У яких органах утворюються чоловічі статеві клітини. Будова статевих клітин

Переважна більшість багатоклітинних організмів розмножується статевимшляхом. У багатоклітинних організмів головну рольу цьому процесі грають статеві клітини з гаплоїдним набором хромосом. гамети. При статевому розмноженні відбувається злиття яйцеклітини - жіночої статевої клітини та сперматозоїда (або спермія у голонасінних та покритонасінних рослин) - чоловічої статевої клітини, завдяки чому дочірні організми отримують генетичну інформацію від обох батьків.
У природі можна зустріти різноманітні типи гамет. У ряду організмів гамети рухливі, однакові за формою, розмірами. Є види, які мають рухливі гамети різняться за розмірами. У більш високоорганізованих видів гамети розрізняються за розмірами та рухливістю: у ссавців, наприклад, чоловічі гамети дрібні та рухливі, а жіночі – великі та нерухомі. У вищих насіннєвих рослин і чоловічі, і жіночі гамети нерухомі.
Познайомимося із будовою статевих клітин. Сперматозоїд складається з головки, шийки та довгого джгутика. У головці знаходиться ядро ​​з набором гаплоїдним хромосом. У шийці розміщуються , що здійснюють синтез молекул АТФ - джерела енергії для руху джгутика, за допомогою якого сперматозоїд пересувається.
Порівняно з іншими клітинами організму яйцеклітини – великі клітини. Вони містять велике ядро ​​з ядерцями, багато цитоплазми з численними органоїдами. У цитоплазмі яйцеклітин знаходиться велика кількістьпоживних речовин – білків, жирів, вуглеводів. Ці речовини забезпечують харчування зародка ранніх стадіях розвитку. У ядрі яйцеклітини міститься гаплоїдний набір хромосом.

* Величина яйцеклітин у різних організмів варіює від кількох десятків мікрометрів до кількох сантиметрів у діаметрі. Число яйцеклітин у різних організмів також по-різному. У птахів, які піклуються про потомство, кількість яйцеклітин невелика, а у риб кількість ікринок сягає кількох сотень і тисяч. Тріска, наприклад, метає до 9 млн. ікринок. У живородячих риб, що піклуються про потомство, утворюється всього від 100 до 300 ікринок.

Деякі яйцеклітини вкриті оболонками. Особливо масивні оболонки яйцеклітин у організмів із зовнішнім заплідненням, наприклад, у більшості птахів.
Більшість видів тварин роздільностатеві, тобто яйцеклітини у них утворюються в жіночому, а сперматозоїди - в чоловічому організмі. У деяких видів одна й та сама особина виробляє і чоловічі, і жіночі гамети. До організмів, що утворюють і жіночі, і чоловічі клітини, відносяться деякі найпростіші, кишковопорожнинні, плоскі черв'яки, кільчасті черв'яки (наприклад, дощовий черв'як), багато рослин.

Будова чоловічих, жіночих статевих клітин обумовлює виконання їхньої найважливішої функції - здійснення генеративного розмноження. Воно властиве представникам як рослин, і тварин. Особливості будови статевих клітин будуть розглянуті у нашій статті.

Гамети: взаємозв'язок будови та функцій

Спеціалізовані клітини, які здійснюють процес, називаються гаметами. Чоловічі та жіночі статеві клітини - сперматозоїди та яйцеклітини - мають гаплоїдний, тобто одинарний набір хромосом. Така будова статевих клітин забезпечує генотип організму, який утворюється при їх злитті. Він є диплоїдним або подвійним. Таким чином, половину генетичної інформації організм отримує від матері, а іншу частину – від батька.

Незважаючи на загальні риси, Будова статевих і тварин багато в чому відрізняється один від одного. Це насамперед стосується певних місць формування. Так, у покритонасінних рослин спермії розташовані в пиляках тичинки, а яйцеклітина - у зав'язі маточка. Багатоклітинні тварини мають спеціальні органи- залози, у яких відбувається формування статевих клітин: яйцеклітин – у яєчниках, а сперматозоїдів – у сім'яниках.

