11 класс читать учебник: Биология Базовый уровень Пасечник параграф 2 Развитие половых клеток. Оплодотворение. Страницы 15-21. Цитаты из учебного пособия «Биология : 11-й класс : базовый уровень : учебник / В. В. Пасечник, А. А. Каменский, А. М. Рубцов [и др.] ; под ред. В. В. Пасечника. — Москва : Просвещение» использованы в учебных целях для семейного и домашнего обучения, а также для дистанционного обучения в период невозможности посещения образовательного учреждения. Код материалов: Биология Пасечник Учебник §2.
Вернуться в ОГЛАВЛЕНИЕ учебника
Биология (УМК Пасечник)
§ 2. Развитие половых клеток. Оплодотворение
Вспомните:
1. Что такое мейоз? Где он происходит у разных организмов?
2. Для каких организмов характерно двойное оплодотворение?
3. У кого наблюдается самооплодотворение?
Половые клетки.
Половое размножение свойственно прежде всего эукариотическим организмам, в клетках которых имеются ядра. Разумеется, у живых существ, относящихся к разным систематическим группам, образующиеся половые клетки сильно различаются по форме и строению. Мало того, половые клетки мужских и женских особей одного вида, как правило, также сильно различаются.
Яйцеклетки всегда крупнее сперматозоидов, поскольку содержат запас питательных веществ. Самые крупные женские половые клетки обнаружены у рыб, земноводных, рептилий и птиц. Например, яйцо курицы, представляющее собой, по сути, яйцеклетку с питательными веществами, имеет в диаметре около 3 см (рис. 8). У страуса женская гамета ещё больше — её диаметр составляет 14–20 см (это вообще самые крупные яйцеклетки на Земле). А вот диаметр яйцеклетки большинства млекопитающих, в том числе и человека, составляет десятые доли миллиметра.
Сперматозоиды у всех живых существ подвижны и очень малы: в тысячи раз меньше, чем яйцеклетки (рис. 8). Эти гаметы состоят из головки, шейки и жгутика, который необходим для движения сперматозоида.
Развитие половых клеток.
Процесс образования и развития половых клеток называют гаметогенезом. Этот процесс присутствует в жизненном цикле ряда простейших, водорослей, грибов, споровых и голосеменных растений, а также многоклеточных животных, у которых он достаточно подробно изучен. У человека и многих позвоночных животных образование яйцеклеток происходит в яичниках (оогенез), а сперматозоидов — в семенниках (сперматогенез). В половых железах различают три зоны, где последовательно проходят этапы созревания гамет (рис. 9).
В первой зоне происходит (посредством митоза) размножение первичных половых клеток, т. е. там их количество увеличивается. У самцов млекопитающих, в том числе и у мужчин, этот процесс начинается с момента полового созревания и продолжается до старости. Всего в течение жизни в организме мужчины формируется огромное число сперматозоидов — приблизительно 1012 клеток.
У самок млекопитающих, в том числе и у женщин, первичные половые клетки делятся ещё во время эмбрионального развития, т. е. до момента рождения девочки. Но зато будущих яйцеклеток запасается в избытке — около миллиона, из которых окончательно в течение детородного периода жизни женщины созревают приблизительно четыре сотни.
Во второй зоне половых желёз происходит рост будущих гамет. Особенно сильно при этом увеличиваются в размерах будущие яйцеклетки.
В третьей зоне происходит созревание половых клеток и мейоз, который, как вы помните, представляет собой особый вид деления клеток, при котором число хромосом в дочерних клетках уменьшается в два раза. Это необходимо для сохранения постоянства числа хромосом в клетках организма при половом размножении.
Приведём пример: в соматических клетках человека содержится диплоидный набор хромосом, т. е. 46 хромосом, из которых 23 он получил от отца и 23 — от матери. Новый человеческий организм возникает в момент слияния ядер яйцеклетки и сперматозоида. Но если в этих ядрах будет, как в соматических клетках, по 46 хромосом, то в клетках будущего человека получится 92 хромосомы! А для того чтобы это число равнялось 46, необходимо уменьшить число хромосом в гаметах до 23. Тогда при оплодотворении восстановится обычный для Homo sapiens диплоидный набор хромосом.
В процессе сперматогенеза все четыре клетки, образовавшиеся при мейозе, становятся сперматозоидами. При этом их ядра уменьшаются, формируется орган проникновения (акросома), а на противоположном конце клетки появляется жгутик.
При оогенезе всё происходит по-другому. Во время деления первичных половых клеток цитоплазма распределяется неравномерно и только одна клетка из четырёх образовавшихся при мейозе получается жизнеспособной. Три остальные превращаются в особые направительные тельца, которые дают возможность нормально пройти мейозу и сбросить излишний наследственный материал, а также обеспечить яйцеклетку запасом питательных веществ.
