядерная оболочка вновь исчезает, образуется веретено деления.

В метафазе II хромосомы выстраиваются в плоскости экватора. Нити веретена деления соединяются с центромерами хромосом. В анафазе II, как и в митозе, к полюсам клетки расходятся сестринские хроматиды — хромосомы. У каждого полюса образуется одинарный набор хромосом (п.), при этом каждая хромосома состоит из одной молекулы ДНК. Телофаза II заканчивается образованием четырех клеток (ядер) с одинарным набором хромосом и одной молекулой ДНК в каждой.

Биологическое значение мейоза заключается в образовании клеток с одинарным набором хромосом. Развивающиеся затем из них гаметы при половом размножении сливаются и двойной набор хромосом в результате этого восстанавливается. Кроме того, кроссинговер приводит к новым сочетаниям генов в хромосомах клеток, что служит основой для комбинативной изменчивости организмов.

Образование половых клеток у животных. Процесс образования половых клеток называют гаметогенезом (от гамета и греч. генезис — рождение). У животных гаметы образуются в половых органах: в семенниках у самцов и яичниках у самок.

Гаметогенез протекает последовательно, в три стадии в соответствующих зонах и заканчивается формированием сперматозоидов и яйцеклеток. На стадии размножения первичные половые клетки интенсивно делятся митозом, что значительно увеличивает их число. На следующей стадии роста клетки растут, запасают питательные вещества. Этот период соответствует интерфазе перед мейозом. Далее клетка переходит в стадию созревания, где происходит мейоз, образуются клетки с одинарным набором хромосом, окончательно формируются и созревают гаметы.

Рис. 85. Сперматозоиды млекопитающего: А — схема строения: 1 — головка; 2 — пузырек с ферментами: 3 — ядро: 4 — шейка; 5 — митохондрии; 6 — центриоли; 7 — хвостик. Б — фото в световой микроскоп

Сперматогенез характеризуется образованием мужских половых клеток — сперматозоидов. Из одной первичной половой клетки образуются четыре одинаковые по величине гаметы — сперматозоиды.

Оогенез (от греч. оон — яйцо и генезис) характеризуется образованием женских половых клеток — яйцеклеток. Процесс образования яйцеклетки значительно продолжительнее, чем сперматозоиных. Митохондрии, сосредоточенные в шейке, обеспечивают движущийся сперматозоид энергией.

Яйцеклетка — округлая, крупная неподвижная клетка, содержащая ядро, все органоиды и много питательного вещества в виде желтка (рис.86). Яйцеклетка у любого вида животных всегда значительно крупнее его сперматозоидов. Благодаря ее питательным веществам обеспечивается развитие зародыша на начальной стадии (у рыб, земноводных и млекопитающих) или на всем протяжении зародышевого развития (у пресмыкающихся и птиц).

Рис. 86. Строение яйцеклетки млекопитающего: 1 — ядро; 2 — желточные зерна

Размеры яйцеклеток у разных видов животных существенно варьируют. У млекопитающих они в среднем составляют 0,2 мм. У амфибий и рыб 2—10 мм, а у рептилий и птиц достигают нескольких сантиметров.

Упражнения по пройденному материалу

1. Какой тип деления клетки лежит в основе полового размножения животных? Какие клетки образуются в результате такого деления?
2. В чем основное, отличие мейоза от митоза? 3. Объясните, почему деление мейоза всегда предшествует половому размножению животных. 4. В чем заключается биологическое значение мейоза? 5. Каковы раз личия в процессах сперматогенеза и оогенеза?
3. Рассмотрите с помощью микроскопа готовые микропрепараты сперматозоидов и яйцеклеток млекопитающих. Сравните между собой строение сперматозоида и яйцеклетки. В чем причина различии?