Процес формування статевих клітин

Будова та розвиток статевих клітин визначається ходом гаметогенезу – процесом їх формування, який протікає у кілька етапів. У результаті фази розмноження первинні гамети діляться кілька разів шляхом мітозу. У цьому зберігається подвійний набір хромосом. У особин різної статі цей етап має свої відмінності. Так, у самців ссавців він починається з моменту настання і триває до глибокої старості. У самок поділ первинних статевих клітин відбувається лише під час внутрішньоутробного розвитку плода. А до настання статевого дозрівання вони залишаються у стані спокою.

Фаза зростання є такою. У цей час первинні гамети збільшуються у розмірах, відбувається реплікація (подвоєння) ДНК. Важливим процесом є також запасання поживних речовин, адже вони будуть потрібні для подальших поділів.

Останній етап гаметогенезу називається фазою зростання. У його ході первинні статеві клітини діляться шляхом редукційного поділу – мейозу. Його результатом є чотири гаплоїдні клітини, утворені з первинних диплоїдних.

Сперматогенез

В результаті утворення чоловічих статевих клітин, тобто сперматогенезу, утворюється чотири однакові та повноцінні структури. Вони мають здатність до запліднення. Будова чоловічої статевої клітини, точніше її особливість, полягає у виникненні специфічних пристроїв. Зокрема, це джгутик, за допомогою якого відбувається рух чоловічих гамет. Цей процес відбувається в останню додаткову фазу формування, яка характерна лише для сперматогенезу.

Овогенез

Будова жіночих статевих клітин, як і їх формування (овогенез), має ряд характерних рис. При ході мейозу цитоплазма розподіляється між майбутніми клітинами нерівномірно. Тільки одна з них у результаті стає яйцеклітиною, здатною дати початок майбутньому життю. Інші три перетворюються на направні тільця і ​​в результаті руйнуються. Біологічний зміст цього процесу полягає у зменшенні кількості зрілих, здатних до запліднення жіночих статевих клітин. Тільки за цієї умови єдина яйцеклітина зможе отримати необхідну кількість поживних речовин, що є головною умовою розвитку майбутнього організму. У результаті протягом часу, коли жінка здатна до народження дітей, здатна сформуватися всього близько 400 статевих клітин. У той час як у чоловіка ця цифра сягає кількох сотень мільйонів.

Будова чоловічих статевих клітин

Сперматозоїди є дуже дрібними клітинами. Їх розмір ледве сягає кількох мікрометрів. У природі такі розміри, звісно, ​​компенсуються їх кількістю. Будова статевих клітин чоловічого організму має особливості.

Сперматозоїд складається з голівки, шийки та хвоста. Кожна із цих частин виконує певні функції. У головці розташовується постійна клітинна органела еукаріотів - ядро. Воно є носієм генетичної інформації, укладеної у молекули ДНК. Саме ядро ​​забезпечує передачу та зберігання спадкового матеріалу. Другим компонентом головки сперматозоїда є акросома. Ця структура є видозміненим комплексом Гольджі та виділяє особливі ферменти, здатні розчинити оболонки яйцеклітини. Без цього процес запліднення буде неможливим. У шийці знаходяться органели мітохондрії, які забезпечують рух хвоста. У цій частині сперматозоїдів перебувають і центріолі. Ці органели відіграють важливу роль у освіті веретена поділу під час дроблення заплідненої яйцеклітини. Хвіст сперматозоїдів утворений мікротрубочками, які, використовуючи енергію мітохондрій, забезпечують рух чоловічих статевих клітин.

Будова яйцеклітин

Жіночі статеві клітини набагато більші за сперматозоїди. Їхній діаметр у ссавців становить до 0,2 мм. А ось цей показник у кистеперих риб становить 10 см, а у оселедцевої акули - до 23 см. На відміну від чоловічих статевих клітин яйцеклітини нерухомі. Вони мають округлу форму. У цитоплазмі цих клітин міститься у великій кількості міститься запас поживних речовин у вигляді жовтка. У ядрі крім ДНК, що несе генетичну інформацію, знаходиться інша нуклеїнова кислота – РНК. Вона містить інформацію про структурі найважливіших білків майбутнього організму. Жовток може розташовуватись у яйцеклітині нерівномірно. Наприклад, у ланцетника він знаходиться в центрі, а у риб займає практично всю поверхню, зрушуючи ядро ​​та цитоплазму до одного з полюсів клітини. Зовні яйцеклітина надійно захищена оболонками: жовтковою, прозорою та зовнішньою. Саме їх доводиться розчиняти в акросомі головки сперматозоїда для здійснення процесу запліднення.

