БИОЛОГИЯ Конспект лекций - Золотые страницы 2003

4. РАЗМНОЖЕНИЕ

Размножение — это способность всех живых организмов воспроизводить новое поколение, сходное с ними по большинству характеристик. Молекулярной основой всех видов размножения является процесс репликации (удвоение молекул ДНК). Это обеспечивает удвоение наследственного материала, который равномерно распределяется в дочерние клетки при делении. Наследственный материал приносит в клетку программу индивидуального развития данной клетки или особи. Цитологической основой является деление клеток, в основе которого лежит митоз или мейоз. Способы размножения живых организмов очень разнообразны. На основе наличия или отсутствия гамет размножение бывает двух типов: 1 — бесполое, 2 — половое.

Бесполое — тип размножения, при котором не происходит образования и слияния гамет.

Характеристики бесполого размножения:

а) в процесс размножения вовлечен только один родитель;

б) не происходит образования и слияния гамет;

в) в основе репродукции лежит только митотическое деление;

г) новые особи могут развиваться из соматической части родительской части организма (вегетативное размножение);

д) вновь произведенные индивидуумы генетически одинаковы;

е) процесс обеспечивает быстрое увеличение числа особей;

ж) единицей размножения может быть целое тело родителя, часть тела или одиночная соматическая клетка;

з) характерно для низших организмов.

Типы бесполого размножения. Различают размножение, в основе которого лежит деление отдельной клетки надвое или размножение группой клеток — спорообразование у грибов, мхов папоротников, а также частью организма (вегетативное размножение у растений и соматический эмбриогенез у плоских и кольчатых червей).

Половое — тип размножения, при котором происходит образование и слияние половых клеток, называемых гаметами. Основными процессами, вовлеченными в половое размножение, которые поддерживают постоянным количество хромосом от поколения к поколению, являются гаметогенез и оплодотворение.

Характеристики полового размножения:

а) в процессе обычно участвуют два родителя (мужской и женский), за исключением гермафродитов;

б) характеризуется образованием и слиянием гамет;

в) включает мейоз как способ деления гаметогониев при гаметогенезе и митоз при развитии зиготы;

г) характерна высокая генетическая изменчивость: дочерние организмы генетически отличаются от родителей, поскольку вариации появляются благодаря новым комбинациям генов при перекресте (кроссинговере) хромосом, случайному расхождению хромосом и случайному слиянию гамет;

д) единицы размножения — гаплоидные гаметы;

е) характерно для высокоорганизованных организмов;

ж) скорость размножения невысокая.

Биологическое значение размножения:

1. Каждый вид живых организмов состоит из особей, каждая из которых имеет ограниченный срок жизни. Только способность индивидуумов к размножению обеспечивает длительное (миллионы лет) существование данного вида.

2. Любой многоклеточный организм состоит из большого количества разных по структуре и функциям клеток. Жизнь практически всех клеток короче жизни особи. Только постоянное обновление клеток, поддерживаемое их размножением, обеспечивает длительное существование особей.

Типы клеток в зависимости от предназначения и способности к делению:

1. Соматические клетки, образующие все разнообразие тканей и соответствующих органов и частей тела (до 200 разновидностей).

Ядро таких клеток делится только митозом! При делении из хроматина интерфазного ядра образуется диплоидный набор хромосом (у человека 46).

Все дочерние клетки генетически идентичны и имеют 46 хромосом.

Назначение соматических клеток — обеспечение выживания и образования половых клеток.

2. Первичные половые клетки (сперматогонии, овогонии), формирующиеся в эмбриогенезе и заселяющие гонады в эпителии половых желез. Только из них возможно образование зрелых половых клеток. Способны делиться митотически (период размножения гаметогенеза) и мейозом (период созревания гамет). Гаметогонии имеют диплоидный набор хромосом (46). Назначение: образование гамет.

3. Зрелые половые клетки — гаметы, образующиеся в результате мейотического деления гаметогония. Сперматозоиды и яйцеклетки имеют гаплоидный набор хромосом — 23 и способны к делению. Назначение: для слияния с гаметой другого пола и образования зигот.

Овогенез — совокупность процессов образования зрелых гаплоидных яйцеклеток из диплоидных репродуктивных клеток (овогониев) яичников женского организма.