Половой процесс.
Процесс слияния ядер половых клеток, который приводит к образованию первой соматической клетки дочернего организма, называют оплодотворением. У многих представителей рыб и амфибий оплодотворение происходит не внутри материнского организма, а в окружающей среде, куда поступают мужские и женские половые продукты. Это так называемое наружное оплодотворение.
При внутреннем оплодотворении гаметы встречаются друг с другом внутри материнского организма. Разумеется, в этом случае во много раз увеличивается вероятность их встречи, однако сперматозоидам при этом нужно пройти большой и сложный для их размеров путь. Так что вероятность встречи сперматозоида с яйцеклеткой всё равно не особенно велика. Вот почему в организм самки единовременно должно попасть очень большое количество мужских гамет. Для человека это число составляет где-то около 50—100 миллионов!
У млекопитающих при контакте сперматозоида с оболочками яйцеклетки из акросомы — видоизменённого аппарата Гольджи, расположенного в головке сперматозоида, выделяются специальные ферменты, растворяющие оболочку яйцеклетки. В результате гаплоидное ядро одного из сперматозоидов проникает в яйцеклетку. Обычно говорят, что после этого ядра двух гамет сливаются, однако это следует понимать исключительно как образное выражение, на самом деле физического слияния не происходит. После проникновения ядра сперматозоида в яйцеклетку в обоих ядрах происходит удвоение ДНК, потом исчезает ядерная оболочка, центриоли яйцеклетки расходятся к полюсам и образуют веретено деления, а хромосомы из ядра яйцеклетки и ядра сперматозоида спешат в центр клетки, т. е. начинается обычное митотическое деление (рис. 10).
Образовавшуюся диплоидную (2n) клетку называют зиготой. Именно она, делясь при помощи митоза, даёт начало любому многоклеточному организму. В момент попадания в яйцеклетку ядра сперматозоида её оболочки сильно уплотняются, и больше в эту клетку ничто не может проникнуть.
У организмов, относящихся к другим царствам живой природы, половое размножение осуществляется несколько иначе. Например, у растений оно происходит исключительно на стадии гаметофита. Именно на этом этапе жизненного цикла растения формируют особые органы, продуцирующие половые
клетки (вспомните, как они называются).
Крайне редко случается так, что до того, как оболочки яйцеклетки уплотнятся, в неё успевает проникнуть ещё один сперматозоид. В этом случае, вопреки распространённому заблуждению, вовсе не происходит формирования однояйцевых близнецов (о том, как это происходит, см. рубрику «Это интересно» §1), а образуется триплоидный (3n) эмбрион, при дальнейшем развитии которого происходят различные нарушения в расхождении хромосом. Именно поэтому такие эмбрионы не жизнеспособны и обычно погибают через несколько дней после оплодотворения.
У разных групп растительных организмов половое размножение также имеет свои существенные особенности. В частности, у покрытосеменных мужские гаметы неподвижны, и поэтому их называют спермиями. Для этих растений характерно так называемое двойное оплодотворение с образованием особой питательной ткани — эндосперма (рис. 11).
ГАМЕТОГЕНЕЗ • ООГЕНЕЗ • СПЕРМАТОГЕНЕЗ • НАПРАВИТЕЛЬНЫЕ ТЕЛЬЦА • НАРУЖНОЕ ОПЛОДОТВОРЕНИЕ • ВНУТРЕННЕЕ ОПЛОДОТВОРЕНИЕ • АКРОСОМА • ЗИГОТА
ПОДУМАЙТЕ
1. Можно ли согласиться с утверждением, согласно которому зрелые сперматозоиды, готовые к оплодотворению, формируются лишь после завершения мейоза, в то время как ооциты созревают до его завершения?
2. Можно ли согласиться с утверждением, согласно которому слияние гамет в ходе полового процесса происходит ещё до завершения мейоза в ооците?
Моя лаборатория (стр.19)
Тренируемся
- Как называют мужские и женские половые клетки? В чём состоят особенности их строения?
- Как происходит развитие половых клеток?
- Почему бесполое размножение у гидры наблюдается в тёплое время года, а половое — осенью?
- Почему в гаметах набор хромосом уменьшен вдвое по сравнению с соматическими клетками?
- Чем сперматозоиды отличаются от спермиев?
- Что такое акросома и для чего она нужна?
Совершенствуемся
1. Составьте сравнительную таблицу сперматогенеза и оогенеза.