Типи запліднення

Будова та функції статевих клітин зумовлюють здійснення процесу запліднення – злиття гамет. В результаті цього процесу генетичний матеріал гамет з'єднується в єдиному ядрі, і утворюється зигота. Вона є першою клітиною нового організму.

Залежно від місця проходження даного процесу розрізняють зовнішнє (зовнішнє) і перший тип здійснюється поза організмом жіночої особини. Зазвичай це відбувається у водному середовищі проживання. Прикладами організмів, які мають зовнішнє запліднення, є представники класу риби. Їхні самки метають ікру у воду, де самці і поливають її насіннєвою рідиною. Кількість ікринок таких тварин сягає кількох тисяч, у тому числі виживає і виростає негаразд багато особин. Більшість із них з'їдають водні тварини. А ось для всіх ссавців характерно внутрішнє запліднення, яке відбувається всередині жіночого організму за допомогою спеціалізованих самців. При цьому кількість яйцеклітин, готових до запліднення, невелика.

Будова чоловічої, жіночої статевої клітини та репродуктивної системи рослин значно відрізняється від такої у тварин. Тому процес злиття гамет відбувається інакше. Чоловічі статеві клітини рослин немає хвоста і здатні до руху. Тому запліднення передує запилення. Це процес перенесення пилку з пильовика тичинки на рильці маточки. Воно відбувається за допомогою вітру, комах або людини. Опинившись таким чином на приймочку маточка, спермії опускаються по зародковій трубці в його розширену нижню частину - зав'язь. Там розташовується яйцеклітина. При злитті гамет утворюється зародок насіння.

Поняття про партеногенез

Будова статевих клітин, зокрема жіночих, уможливлює одну з незвичайних форм генеративного розмноження. Вона називається партеногенез. Його біологічна суть полягає у розвитку дорослого організму з незаплідненої яйцеклітини. Такий процес спостерігається в життєвому циклірачків дафній, під час якого чергуються статеве та партеногенетичне покоління. Жіноча статева клітинамістить достатньо поживних речовин, щоб дати початок новому життю. Проте за партеногенезі немає виникнення нових комбінацій генетичної інформації, отже, поява нових ознак також неможливе. Однак партеногенез має важливе біологічне значення, оскільки уможливлює процес статевого розмноження навіть без наявності особини протилежної статі.

Фази менструального циклу

У жіночому організміПід час цього фізіологічного процесу в організмі відбуваються циклічні закономірні зміни функцій статевої системи. Регулюється цей процес гуморальної системи. Тривалість цього циклу становить 21-36 днів за середнього показника 28. Цей період можна поділити на три фази. У першу (менструальну), яка продовжується приблизно перші 5 днів, відбувається відторгнення слизової оболонки матки. Це супроводжується розривом невеликих кровоносних судин. На 6-14-й день під впливом гіпофіза виділяється фолікул, у якому дозріває яйцеклітина. Слизова оболонка матки у період починає відновлюватися. У цьому полягає суть післяменструальної фази. З 15 по 28 день відбувається утворення жирової сполучної тканини - жовтого тіла. Воно виконує роль тимчасової залози внутрішньої секреції, яка виробляє гормони, які затримують дозрівання фолікулів. У період з 17 по 21 день ймовірність до запліднення найбільш висока. Якщо цього немає, статева клітина руйнується і слизова оболонка знову відшаровується.

Що таке овуляція

На 14-й день менструального циклу будова жіночої статевої клітини дещо змінюється. Яйцеклітина розриває фолікулярну оболонку і виходить із яєчника в маткову трубу. Саме там завершується її дозрівання. Цей процес називається овуляцією. Це дуже важливий період, в ході якого матка набуває здатності прийняти запліднену яйцеклітину.

