Гаметогенез
Это процесс образования и формирования половых клеток. Различают процесс формирования яйцеклеток – оогенез и процесс формирования сперматозоидов – сперматогенез.
У млекопитающих первоначальные половые клетки выделяются среди соматических очень рано на эмбриональной стадии развития и имеют диплоидный набор хромосом. Они мигрируют к месту закладки половой железы. В яичниках развиваются женские половые клетки, в семенниках – мужские. Они проходят ряд последовательных стадий: размножения, созревания и формирования.
Стадия размножения
Путем митоза делятся первичные половые клетки, которые попали в половые железы. Образуется большое количество оогоний в яичниках и сперматогоний в семенниках. Имеют диплоидный набор хромосом.
Оогонии перестают делиться еще в эмбриональном периоде самки. Потом большинство из них дегенерирует.
Сперматогонии расположены в семенном канальце под соединительнотканной оболочкой.
Стадия роста
Клетки прекращают деление и растут. Они называются ооцитами и сперматоцитами первого порядка. Клетки в этот период накапливают большое количество веществ, увеличивают количество цитоплазмы, размеры ядра.
Сперматоциты I порядка расположены ближе к просвету семенника.
Стадия созревания
В этой стадии происходят два последовательных деления мейоза. Диплоидные клетки становятся гаплоидными.
После первого деления мейоза получаются один ооцит и одно полярное тельце (полоцит). К ооциту второго порядка отходит почти вся цитоплазма. После второго деления из полярного тельца получаются оотиды, которые почти не имеют цитоплазмы и быстро гибнут. После второго деления из ооцита образуется яйцеклетка и второе полярное тельце. Полярное тельце быстро разрушается. Яйцеклетка имеет почти всю цитоплазму.
После первого деления мейоза образуются сперматоциты второго порядка. Все клетки имеют равномерно распределенную между ними цитоплазму. После второго деления получаются четыре сперматиды с равным количеством цитоплазмы.
Стадия формирования
На этой стадии в яйцеклетке происходит формирование части внешних оболочек и созревание.
В сперматогенезе происходит преобразование сперматид в сперматозоиды. Этот процесс называется спермиогенезом. При этом ядро уплотняется, хромосомы конденсируются, становятся инертными. Перемещаются органеллы. Аппарат Гольджи прижимается к ядру, уплотняется и превращается в вакуоль. Эта вакуоль содержит ферменты, способные растворять оболочку яйцеклеток, межклеточное вещество, и называется акросомой. Одна из центриолей приближается к ядру, вторая – к периферии. Из второй центриоли начинает расти жгутик. В виде спирального чехлика вокруг основания жгутика расположены митохондрии. Они поставляют энергию для движения. Остальные все органеллы и цитоплазма исчезают. Зрелый сперматозоид почти не имеет цитоплазмы. Расположены зрелые сперматозоиды в просвете семенных канальцев.
Оогенез и сперматогенез у цветочных растений
Оогенез происходит в процессе формирования семенного зачатка, при формировании зародышевого мешка.
Сперматогенез происходит в пыльцевом зерне.
Строение половых клеток
Половые клетки переносят генетическую информацию от родительских организмов потомкам. Гаметы имеют гаплоидный набор хромосом. Для них характерен низкий уровень процессов обмена веществ по сравнению с соматическими клетками.
Яйцеклетки животных
Имеют большие размеры по сравнению с мужскими гаметами, определенный запас веществ – желток. Желток имеет в составе белки, жиры, углеводы, минеральные вещества. По количеству желтка различают: многожелтковые яйцеклетки (у членистоногих, большинства рыб, пресмыкающих, птиц), со средним количеством желтка (у амфибий, осетровых рыб), маложелтковые (у большинства червей, моллюсков, иглокожих), практически безжелтковые (у некоторых беспозвоночных, плацентарных млекопитающих). От количества запасных питательных веществ в цитоплазме зависят размеры яйцеклетки. Размеры яйцеклетки плацентарных млекопитающих от 50 до 180 мкм, человека – 90 мкм, страусов (без оболочек) – 80 мм, с оболочками – более 150 мм.