Состоит из 3 фаз:

1. Фаза размножения. Осуществляется в период внутриутробного развития. Первичные половые клетки зародышевого эпителия яичника подвергаются быстрому митотическому делению для образования групп диплоидных материнских яйцеклеток — овогониев. Генетическая формула их соответствует 2n2c до S периода и 2n4c после него, n — это гаплоидный набор хромосом, с — количество ДНК.

2. Фаза роста. В это время один овогоний растет и превращается в диплоидный первичный овоцит, а окружающие его другие овогонии образуют вокруг питательный фолликулярный эпителий. Эта структура названа первичным фолликулом. Во время фазы роста происходят следующие процессы:

1) увеличение в размере овогониев (приблизительно в 200 раз у человека) в результате накопления желтка (виттелогенез);

2) ядро значительно увеличивается в размере;

3) вокруг овоцита образуется тонкая желточная (виттелиновая) оболочка;

4) увеличивается количество митохондрий, компонентов ЭПС и комплекса Гольджи;

5) происходит репликация ДНК. Генетическая формула овоцита первого порядка соответствует 2n4c.

3. Фаза созревания. Характеризуется мейозом. В этот период диплоидный и полностью выросший первичный овоцит претерпевает мейоз I (редукционное деление) для образования двух неравных гаплоидных клеток. Меньшая клетка называется первичным полярным тельцем и имеет малое количество цитоплазмы. Большая клетка называется вторичным овоцитом. Обе они гаплоидны, и каждая имеет половинный набор хромосом. Генетическая формула вторичных овоцитов соответствует 1n2с. Вторичный овоцит претерпевает мейоз II (уравнительное деление), при этом опять образуется две неравные гаплоидные клетки. Меньшая называется вторичным полярным тельцем и имеет очень мало цитоплазмы, в то время как большая дифференцируется в яйцеклетку. Одновременно первое полярное тельце может также делиться на два. Генетическая формула яйцеклетки и полярных телец — 1n1с. У большинства млекопитающих овуляция происходит на стадии вторичного овоцита после завершения первого деления мейоза. У человека овуляция происходит, когда яйцеклетка находится на стадии метафазы второго деления мейоза. Мейоз II может завершиться только после оплодотворения.

Сперматогенез — процесс образования гаплоидных микроскопических мужских гамет (сперматозоидов) из диплоидных репродуктивных клеток (сперматогониев), присутствующих в семенниках. Сперматогенез у мужчин происходит на протяжении многих лет после полового созревания. Сперматогенез подразделяется на 2 этапа: образование сперматиды; спермиогенез.

Образование сперматиды делится на 3 фазы:

1. Фаза размножения: быстрое митотическое деление зародышевых клеток (первичных половых), присутствующих в зародышевом эпителии семявыносящих трубочек — семенников. Этот процесс обеспечивает образование сперматогониев.

2. Фаза роста: характеризуется спермацитогенезом, при котором диплоидный сперматогоний увеличивается (в размере приблизительно в 2 раза) и образует диплоидный первичный сперматоцит.

3. Фаза созревания: характеризуется мейозом. Первичный сперматоцит претерпевает мейоз (редукционное деление) и образует две одинаковые гаплоидные клетки, называемые вторичными сперматоцитами. Затем немедленно происходит мейоз II (эквационное, или уравнительное, деление), из каждого вторичного сперматоцита образуется по 2 равноценные гаплоидные сперматиды.

Спермиогенез — трансформация неподвижных, округлых сперматид в функциональные и подвижные сперматозоиды. Включает следующие изменения:

а) ядро становится уплотненным, мелким и локализуется в передней части клетки;

б) комплекс Гольджи образует акросому;

в) центриоли спермитиды образуют шейку сперматозоида;

г) дистальная центриоль дает начало роста микротрубочек, которые образуют осевое волокно хвоста спермия (аксонему);

д) митохондрии образуют спиральные кольца вокруг проксимальной части аксонемы;

е) большинство цитоплазмы теряется, но некоторое ее количество окружает шейку и хвост сперматозоида;

ж) зрелые сперматозоиды выходят в полость семявыводящих трубочек.

Два семенника молодого мужчины образуют приблизительно 120 млн. спермиев в день. Существует два вида спермиев: 50 % гиноспермии, имеющие Х-хромосому, 50 % андроспермии, имеющие Y-хромосому. Сперматогенез — продолжительный процесс и завершается приблизительно через 74 дня (у человека).