Хромосомний набір статевих клітин

Яйцеклітини та сперматозоїди мають одинарний набір генетичної інформації. Наприклад, у людини статеві клітини містять по 23 хромосоми, а зигота – 46. При злитті гамет половину генів організм отримує від матері, а другу частину – від батька. Це стосується також і статі. Серед хромосом розрізняють аутосоми та одну пару статевих. Вони позначаються латинськими літерами. У людини жіночі клітини містять дві однакові статеві хромосоми, а чоловічі різні. Статеві клітини містять одну з них. Таким чином, стать майбутньої дитини повністю залежить від чоловічого організму і від виду хромосом, який несе сперматозоїд.

Функції статевих клітин

Будова жіночої статевої клітини, як і чоловіча, взаємопов'язана з функціями, які вони виконують. Як частина репродуктивної системи, вони здійснюють функцію генеративного розмноження. На відміну від безстатевого, у якому зберігається цілісність генетичної інформації організму, статеве розмноження забезпечує створення нових ознак. Це є необхідною умовою виникнення адаптації, а отже, і всього існування живих організмів.

Гамета (gamete): зародкова клітина (спермій або яйцеклітина), що містить гаплоїдний набір хромосом, тобто має по одному екземпляру кожної з хромосом.

При статевому способі розмноження потомство зазвичай має двох батьків. Кожен із батьків виробляє статеві клітини. Статеві клітини, або гамети, мають половинний або гаплоїдний набор хромосом і виникають в результаті мейозу. Таким чином, гамета (від грец. gamete – дружина, gametes – чоловік) – зріла репродуктивна клітина, що містить гаплоїдний набір хромосом і здатна при злитті з аналогічною клітиною протилежної статі утворити зиготу, при цьому число хромосом стає диплоїдним. У диплоїдному наборі кожна хромосома має парну (гомологічну) хромосому. Одна з гомологічних хромосом походить від батька, інша - від матері. Жіноча гамета називається яйцеклітиною, чоловіча - сперматозоїдом. Процес утворення гамет носить загальну назву - гаметогенез.

У ембріонів всіх хребетних ранній стадіїРозвиток певних клітин відокремлюється як попередники майбутніх гамет. Такі первинні статеві клітини мігрують у гонади, що розвиваються (яєчники у самок, сім'яник і у самців), де після періоду мітотичного розмноження зазнають мейоз і диференціюються в зрілі гамети. У статевих клітинах перед мейозом активуються додаткові гени, які регулюють спарювання гомологічних хромосом, рекомбінацію та поділ рекомбінованих гомологічних хромосом в анафазі першого поділу.

Яйцеклітини розвиваються з первинних статевих клітин, які на ранній стадії розвитку організму мігрують у яєчник і перетворюються там на оогонію. Після періоду мітотичного розмноження оогонії стають ооцитами першого порядку, які, вступивши в перший поділ мейозу, затримуються в профазі I на час, що вимірюється цілодобово або роками в залежності від виду організму. У період цієї затримки ооцит росте і накопичує рибосоми, мРНК і білки, часто використовуючи при цьому інші клітини, включаючи допоміжні клітини, що оточують. Подальший розвиток (дозрівання яйцеклітини) залежить від поліпептидних гормонів (гонадотропінів), які, впливаючи на допоміжні клітини, що оточують кожен ооцит, спонукають їх індукувати дозрівання невеликої частини ооцитів. Ці ооцити завершують перший поділ мейозу, утворюючи маленьке полярне тільце і великий ооцит другого порядку, який перетворюється на метафазу другого поділу мейозу. У багатьох видів ооцит затримується на цій стадії, поки запліднення не ініціює завершення мейозу і початок розвитку ембріона.

Спермій зазвичай є маленькою і компактною клітиною, яка в високого ступеняспеціалізована для функції внесення своєї ДНК до яйцеклітини. У той час як у багатьох організмів весь пул ооцитів утворюється ще на ранній стадії розвитку самки, у самців після настання статевої зрілості в мейоз вступають все нові і нові статеві клітини, причому кожен сперматоцит першого порядку дає початок чотирьом зрілим сперміям. Диференціювання сперміїв здійснюється після мейозу, коли ядра гаплоїдні. Однак, оскільки при мітотичному розподілі зрілих сперматогоніїв та сперматоцитів цитокінез не доводиться до кінця, нащадки одного сперматогонію розвиваються у вигляді

Одним з перших етапів поділу праці між клітинами в організмі, що практично збіглося з виникненням самих багатоклітинних організмів, було поділ на соматичні та статеві клітини. З тих пір, еволюціонуючи, багатоклітинні організми поділилися на дві групи: на тих, хто створює статеві клітини із соматичних у міру необхідності, і тих, хто вже на ранніх етапах ембріонального розвитку виділяє і на якийсь час «консервує» окрему популяцію клітин – попередників статевих. клітин.

