Процесс слияния половых гамет. Преимущества полового размножения

Половое размножение встречается как у одноклеточных, так и у многоклеточных растений и животных.

Как отмечено в главах V и XIII, половое размножение у бактерий осуществляется путем конъюгации, служащей аналогом полового процесса и являющейся системой рекомбинации этих организмов, тогда как у простейших половое размножение происходит тоже путем конъюгации либо посредством сингамии и аутогамии.

Люди - несезонные селекционеры. У человеческих самок способность вырабатывать молодых людей начинается в менархе и заканчивается в период менопаузы. У человеческих самок репродуктивная фаза имеет 28-дневный повторный менструальный цикл. Оплодотворение является внутренним.

Существует живородящий, т.е. рождение молодых. Фетус развивается внутри матки и питается совместной специальной структурой, называемой плацентой. Младенцев можно кормить на молоке матери. Родительский уход очень хорошо развит. Через размножение организмы порождают потомков, похожих на самих себя, что может представлять различия с родителями или быть идентичными им. Это гарантирует выживание различных видов.

У многоклеточных организмов (растений и животных) половое размножение связано с образованием зародышевых или половых клеток (гамет), оплодотворением и образованием зигот.

Половое размножение является значительным эволюционным приобретением организмов. С другой стороны, оно способствует пересортировке генов, появлению разнообразия организмов и повышению их конкурентоспособности в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды.

В каждом процессе разведения есть один или два родителя, которые порождают одного или нескольких потомков, которым передается генетическая информация. Существует два типа размножения: половое размножение и бесполое размножение. Хотя в некоторых случаях, как и в некоторых кишечнополостных, оба типа размножения объединяются; тогда говорят, чередующегося воспроизведения.

Асексуальное размножение у животных

При беспорядочном размножении один родитель вмешивается, что порождает точные копии самого себя. Отпрыск содержит ту же генетическую информацию, что и родитель.


Асексуальное размножение не требует гамет. Потомки могут возникать из-за деления материнского организма или из разделения только одной из его клеток.

У одноклеточных организмов половое размножение существует в нескольких формах. У бактерий половое размножение можно аналогизировать с имеющей место у них конъюгацией, заключающейся в передаче плазмидной или хромосомной ДНК от клеток-доноров (содержащих плазмиды) к клеткам-реципиентам (не содержащих плазмиды), а также с трансдукцией бактерий, заключающейся в передаче генетического материала от одних бактериальных клеток к другим фагам. Конъюгация встречается также у инфузорий, у которых во время этого процесса происходит переход ядер от одних особей к другим, после чего следует деление последних.

Режимы бесполого размножения

Простейшие, водоросли и грибы размножаются бесполым путем. Некоторые животные и растения также используют этот тип размножения в качестве альтернативы половому размножению. Этот бутон, образованный массой клеток, которые размножаются митозом, отделяется позже и растет до развития нового человека. Другая возможность заключается в том, что почки также могут быть соединены с родителем, происходящим из колонии, как в случае с кораллами. В случае с пресноводными губками почки являются внутренними и называются геммулами. Они покрыты защитным слоем и действуют как формы сопротивления неблагоприятным условиям. Эти геммулы высвобождаются в окружающую среду, когда губка умирает, и в соответствующее время они разрушают свое покрытие и регенерируют нового человека.


Исключение или фрагментация: состоит из деления родителя на два или более фрагмента, каждый из которых будет генерировать полного человека. Некоторые животные, такие как морская звезда, используют этот механизм для регенерации потерянных частей своего тела.


Сексуальное размножение у животных

Этот тип размножения происходит, например, в пресноводной гидре. . В половом размножении обычно участвуют два предшественника, которые вносят вклад в одну или несколько специализированных клеток, называемых гаметами.

