Половое размножение. Мейоз

Половое размножение — это способ размножения, при котором в результате слияния двух половых клеток развивается новая особь, сочетающая в себе признаки обоих родителей. Половое размножение присуще в основном эукариотам.

В ходе полового процесса происходит сближение половых клеток (гамет) с последующим их слиянием. Это и есть оплодотворение.

Выделяют четыре типа полового процесса.

Конъюгация. При этом происходит слияние содержимого двух неспециализированных клеток, как у некоторых водорослей и грибов. Или обмен генетическим материалом между особями, как у некоторых бактерий и инфузорий. Во втором случае не происходит увеличения числа особей, но это способствует повышению наследственной изменчивости организма за счет обмена и перекомбинации генетического материала.

Копуляция (гаметогамия) — это слияние половых клеток с образованием зиготы.

При изогамии сливающиеся гаметы не различаются морфологически, но имеют отличные друг от друга биохимические и физиологические свойства. Характерна для некоторых видов зеленых водорослей и грибов.

При гетерогамии мужские и женские гаметы сливаются при оплодотворении. Гаметы отличаются морфологически.

Половое размножение имеет важное эволюционное значение: оно приводит к появлению разнообразного потомства и повышает шансы вида на выживание в условиях постоянно меняющейся среды.

В основе процессов полового размножения лежит мейоз.

Мейоз — способ деления клеток, результатом которого является образование четырех дочерних гаплоидных клеток из одной материнской диплоидной.

Мейоз является непрерывным процессом. Он состоит из двух последовательных стадий деления: мейоз I и мейоз II. Каждая стадия состоит из четырех фаз: профазы, метафазы, анафазы, телофазы. Мейоз I называют редукционным делением. Его результатом является уменьшение числа хромосом в два раза. Эквационным делением называют мейоз II, при котором гаплоидность образовавшихся клеток сохраняется.

Профаза I. Хроматин постепенно спирализуется с образованием хромосом. Происходит сближение гомологичных хромосом с образованием общей структуры. Эта структура состоит из двух (бивалент) или четырех (тетрада) хроматид. Процесс сближения двух гомологичных хромосом по всей длине с образованием бивалента называется конъюгацией. В дальнейшем между гомологичными хромосомами возникают силы отталкивания. Хромосомы образуют перекресты (хиазмы), то есть разделяются в области центромер, но остаются связанными в области плеч. Хромосомы расходятся все больше и больше, и хиазмы перемещаются к их концам. Процесс конъюгации между некоторыми хроматидами гомологичных хромосом может сопровождаться кроссинговером — обменом участками, который приводит к перекомбинации генетического материала. Ядерная оболочка и ядрышки растворяются, формируется веретено деления.

Метафаза I характеризуется построением бивалентов в экваториальной плоскости клетки. Спирализация хромосом достигает максимума.

Анафаза I. Состоящие из двух хроматид хромосомы окончательно расходятся и постепенно нитями веретена деления растягиваются к полюсам клетки. Таким образом, в дочернюю клетку из каждой пары гомологичных хромосом попадает только одна, а значит, число хромосом уменьшается вдвое, происходит редукция.

Телофаза I — это образование двух дочерних клеток вследствие формирования ядер и разделения цитоплазмы. Дочерние клетки гаплоидны.

Интеркинез — промежуток времени между мейозом I и мейозом II. Он непродолжительный, репликации ДНК не происходит, и две дочерние клетки быстро вступают в стадию второго мейотического деления.

В профазе II происходит формирование хромосом, которые хаотически располагаются в цитоплазме клетки. Образовывается веретено деления.

В метафазе II хромосомы располагаются в экваториальной плоскости клетки.

В анафазе II сестринские хроматиды каждой хромосомы расходятся к противоположным полюсам клетки.

В телофазе II происходит формирование четырех гаплоидных клеток.

Биологическое значение мейоза велико. В результате кроссинговера на стадии профазы I и случайного отхождения хромосом и хроматид к одному или другому полюсу клетки в анафазе I и II происходит перераспределение генетического материала. Это приводит к комбинативной изменчивости видов.

В каждую гаплоидную клетку попадает по одной хромосоме из каждой пары хромосом материнской клетке. Затем в процессе оплодотворения организм восстановит диплоидность. При половом размножении это очень важно для сохранения постоянства числа хромосом.

Оплодотворением называют процесс слияния женской половой клетки (яйцеклетки) и мужской половой клетки (сперматозоида). В результате образуется зигота.

Оплодотворение активирует яйцо, оно переходит от состояния покоя к развитию — начинается деление зиготы. Зигота является диплоидной, так как она образовалась в результате слияния двух гаплоидных ядер. Из зиготы формируется диплоидный организм, который обладает новыми комбинациями признаков.

Различают наружное и внутреннее оплодотворение, характерное для животных, а также двойное оплодотворение у растений.

Наружное оплодотворение животных происходит, когда мужские и женские половые клетки попадают во внешнюю среду, где происходит их слияние. Данный тип оплодотворения характерен для амфибий, рыб, многих беспозвоночных. При таком типе размножения выделяется большое количество гамет, потому что велика вероятность их гибели от неблагоприятных условий среды.

Внутреннее оплодотворение характерно для сухопутных животных: круглых червей, пауков, насекомых, рептилий, птиц, млекопитающих. При этом типе оплодотворения сперматозоиды вводятся непосредственно в половые пути самки. Мужские особи для этого имеют специальные совокупительные органы.

Двойное оплодотворение характерно только для цветковых растений. Его открыл русский цитолог и эмбриолог Сергей Гаврилович Навашин в 1898 г.

После переноса пыльцы из пыльников на рыльце пестика, пылинка начинает прорастать. Вегетативная клетка помогает сформировать пыльцевую трубку, по которой движется генеративная клетка. Эта генеративная клетка впоследствии даст начало двум спермиям — мужским гаметам. Спермий не может активно передвигаться, у него отсутствуют жгутики.

В зародышевый мешок в области пыльцевхода врастает пыльцевая трубка, кончик которой разрывается, и спермии попадают внутрь зародышевого мешка. Один спермий сливается с яйцеклеткой, так происходит оплодотворение и образуется зигота. Другой сливается с центральным ядром и формирует триплоидное ядро центральной клетки.

Следовательно, в оплодотворении участвуют два спермия, поэтому оно и получило свое название — двойное оплодотворение.

Из оплодотворенной яйцеклетки развивается зародыш, а из центральной клетки — вторичный эндосперм семени, который содержит питательные вещества.

Покровы семязачатка закладывают кожуру семени, стенки завязи — околоплодник. Благодаря двойному оплодотворению зародыш цветкового растения получает запас питательных веществ, которые расходует при прорастании. Околоплодник выполняет защитную функцию семени, а также содействует их распространению.