© jessy731/Flickr

У людини, наприклад, первинні статеві клітини утворюються на п'ятому тижні ембріонального розвитку у жовтковому мішку. У цей час зачатки гонад - яєчників і сім'яників - ще навіть не сформувалися, але коли вони сформуються, первинні статеві клітини мігрують туди і там і залишаться. Подібним чином первинні статеві клітини виділяються майже у всіх тварин складніше кишковопорожнинних. У деяких видів комах доля статевих клітин визначається екстремально рано: вже в незаплідненої яйцеклітинив одного з полюсів знаходяться білкові гранули і саме з частини цитоплазми з гранулами після дроблення утворюються первинні статеві клітини.

У всіх рослин і примітивних тварин, що раніше відгалужилися від загального еволюційного стовбура, (губок, гребневиків, медуз, оболонників, плоских хробаківі т.п.) ніяких спочатку призначених статевих клітин немає. Вони утворюються із соматичних стовбурових клітин, що живуть у соматичних тканинах тільки тоді, коли організм вирішує приступити до розмноження.

Досі не було висунуто жодної теорії, яка успішно пояснила б, навіщо знадобилося раннє «консервування» статевих клітин.

Одне з запропонованих пояснень полягає у турботі про збереження генетичного матеріалу. Дійсно, при кожному розподілі клітини відбувається подвоєння хромосом і при копіюванні відбуваються помилки. Кількість таких помилок при одному копіюванні невелика, але чим більше копій, тим більше помилок. У метаболічно активних клітинах через окисно-відновні реакції, необхідні для вироблення енергії (синтезу АТФ), більш агресивна довкілля, Вища концентрація вільних радикалів. Під їх впливом на ДНК можуть з'являтися нові мутації, навіть якщо в даний момент не відбувається копіювання.

Межа Хейфліка та теломери

Неточності при реплікації та активний метаболізм сприяють накопиченню мутацій у геномі клітини. Накопичення мутацій може призводити до злоякісного переродження клітини, і тоді загине не одна клітина, а весь організм. Для захисту від такої егоїстичної поведінки існує обмеження, накладене на соматичні клітини багатоклітинних організмів – межа Хейфліка – максимальна кількість поділів, які може здійснити клітина. Для клітин людини межа Хейфліка дорівнює 52. Технічно межа Хейфліка виникає з допомогою теломер – послідовностей кінцях хромосом. При подвоєнні хромосом полімераза через свою просторову структуру не може почати діяти з кінця хромосоми, і транскрипт щоразу виходить все коротше і коротше. Поки скорочення зачіпає лише послідовності теломер, клітина живе. Як тільки теломери закінчуються, геном стає нестабільним і клітина гине. Побічним ефектомтаких реплікативних обмежень, мабуть, є старіння організму. На клітини статевої лінії межа Хейфліка не поширюється – потенційно вони безсмертні і переходять із покоління до покоління, перетасовуючи генетичний матеріал. Таке своєрідне безсмертя досягається за рахунок активності теломерази – ферменту, що подовжує теломери. Щоправда, при цьому відразу підвищується ціна негативної мутації, що виникла. Якщо клітина із мутацією візьме участь у процесі запліднення, то мутацію успадкують усі клітини нового організму. Такий організм може бути менш пристосованим або навіть хворим і швидко загинути.