У многоклеточных растений и животных половое размножение клеток происходит через образование женских и мужских половых клеток (яйцеклеток и сперматозоидов), последующее оплодотворение яйцеклетки сперматозоидом и образование зиготы. У растений половые клетки продуцируются в специализированных репродуктивных структурах, у животных они продуцируются в половых железах, называемых гонадами (от греч. gone - семя).

Этот тип воспроизведения происходит от потомков, которые представляют унаследованные персонажи обоих родителей. Гаметы представляют собой гаплоидные клетки, которые образованы мейозом из диплоидных клеток. Во время мейоза происходит процесс рекомбинации, благодаря которому генетическая информация каждой гаметы отличается от остальной и отличается от генетической информации клетки-предшественника.

Большинство видов, которые размножаются половым путем, имеют два типа гамет.





  • Женская гамето: называется овума у ​​животных и оосфера в растениях.
  • Это гамет и самая большая клетка, хотя она неподвижна.
  • Мужчины мужчины: называются спермой у животных и антерозой в растениях.
  • Это самый маленький и мобильный.
Этот тип воспроизведения наиболее сложный, и он имеет место в три этапа.

Между соматическими и половыми клетками животных существует важное различие. Оно заключается в том, что соматические клетки способны к делению, т. е. репродуцируют себя, и, кроме того, из них образуются половые клетки. Напротив, половые клетки не делятся, но они «начинают» репродукцию целого организма.

Диплоидные соматические клетки, в которых образуются мужские половые клетки, называются сперматогониями, а в которых образуются женские половые клетки - овогониями. Процесс образования (роста и дифференциации) мужских и женских половых клеток носит название гаметогенеза.

  • Формирование половых гамет.
  • Эмбриональное развитие.
Гаметы представляют собой гаплоидные половые клетки, которые содержат генетическую информацию одного из предшественников. Они образованы мейозом или митозом, которые происходят в зародышевых клетках многоклеточных организмов.

Органами, производящими гаметы, являются половые органы или первичные половые органы: яички и яичники. В дополнение к гонадам, вторичные половые органы являются вспомогательными железами, участвующими в созревании гамет. Эти гаметы образуются в процессе, называемом гаметогенезом, который будет определяться как процесс формирования гамет внутри гонад. Гаметогенез получает другое название в зависимости от того, являются ли они женскими гаметами, получая таким образом название оогенеза; или если они являются мужскими гаметами, которые называются сперматогенезом.

Гаметогенез основан на мейозе (от греч. meiosis - понижать), который представляет собой редукционное деление ядер клеток, сопровождающееся понижением числа хромосом на ядро. Мейоз происходит в специализированных клетках репродуктивных органов живых существ, размножающихся половым путем (рис. 17). Например, у папоротникообразных мейоз встречается в специализированных клетках спорангий, располагающихся на нижней поверхности листьев этих растений и развивающихся в споры, а затем в гаметофиты. Последние существуют раздельно, продуцируя в конечном итоге мужские и женские гаметы. У цветковых растений мейоз осуществляется в специализированных клетках семяпочек, которые развиваются в споры. Последние продуцируют гаметофит с одной яйцеклеткой. Кроме того, у этих растений мейоз происходит и в специализированных клетках пыльников, которые также развиваются в споры, продуцирующие в конечном итоге пыльцу с двумя мужскими гаметами. У земляных червей, которые являются гермафродитами и содержат мужские половые органы в одном сегменте тела, а женские в другом и которые характеризу-




Оогенез развивается внутри фолликулов яичников и состоит из двух мейотических отделов, которые выполняются следующим образом. И снова те же процессы во втором мейотическом делении, получая, таким образом, яйцеклетку и три полярных корпускула, которые вырождаются. Сперматогенез продуцируется из зародышевых клеток, расположенных на стенках семенных труб. Подобно овогенезу, он состоит из двух мейотических делений, в которых выделяются следующие этапы.

Рис. 17. Мейоз у разных организмов: 1 - человек; 2 - цветковые растения; 3 - папоротник; 4 - дождевой червь

ются способностью к перекрестному оплодотворению между разными особями, имеется способность одновременно к сперматогенезу и овогенезу.