Это интересно
Стресс — препятствие для размножения. Если мужчина планирует стать отцом, то ему обязательно нужно знать о том, что курение табака, употребление алкоголя и наркотиков уменьшают число мужских половых клеток в сперме и снижают двигательную активность оставшихся сперматозоидов. Кроме того, ему крайне важно избегать длительного стресса. При стрессе в кровь постоянно поступают большие дозы гормонов надпочечников, а они угнетают сперматогенез. Из-за стресса дикие животные плохо размножаются в неволе.
Классификация яйцеклеток. Яйцеклетки различных животных отличаются друг от друга по количеству желтка и его расположению по отношению к её ядру. От их строения зависят особенности дальнейшего развития зародыша после начала эмбрионального развития.
По количеству желтка различают яйцеклетки:
► полилецитальные — содержат большое количество желтка (членистоногие, рептилии, птицы, рыбы, кроме осетровых);
► мезолецитальные — содержат среднее количество желтка (осетровые рыбы, амфибии);
► олиголецитальные — содержат мало желтка (моллюски, иглокожие, млекопитающие);
► алецитальные — не содержат желтка (плацентарные млекопитающие).
По расположению желтка различают яйцеклетки:
– телолецитальные — желток смещён к одному из полюсов яйцеклетки. Среди них некоторые полилецитальные (рыбы, кроме осетровых, птицы) и все мезолецитальные яйца;
– гомо (изо-)лецитальные — желток распределён равномерно. Сюда относятся олиголецитальные яйца (моллюски, иглокожие);
– центролецитальные — желток расположен в центре яйцеклетки. Сюда относятся некоторые полилецитальные яйца (членистоногие).
Искусственное оплодотворение (осеменение). Этот метод успешно применяется в животноводстве для получения многочисленного потомства от ценных племенных самцов. Его также используют в зоопарках для разведения редких и исчезающих видов животных, отказывающихся размножаться в условиях неволи.
Первым, кто описал в науке метод искусственного оплодотворения, был итальянский учёный и священник Ладзаро Спалланцани (1729—1799), который в 1780 г. провёл ряд наблюдений и опытов по изучению механизмов размножения у лягушек и убедительно доказал, что зарождение потомства происходит вне организма самки этих животных (рис. 12).
Наблюдая за разными группами лягушек в ходе их размножения, Спалланцани выяснил, что процесс размножения происходит следующим образом: самка мечет тысячи яиц-икринок, а самец поливает их своей семенной жидкостью. Учёный решил выяснить, в чём состоит сущность этого процесса и какова роль в нём мужской семенной жидкости.
Во времена Спалланцани существовало убеждение, что на яйцо действуют особые пары, выделяемые семенной жидкостью и стимулирующие развитие зародыша. Спалланцани поместил икринки лягушки рядом с семенной жидкостью, не смешивая их, но обнаружил, что ни из одной икринки головастики так и не вывелись.
Затем Спалланцани провёл следующий эксперимент. Учёный взял несколько групп лягушек и создал им условия для естественного размножения. В одной из экспериментальных групп лягушек Спалланцани надел на самцов плотно прилегающие штаны из плотной тонкой ткани (тафты). Они, как и самцы в других группах, активно осуществляли акт воспроизводства потомства, однако икра ни разу не была оплодотворена. Когда же учёный сам поливал икру жидкостью, собранной с внутренней стороны штанишек, в ней начинали развиваться зародыши.
К сожалению, Спалланцани так и не успел достоверно выяснить, что является главным оплодотворяющим началом — «живчики» или жидкость, в которой они плавают, сделав выбор в пользу жидкости. С этим убеждением он и умер, хотя его опыты явно противоречили такому выводу.
Формы полового процесса. Различия в размерах яйцеклеток и сперматозоидов характерны для многих живых существ, но считается, что в эпоху формирования полового процесса гаметы были неотличимы друг от друга. В настоящее время это наблюдается у некоторых зелёных водорослей и грибов. Такая примитивная форма полового процесса, при котором сливаются две одинаковые по строению и величине половые клетки, получила название изогамия.
Половой процесс, при котором сливаются крупная, неподвижная, обладающая запасом питательных веществ яйцеклетка и мелкий, лишённый запасных веществ, подвижный сперматозоид (или неподвижный спермий), называют оогамией. Различают и другие формы полового процесса в зависимости от того, какие клетки участвуют в слиянии, приводящем к появлению нового организма (рис. 13).
Вы смотрели: учебник по биология Базовый уровень 11 класс. Цитаты из учебного пособия использованы в учебных целях для семейного и домашнего обучения. Код материалов: Биология Пасечник Учебник §2.
Вернуться в ОГЛАВЛЕНИЕ учебника