Проте, проти консервації статевої лінії заради дбайливого відношеннядо ядерної ДНК є серйозний аргумент. Він у тому, що з цього погляду консервуються лише жіночі статеві клітини. Чоловічі статеві клітини дуже активно діляться і в людини проходять близько 30 поділів на момент статевого дозрівання і близько 400 (!) - До 30 років. З цієї точки зору чоловічі статеві клітини-попередники поводяться як соматична тканина – особливо велика схожість з кістковим мозком, в якій невелика кількість стовбурових клітин постійно інтенсивно ділиться, щоб забезпечувати організм короткоживучими форменими елементами крові. Через такий інтенсивний поділ попередників сперматозоїдів ДНК потомства містить вже досить велику кількість мутацій порівняно з батьківською.

© Darryl Leja/National Human Genome Research Institute

Припустити іншу, вірогіднішу причину появи консервації клітин статевої лінії допомагає порівняння ролі сперматозоїда та яйцеклітини при заплідненні. У момент запліднення зі сперматозоїда в яйцеклітину потрапляє лише ядро, цитоплазма і всі органели дістаються майбутньому ембріону від яйцеклітини. Зокрема, всі мітохондрії нового організму успадковані від матері. Мітохондрії займаються у клітині виробленням енергії. Будучи історично бактеріями, які набули симбіозу з еукаріотами, вони зберігають залишки власного геному. Мітохондріальний геном більше нагадує бактеріальний, ніж еукаріотичний. Він представлений однією кільцевою хромосомою, і не входить у гомологічну рекомбінацію. Мітохондрії діляться як звичайні бактерії, при цьому двом дочірнім мітохондріям дістаються ідентичні з точністю до мутацій хромосоми, що тільки що з'явилися. Це означає, що невдала мутація, що виникла в мітохондріальній ДНК, може бути елімінована, тільки якщо жодна невдала мітохондрія не потрапить до клітин статевої лінії наступного покоління (малоймовірно, якщо невдала мітохондрія встигла невдало розмножитися) або якщо організм не залишить потомства зовсім. З усього виходить, що ціна такої мутації вища.

Однак, окрім шкідливих мутацій є ще й корисні. Без них еволюція була б взагалі неможлива, тому що по-перше, всі були б однакові, а по-друге, взагалі б не пережили різкої зміни умов. Тому число мутацій має бути на певному відрізку: не бути ні надто великим, ні надто маленьким.

Припущення про те, що ізоляція клітин статевої лінії потрібна для дбайливого зберігання мітохондрії яйцеклітин, була висунута вже досить давно. Але, зрозуміло, провести експеримент у масштабах еволюції від загального предка всіх еукаріотів до хоча б кільчастих хробаківабсолютно неможливо. Тому Нік Лейн з Університетського коледжу в Лондоні та його колеги скористалися математичною моделлю для того, щоб підтвердити чи спростувати цю гіпотезу. Їхня робота опублікована в електронному науковому журналі PLOS Biology.

У різний часу різних експериментах було оцінено швидкість виникнення нових мутацій у мітохондріальній ДНК різних видів. Виявилося, що вона досить низька для рослин і примітивних тварин, але набагато вища у складніших тварин, у тому числі у ссавців. Причини цього цілком зрозумілі. Було висунуто припущення, що перехід до рухливого способу життя та полювання висунув жорсткіші вимоги до енергозабезпечення клітин, і для отримання ефективніших мітохондрій частоту виникнення мутацій довелося підвищити.

Добре, однак, помітна кореляція між частотою виникнення мутацій у мітохондріальній ДНК та консервацією жіночих статевих клітин. Автори роботи побудували математичну модель, що оцінює пристосованість організму залежно від частоти виникнення мутацій у мітохондріальній ДНК. Виявилося, що з високої частоті, властивої, наприклад, людині, без консервації жіночих статевих клітин мутації в мітохондріях накопичувалися дуже швидко.

Загалом, ця математична модель досить переконливо відповідає питанням, навіщо взагалі знадобилося консервувати клітини статевої лінії. Але, будучи математичною моделлю, вона має той недолік, що спирається тільки на вже отримані до поточному моментуекспериментальні дані про частоту мутацій при реплікації мітохондріальної ДНК у різних видів. Якщо завтра в нових експериментах знайдуть рослину з високою частотою мутацій або якусь хребетну з низькою, теорію доведеться переглянути або суттєво доповнити.