Мейоз осуществляется в специализированных клетках семенников и яичников, в которых продуцируются мужские и женские гаметы соответственно. Выявлены белки - индукторы мейоза.

И снова те же самые предыдущие процессы, в результате чего четыре сперматиды, которые после спермиогенеза или дифференцировки будут преобразованы в сперму.


Это процесс объединения мужских и женских гамет, сопровождаемый слиянием ядер обоих, с образованием зиготы.

В зависимости от места, где оно проводится, оплодотворение может быть внутренним или внешним. Внешнее оплодотворение характерно для водных животных и некоторых наземных организмов. Капусты оплодотворяются в среде, помещая их в воду и, следовательно, вне материнского организма. Нет спаривания, и встреча гамет происходит случайным образом.

В процессе мейоза диплоидное число хромосом (2л), которое характерно для соматических клеток (клеточных ядер) и незрелых зародышей клеток, изменяется до гаплоидного числа (n), характерного для зрелых зародышевых клеток. Таким образом, в результате гаметогенеза половые клетки получают лишь половину хромосом соматических клеток (рис. 18).

Внутреннее оплодотворение характерно для наземных животных и многих водных животных. Яйца оплодотворяется внутри женской репродуктивной системы, поднимаясь через яйцевод. Мужской гамет достигает самки через спаривание и совокупление, что требует наличия копулятивного органа у самца, пениса.

Это процесс, посредством которого формируется новый индивидуум из зиготы. Это происходит в два последовательных этапа: эмбриональный период и постэмбриональный период. Эмбриональный период включает в себя события, происходящие от образования зиготы до рождения нового существа. Он разделен на три этапа: сегментация, гаструляция и органогенез, причем последний является стадией клеточной специализации, в которой формируются органы.

Рис. 18. Распределение хромосом при гаметогенезе

Поведение хромосом в период гаметогенеза у животных является одинаковым как у мужских, так и у женских особей. Однако полы различаются по времени происхождения разных стадий мейоза, что осо-

бенно заметно у человека. У мужских особей в постпубертатный период полный процесс мейоза завершается примерно в течение двух месяцев, в то время как у женских особей первое мейотическое деление начинается в фетальном яичнике и не завершается, пока не начнется овуляция, которая наступает у них примерно в 15 лет.

Как сливаются два гамета? Ответ, который мы обнаружили на этот древний вопрос клеточной биологии, был неожиданным: белки, которые способствуют слиянию гамет, являются теми же самыми, что вирусы используют для проникновения в клетки-хозяева. Гаметы - это половые клетки, которые вмешиваются в размножение. Например, у людей это сперма и яйцо. Для любого организма, который воспроизводит сексуально, объединение между гаметами является первым необходимым шагом для создания нового человека. Этот процесс является сложным и включает в себя различные этапы: от созревания каждой гаметы, взаимного признания и сцепления между ними до их слияния.

У высших животных в случае мужских особей мейоз сопровождается образованием четырех функционально активных гамет.

Напротив, у женских особей каждый овоцит II порядка дает лишь одну яйцеклетку. Другие ядерные продукты женского мейоза представляют собой три редукционных тельца, которые не участвуют в размножении и дегенерируют.

Слияние гамет известно уже более 150 лет и глубоко изучено в таких разнообразных организмах, как растения, паразиты, грибы, млекопитающие и насекомые. Однако идентичность белка (ов), который выполняет слияние между плазматическими мембранами двух половых клеток, оставалась скрытой до наших дней.

Чтобы ответить на вопрос: что такое механизм, который позволяет слияние двух половых клеток?, Мы работаем в сотрудничестве с группой доктора Бенджамина Подбилевича, Института технических исследований, Хайфы, Израиля и уругвайских и североамериканских исследователей. Во-первых, мы показываем, что белок, подозреваемый в участии в гаметном слиянии, на самом деле достаточен для стимулирования слияния между двумя клетками.