В процессе формирования желтка определяется полярность.
Полюс, где откладывается желток, называется вегетативным, а противоположный, со смещенным ядром – анимальным.
Могут быть покрыты разнообразными оболочками. Первичные оболочки имеют яйцеклетки всех животных. У млекопитающих образованы выростами фолликулярных клеток и яйцеклетки. Вторичные оболочки есть лишь у некоторых животных (у насекомых) и формируются в яичнике. Имеют микрополе (вход для сперматозоида). У некоторых животных после оплодотворения образуются железами яйцевода третичные оболочки. У птиц это скарлупная, подскарлупная оболочки и белок.
Сперматозоиды животных
Размеры – от 10 до 800 мкм длиной, иногда больше. Имеют жгутики, с помощью которых передвигаются. Строение их подобно строению жгутиков клеток эукариот.
Сперматозоиды млекопитающих состоят из короткой головки, шейки, короткого промежуточного отдела и жгутика. В головке содержится ядро. На переднем ее конце расположена акросома, которая формируется из комплекса Гольджи. Она обеспечивает проникновение сперматозоида в яйцеклетку, активацию ее (переход к состоянию развития). В промежуточном отделе находятся центриоли, окруженные митохондриями, которые поставляют энергию жгутику.
Жгутики характерны для сперматозоидов хордовых животных, зеленых и бурых водорослей, папоротников, хвощей, плаунов, мхов и т. п. Не имеют жгутиков мужские половые клетки покрытосеменных, большинство голосеменных, красных водорослей, грибов и некоторых животных.
Оплодотворение
Это процесс слияния мужской и женской гамет с образованием зиготы. Сперматозоиды атакуют яйцеклетку, при контакте с акросомой вызывают ее активацию, то есть выводят из состояния покоя. Свойства оболочки яйцеклетки изменяются. Вглубь нее проникает один сперматозоид. Он отбрасывает жгутик. Оболочки становятся непроницаемыми для других сперматозоидов. Иногда проникает несколько сперматозоидов, но с ядром яйцеклетки сливается лишь ядро одного из них. Остальные сперматозоиды гибнут. Иногда ядра обеих половых клеток продолжительное время не сливаются (у грибов, некоторых круглых чер-вей). Сливаются они перед дроблением.
У животных различают внешнее и внутреннее оплодотворение.
Внешнее оплодотворение
Внешнее оплодотворение характерно преимущественно для жителей водоемов. Это оплодотворение, которое происходит вне половой системы самки. Встречается у многощетинковых червей, иглокожих, некоторых ракообразных, двухстворчатых моллюсков, ланцетников, костных рыб, земноводных. Характерно иногда для некоторых наземных животных – дождевых червей, некоторых паукообразных и др.
Внутреннее оплодотворение
Внутреннее оплодотворение происходит в половых путях самки. Характерно преимущественно для животных, жителей суши: плоских червей, круглых червей, многоножек, насекомых, моллюсков, пресмыкающих, птиц, млекопитающих. Иногда встречается у жителей водоемов – некоторых ракообразных, хрящевых рыб и т. п.
Необходимым условием для оплодотворения водорослей и высших споровых растений является влага, вода. В ней передвигаются сперматозоиды.
Не зависит от влаги оплодотворение у семенных растений (голосеменных и покрытосеменных). Оплодотворению предшествует опыление. Для покрытосеменных растений характерно двойное оплодотворение.
Оплодотворение позволяет увеличить наследственную изменчивость (комбинативная изменчивость), поскольку сливаются половинные наборы хромосом мужской и женской гамет. Образование эндосперма с тройным набором хромосом служит причиной интенсификации процессов биосинтеза, синтеза белков, что позволяет значительно улучшить запасание питательных веществ в семени.