Значение полового размножения для эволюции

Подумайте, какое значение для эволюции жизни на Земле имело появление полового размножения.

При половом размножении у потомства образуются новые комбинации генетического материала. Тем самым формируется наследственная изменчивость и создаются предпосылки для лучшего естественного отбора в условиях изменяющейся окружающей среды. Следовательно, половое размножение ускоряет эволюцию живых существ. По сравнению с ним бесполое размножение при изменении внешних условиях далеко не всегда способно обеспечить выживание организмов.

Строение половых клеток

Опишите строение половых клеток.

Половые клетки (гаметы) бывают двух типов. Женские гаметы — это яйцеклетки, мужские — сперматозоиды. Яйцеклетки крупные, округлые, неподвижные; они могут содержать запас питательных веществ в виде желтка (особенно много желтка в икринках рыб, яйцах пресмыкающихся и птиц). Сперматозоиды — мелкие подвижные клетки, которые, как правило, имеют головку, шейку и хвост-жгутик, обеспечивающий их подвижность. В шейке располагаются митохондрии, в головке — ядро, содержащее хромосомы. У семенных растений мужские гаметы переносятся к яйцеклеткам с помощью особой структуры — пыльцевой трубки. В связи с эти они не имеют жгутика и называются спермиями.

Размер яйцеклеток

От чего зависит размер яйцеклеток?

Размер яйцеклеток зависит от наличия или отсутствия в них запаса питательных веществ. Яйцеклетки, содержащие много желтка (например, у птиц), имеют размеры от нескольких миллиметров до 15 см. Яйцеклетки, почти не содержащие запаса питательных веществ, значительно мельче. В свою очередь, количество желтка определяется тем, развивается ли оплодотворенная яйцеклетка самостоятельно, либо заботу о зародыше берет на себя материнский организм. В последнем случае какой-либо значительный запас питания не нужен (у плацентарных млекопитающих размер яйцеклеток составляет всего 0,1–0,3 мм).

Периоды развития половых клеток

Какие периоды выделяют в процессе развития половых клеток?

В ходе развития половых клеток выделяют:

• период размножения — клетки стенок половых желез активно делятся митозом, образуя незрелые половые клетки (клетки-предшественницы); у мужчин этот процесс начинается с наступлением половой зрелости и идет почти всю жизнь, у женщин завершается еще в эмбриональном периоде;
• период роста — происходит увеличение цитоплазмы клеток-предшественниц, накопление необходимых питательных и строительных веществ, удвоение ДНК; этот процесс лучше выражен у яйцеклеток;
• период созревания — происходит мейотическое деление клеток-предшественниц, приводящее к образованию из одной диплоидной клетки четырех гаплоидных; при сперматогенезе все четыре клетки одинаковые, в дальнейшем они превращаются в зрелые сперматозоиды; в овогенезе формируются три мелкие клетки (направительные тельца) и одна крупная (будущая яйцеклетка).

Период созревания в процессе сперматогенеза и овогенеза

Расскажите, как протекает период созревания (мейоз) в процессе сперматогенеза; овогенеза.

В процессе сперматогенеза клетка-предшественница претерпевает два последовательных деления. В результате первого деления образуются две клетки, несущие гаплоидный набор хромосом (каждая хромосома содержит по две хроматиды). Перед вторым делением удвоения генетического материала не происходит. В результате образуются четыре клетки — будущие сперматозоиды, которые постепенно приобретают зрелый вид и становятся подвижными.

В овогенезе профаза I мейоза завершается в эмбриональном периоде; дальнейшие стадии идут лишь после полового созревания. Раз в месяц одна из клеток продолжает развитие. В результате первого деления образуется крупная клетка-предшественница яйцеклетки и мелкое полярное тельце, которые вступают во второе деление. На стадии метафазы II предшественница яйцеклетки овулирует — выходит из яичника и попадает в брюшную полость, а затем в яйцевод. Второе мейотическое деление завершается, только если произошло оплодотворение. В противном случае так и не сформировавшаяся женская гамета погибает и выводится из организма. Полярные тельца также через некоторое время погибают. Их роль — удаление избытка генетического материала и перераспределение питательных веществ (практически все они достаются яйцеклетке).

Отличия мейоза от митоза

Перечислите отличия мейоза от митоза.

Мейоз, в отличие от митоза, состоит из двух делений. Профаза I гораздо продолжительнее профазы митоза. На этой стадии мейоза происходит конъюгация гомологичных хромосом; они могут обмениваться участками, что приводит к перекомбинации наследственной информации. Между первым и вторым делением мейоза удвоения генетического материала не происходит.

Принципиальным отличием мейоза является то, что в анафазе I к разным полюсам клетки расходятся не хроматиды (как в анафазе митоза), а гомологичные хромосомы. Именно в этот момент происходит превращение диплоидного хромосомного набора в гаплоидный. При таком расхождении в формирующихся клетках образуется случайная комбинация материнских и отцовских хромосом, что определяет генетическое разнообразие будущих гамет. Иными словами, в результате мейоза возникают генетически различающиеся клетки, в то время как после митоза все дочерние клетки идентичны исходной материнской.

Биологический смысл и значение мейоза

В чем заключается биологический смысл и значение мейоза?

Биологический смысл мейоза заключается в поддержании постоянства числа хромосом в ряду поколений. Значение мейоза состоит в том, что он создает возможность полового размножения, поскольку именно в результате мейоза образуются гаплоидные гаметы. В ходе оплодотворения такие гаметы сливаются, что ведет к восстановлению диплоидности. В отсутствие мейоза слияние диплоидных клеток приводило бы к удвоению числа хромосом у каждого последующего поколения. К тому же, благодаря перекомбинации участков гомологичных хромосом в профазе I, а также случайному расхождению хромосом в анафазе I, увеличивается генетическое разнообразие потомства.

Оплодотворение

Что такое оплодотворение?

Оплодотворение — это процесс слияния сперматозоида и яйцеклетки, сопровождающийся объединением их генетического материала. В результате образуется зигота — диплоидная клетка, из которой развивается новый организм, генетически отличающийся от родителей. Оплодотворение, как правило, бывает перекрестным — в случае, если сливаются гаметы разных организмов-родителей. Гораздо реже встречается самооплодотворение (самоопыление) — слияние гамет одного организма. Оно возможно, например, при отсутствии половых партнеров (паразитические ленточные черви). В случае растений самоопыление широко используется в селекции для сохранения полезных свойств сорта.

Типы оплодотворения

Какие типы оплодотворения вы знаете?

Существует два основных типа оплодотворения.

Наружное оплодотворение — половые клетки сливаются вне организма самки. Такой тип оплодотворения существует у многих рыб, земноводных, моллюсков и некоторых червей. При наружном оплодотворении организмы образуют большое количество как женских, так и мужских половых клеток (например, луна- рыба выметывает до 30 млн икринок).

Внутреннее оплодотворение — встреча и слияние гамет — происходит в половых путях самки. В этом случае вероятность оплодотворения и выживания зиготы намного выше, поэтому половых клеток (особенно яйцеклеток) образуется гораздо меньше. Внутреннее оплодотворение присуще многим водным организмам, а на суше оно становится единственным надежным способом обеспечить слияние гамет. При внутреннем оплодотворении зигота получает возможность развиваться, оставаясь в теле матери.