Мейоз состоит из двух ядерных делений. Первое меиотическое деление ядра разделяет членов каждой пары гомологичных хромосом после того, как они спарились одна с другой (синапсис) и обменялись генетическим материалом (кроссинговер). В результате этого разделения образуется два гаплоидных ядра. Второе мейотическое деление разделяет две продольные половины хромосом (хроматиды) в каждом из этих ядер, продуцируя четыре гаплоидных ядра.

Эти вирусные белки позволяют вирусу сливаться с мембраной клетки, которая будет вторгаться и вводить ее. Эта потребность в двустороннем действии сексуальных и соматических фузексинов отличается от вирусных плавких вставок, поскольку вирусные плавкие вены, находящиеся только в вирусной оболочке, катализируют слияние в одностороннем порядке. Объединив плавкие вставки процессов слияния гамет, соматических клеток и проникновения вирусов в клетки-хозяева, предлагается эволюционный сценарий, в котором смешиваются происхождение полового размножения у эукариот и вирусов с мембраной.

В процессе гаметогенеза происходит также дифференциация яйцеклеток (овогенез) и сперматозоидов (сперматогенез), являю- щаяся пререквизитом их функций. Яйцеклетки животных намного крупнее сперматозоидов, обычно неподвижны и содержат питательный материал, который обеспечивает развитие эмбриона в начальном периоде после оплодотворения. Сперматозоиды большинства животных обладают жгутиком, обеспечивающим независимость их движения.

Помимо происхождения каждого вируса и клеток сосуществуют с самого начала жизни. Позднее окутанные вирусы использовали эти белки для эффективного инфицирования клеток, и, наконец, многоклеточные организмы адаптировали эти белки к лечению органов, таких как мышцы и остеокласты у позвоночных, вульвы, матки, желез, кожи и глотки у нематод. Угальде. Он получил диплом по биохимии в Национальном университете Росарио, где также получил докторскую степень в той же дисциплине.

Каждый индивидуум представляет характеристики вида с характерными для него вариациями. Это результат выражения его генетической программы и влияния условий жизни. Некоторые специфические признаки вида передаются родителями, во время полового размножения они наследственны. Ни у одного человека, кроме идентичных близнецов, нет такой же генетической программы. Поэтому сексуальное размножение приводит к оригинальной и, следовательно, уникальной генетической программе.

Мейоз имеет выдающееся биологическое значение. Благодаря мейозу в клетках организмов поддерживается постоянное число хромосом независимо от количества поколений. Следовательно, мейоз поддерживает постоянство видов. Наконец, в мейозе в результате кроссинговера происходит рекомбинация генов, которая является одним из факторов эволюции.

Сегодня предлагаем вам разобрать процесс гаметогенеза. Если говорить коротко и предельно понятно, то это процесс развития половых клеток. Как уже стало понятно, статья будет посвящена размножению. Отметим, что выделяют несколько форм полового размножения. Несмотря на этот факт, все они основываются на участии двух гамет (мужских и женских половых клеток). Предлагаем вам рассмотреть этот вопрос более подробно.

Половое размножение

Мы уже упомянули, что половое размножение осуществляется благодаря участию двух разнополых особей. У них в определенных органах образуются специальные половые клетки, которые принято называть гаметами. А что же такое гаметогенез? Это процесс формирования тех самых половых клеток, которые необходимы для продолжения рода. Необходимо еще знать и то, что процесс слияния гамет принято называть оплодотворением. Мейоз гаметогенез - это основной этап развития половых клеток. Ему мы уделим внимание немного позже.

Сейчас выделим формы полового размножения:

  • изогамия;
  • гетерогамия;
  • овогамия.