Автори роботи припускають також, що їхня теорія пояснює незрозуміле поки що явище атрезії фолікулів. У ході ембріонального розвитку жіночого організму людини (аналогічно це влаштовано і в багатьох інших тварин) утворюється близько 6 мільйонів оогоній (попередників ооцитів). Потім понад 90% їх мимовільно вмирає, і до пубертату їх залишається близько 500 тисяч. Важко собі уявити, що це відбувається через низьку якість клітин. Автори роботи припустили, що це явище з'явилося, щоб виправити занадто маленьку варіативність у мітохондріальній ДНК, яка виникла через консервацію клітин статевої лінії. За їхнім припущенням, клітини спочатку кілька разів діляться, щоб отримати більше різних варіантів мітохондріальної ДНК, а потім частина з них гине так, щоб живими залишилися клітини з максимально несхожими варіантами.

Така варіативність дуже важлива, саме вона є матеріалом для еволюції та відбору найвигідніших варіантів. Змагання між різними варіантамиооцити починається дуже рано. У кожному циклі у людини починає дозрівати кілька фолікулів, але один із них виривається вперед, і тоді інші, як правило, гинуть (саме цим пояснюється порівняно низька частота народження різнояйцевих близнюків у людини). Можливо, що вирішальною перевагою у цьому змаганні якраз і є ефективність роботи мітохондрій.

Автори роботи цілком згодні з тим, що їх припущення - лише гіпотеза, що вона не може бути підтверджена експериментальними даними, зате може бути такими спростована. Проте вона досить несуперечливо пояснює явище, яке вчені намагалися пояснити від початку – консервацію клітин статевої лінії (переважно, у жіночому організмі). Крім того, принагідно ця гіпотеза пояснює й інші не пояснені раніше явища – наприклад, надмірне виробництво та масову загибель попередників яйцеклітин.

Статеве розмноження зустрічається у представників усіх типів рослинного та тваринного світу. Воно пов'язане з утворенням спеціальних статевих клітин: жіночих – яйцеклітин та чоловічих – сперматозоїдів.

Для статевих клітин (гамет) характерне одинарне (гаплоїдний) число хромосом (див. ). Крім того, вони відрізняються співвідношенням обсягів цитоплазми та ядра (порівняно з соматичними клітинами).

Будова чоловічої статевої клітини (сперматозоїд)

Чоловічі статеві клітини – сперматозоїди – зазвичай дуже дрібні та рухливі. Типові сперматозоїди складаються з голівки, шийки та хвоста.

Головкамайже повністю складається з ядра, покритого тонким шаром цитоплазми. Найпередніша її ділянка загострена, покрита ковпачком.

Шийказвужена, в ній знаходяться центріоль (складова частина клітинного центру) та мітохондрії.

Хвістсперматозоїдів складається з найтонших волокон, покритих цитоплазматичним циліндром: він є органоїдом руху.

Загальна довжина сперматозоїда, включаючи головку, шийку та хвіст, у ссавців та людини становить 50-60мкм. Характерно, що сперматозоїди утворюються зазвичай у величезних кількостях (у ссавців їх протягом життя дозріває сотні мільйонів).

Будова жіночої статевої клітини (яйцеклітина)

Жіночі статеві клітини (яйцеклітини) нерухомі і, як правило, більші за сперматозоїди. Зазвичай вони мають кулясту форму та різноманітну будову оболонок. У ссавців розміри яйцеклітин порівняно невеликі та становлять 100-200мкм у діаметрі. В інших хребетних (риб, амфібій, рептилій, птахів) великі яйцеклітини. У цитоплазмі вони містять дуже багато поживних речовин.

У птахів, наприклад, яйцеклітиною є та частина яйця, яка зазвичай називається жовтком. Діаметр яйцеклітини курки становить 3-3,5см, а у таких великих птахів, як страуси, – 10-11см. Ці яйцеклітини покриті кількома оболонками складної будови (шар білка, підшкаралупова та шкаралупова оболонки та ін.), які забезпечують нормальний розвиток зародка.

Кількість яйцеклітин, що утворюються, зазвичай значно менше, ніж кількість сперматозоїдів. Наприклад, у жінки протягом життя дозріє близько 400 яйцеклітин.

Будова чоловічих та жіночих статевих клітин рослин описана.