Важно отметить, что они отличаются некоторыми особенностями Так, например, при изогамии и мужские, и женские гаметы подвижны, кроме того, они имеют одинаковые размеры. Следующая форма очень похожа на предыдущую. Основное отличие второй - женская половая клетка крупнее мужской, так же она не такая подвижная. Третий вид полового размножения наиболее популярен, так как встречается у большинства животных и растений. В данном варианте женская половая клетка неподвижна и значительно крупнее мужской. При этой форме размножения мужская гамета имеет название - сперматозоид, или спермий, а женская - яйцеклетка.


Две первые формы распространены у примитивных организмов, например у водорослей. Как происходит размножение у эукариот? Путем слияния мужской и женской гамет (яйцеклетки и сперматозоида). В результате происходит оплодотворение, и образуется зигота. Очень важно понимать и то, что половые клетки содержат число хромосом, которое в два раза меньше, чем в соматической клетке. Это объяснить достаточно просто: если бы число хромосом соматической и половой клеток было одинаковым, то в каждом поколении происходило бы удвоение хромосом. Почему этого не происходит? Из-за мейоза, то есть клеточного деления.

Преимущества полового размножения

Гаметогенез - это развитие половых клеток. Половое размножение без образования гамет невозможно. Важно отметить и то, что стадии гаметогенеза у мужских и женских особей имеют схожие черты. Более подробно мы это рассмотрим немного позже. Сейчас же предлагаем вам немного обсудить биологическую суть размножения и преимущества полового вида. Инстинкт воспроизведения потомства закладывается генетически. При этом при бесполом размножении дочерний организм полностью дублирует своего родителя.

Половое размножение имеет ряд преимуществ:

  • сочетание материнских и отцовских генов, то есть нет вероятности абсолютного генетического копирования одного из родителей;
  • изменчивость, способность популяции подстраиваться под новые условия для выживания вида;
  • облегчается процесс видообразования и так далее.

Сперматогенез

Мы уже ранее говорили о том, что гаметогенез - это процесс развития половых клеток. Сейчас более подробно рассмотрим сперматогенез, то есть образование сперматозоидов. Всего выделяют четыре стадии:

  • размножение;
  • рост;
  • созревание;
  • формирование.


На стадии размножения происходит митотическое деление сперматогоний. После этого будущие сперматозоиды переходят в стадию роста, теперь они имеют название -сперматоциты. Стадия роста характеризуется значительным увеличением половых клеток, что становится возможным благодаря увеличению объема цитоплазмы. Фаза созревания - это два деления. Сперматоцит, который прошел прошлые стадии, подвергается делению, в результате образуется два сперматоцита. Затем каждый из них делится еще раз. Итого, из одного сперматоцита первого порядка мы получаем четыре сперматида. Последние вступают в четвертую стадию - формирования. Только после этих этапов сперматозоид принимает привычный для нас вид.

Овогенез

Овогенез - это развитие женских половых клеток (яйцеклеток). Ниже будут перечислены и охарактеризованы стадии данного процесса.

  • Размножение. Овогонии делятся митозом, в результате количество будущих половых клеток увеличивается. Важно заметить, что стадия размножения приходится на второй месяц внутриутробного развития девочки.
  • Рост. Эта стадия полностью дублирует процесс роста мужских половых клеток. Единственное отличие - размер будущей яйцеклетки превышает размер сперматоцитов, это происходит из-за накапливания первой питательных веществ.
  • Последняя стадия овогенеза - созревание. Она характеризуется двумя очередными делениями путем мейоза. При сперматогенезе из одного сперматоцита образуется четыре сперматозоида. В случае овогенеза один овоцит способен образовать одну яйцеклетку и три полярных тельца.


Почему сперматозоиды превосходят в количестве, но уступают в размерах яйцеклеток? Сперматозоид не накапливает питательные вещества, так как его жизненный цикл довольно короток. Основная функция мужской половой клетки - доставка генетического материала в яйцеклетку. Кроме этого, она должна быть очень подвижной. Сперматозоиды в поисках яйцеклетки массово погибают, что и объясняет их численное преимущество.