Розвиток яйцеклітин та сперматозоїдів

Дозрівання та розвиток статевих клітин називається гаметогенез.У тварин і людини він відбувається у статевих залозах: яйцеклітини розвиваються у яєчниках, а сперматозоїди – у яєчках.

Стадії розвитку

Процеси розвитку чоловічих статевих клітин (сперматогенез) та жіночих статевих клітин (овогенез) мають низку подібних рис. І в яєчнику, і в яєчках розрізняють три різні стадії:

• Стадії розмноження;
• стадії зростання;
• стадії дозрівання статевих клітин

на першої стадіїсперматогонії та овонії (клітини - попередники сперматозоїдів та яйцеклітин) розмножуються шляхом і число їх збільшується.

У чоловіків мітотичний поділ сперматогоній починається в період статевого дозрівання і продовжується десятки років. У жінок розподіл огонь відбувається лише в ембріональний період їхнього життя і закінчується ще до народження. У тварин розподіл цих клітин залежить від термінів та періодів розмноження.

У другий стадіїсперматогонії та овонії перестають розмножуватися, починають рости і збільшуватися у розмірах, перетворюючись на первинні сперматоцити та овоцити. Особливо значно зростають розміри овоцитів. Наприклад, у жаб лінійні розміри овоциту більше 2 тис. разів, ніж в овогонні. Це з тим, що у них накопичуються поживні речовини, необхідних розвитку зародка.

Найбільш важливі зміни відбуваються з майбутніми статевими клітинами на третьої стадіїдозрівання. Тут виявляються й суттєві відмінності між спермато- та овогенезом. У цій зоні первинні овоцити поділяються двічі шляхом мейозу. При першому мейотичному розподілі утворюється великий вторинний овоцит і дрібна клітина-первинний полоцит (перше полярне, або направне, тільце).

При другому мейотичному розподілі вторинний овоцит ділиться на велику незрілу яйцеклітину та дрібний вторинний полоцит (друге полярне тільце). Первинний полоцит теж може розділитися ще два полоцита.

Таким чином, в результаті двох мейотичних поділів з одного первинного овоциту виходить 4 клітини з гаплоїдним набором хромосом - незріла статева клітина (яка перетворюється на зрілу яйцеклітину) і три полоцити, які надалі гинуть.

При сперматогенезі первинний сперматоцит у зоні дозрівання також двічі ділиться шляхом мейозу. Але при цьому виникають 4 однакових гаплоїдних сперматиди. Надалі вони шляхом складних перетворень (зміни форми, розвитку хвоста) перетворюються на зрілі сперматозоїди.

Запліднення

Запліднення- це процес злиття ядер сперматозоїда та яйцеклітини та відновлення диплоїдного набору хромосом. Запліднена яйцеклітина зветься зиготи. Утворення зиготи відбувається лише за проникненні сперматозоїда в яйцеклітину.

Цей процес у різних організмів здійснюється неоднаково. У ссавців проникнення сперматозоїда в яйцеклітину супроводжується розчиненням її оболонки за допомогою різних ферментів, що виділяються сперматозоїдом. У багатьох комах яйцеклітини мають щільну оболонку і сперматозоїд проникає через невеликі отвори. У деяких водних організмів на поверхні яйцеклітини утворюється в місці контакту зі сперматозоїдом невеликий сприймає горбок, який потім втягується всередину разом зі сперматозоїдом.

Зазвичай у цитоплазму яйцеклітини проникає лише головка сперматозоїда з мітохондрією та центріоллю, а хвіст залишається зовні. Оболонка головки розчиняється, ядро ​​починає набухати, доки досягне розмірів ядра яйцеклітини. Потім обидва ядра зближуються і, нарешті, зливаються.

Іноді в яйцеклітину одночасно проникає кілька сперматозоїдів, але злиття з ядром відбувається лише в одного з них. У зиготі всі хромосоми стають парними: у кожній парі гомологічних хромосом одна хромосома належить яйцеклітині, друга – сперматозоїду. Це має велике значення для еволюції. Організм, що розвивається з зиготи, має великий діапазон комбінативної мінливості, отже і ширшими можливостями пристосування до умов навколишнього середовища.

Характерно для квіткових рослин.