Содержание
Гаметогенез (греч. gamete– жена, gametes – муж + genesis – зарождение)
Гаметогенезом называют процесс образования половых клеток (гамет). Этот процесс происходит у мужских и женских особей в гонадах (половых железах), представленных семенниками (яичками) и яичниками.
Гаметы (n) образуются в результате мейоза из клеток-предшественников (2n, как у соматических клеток). Половые клетки гаплоидны, то есть имеют в два раза меньшее число хромосом, чем клетки-предшественники. Мужская (n) и женская (n) гаметы, сливаясь друг с другом в процессе оплодотворения, образуют зиготу (2n).
Таким образом, за счет гаплоидности гамет (в результате мейоза) поддерживается постоянное количество хромосом в ряду поколений, не происходит их удвоения.
Процессы сперматогенеза и овогенеза (оогенеза) требуют нашего более детального изучения.
Сперматогенез (греч. sperma – семя + genesis – зарождение)
Сперматогенезом называют процесс формирования мужских гамет (половых клеток) – сперматозоидов. Он начинается в период полового созревания (под влиянием мужских половых гормонов) и длится практически до конца жизни. Сперматогенез складывается из четырех фаз (периодов):
-
Фаза размножения
В ходе фазы размножения диплоидные сперматогенные клетки (2n2c) многократно делятся митозом, в результате образуются сперматогонии (2n2c) – стволовые клетки. Часть сперматогоний вступает в последующее митотическое деление, образуя такие же сперматогонии (2n2c).
В этот период клетка растет, увеличивается количество органоидов и цитоплазмы. Происходит подготовка к мейозу, который начинается в следующей фазе – созревания.
На фазу роста приходится S-период: происходит удвоение ДНК, в результате чего набор хромосом клетки становится (2n4c). Такие клетки называют сперматоцитами I порядка.
Происходит первое деление мейоза (мейоз I). В результате из сперматоцитов I порядка (2n4c) образуются сперматоциты II порядка (n2c). Между мейозом I и мейозом II практически отсутствует интерфаза, поэтому сперматоциты II порядка (n2c) сразу же вступают в мейоз II, в результате которого образуются сперматиды (nc).
Итак, в фазу созревания происходят первое и второе деления мейоза, которые приводят к тому, что образовавшаяся клетка – сперматида – имеет гаплоидный набор хромосом (nc).
В этой фазе у каждой сперматиды отрастает жгутик, после чего они получают полное право называться сперматозоидами. У основания жгутика концентрируются митохондрии – "энергетические станции клетки", которые всегда будут готовы предоставить АТФ для его активной работы.
Овогенез, или оогенез (греч. ōón — яйцо + genesis – зарождение)
Овогенезом называют процесс формирования женских гамет (половых клеток) – яйцеклеток. Он активируется в женском организме в период полового созревания (под действием женских половых гормонов) и длится до менопаузы (45-55 лет).
Овогенез протекает по очень похожей со сперматогенезом схеме, однако вы увидите некоторые отличия. Например, фаза формирования, характерная для сперматогенеза, здесь отсутствует, поэтому овогенез складывается из трех фаз:
-
Фаза размножения
В результате многократных делений клеток яичника образуются стволовые клетки – овогонии (2n2c).
В овогенезе эта фаза отличается более длительной продолжительностью, по сравнению с такой же фазой в сперматогенезе. Клетки накапливают большой запас питательных веществ. В этот период происходит удвоение ДНК в S-периоде – образуются овоциты I порядка (2n4c).
Овоциты I порядка (2n4c) вступают в первое деление мейоза, в результате которого образуются овоциты II порядка (n2c) и первое полярное (направительное) тельце, которое не несет большой функциональной значимости и подвергается дегенерации.
Второе деление мейоза начинается только после взаимодействия овоцита II порядка (n2c) со сперматозоидом. В результате этого образуется яйцеклетка (nc) и второе полярное тельце, которое также подвергается дегенерации.
Строго говоря, при овуляции из яичников выходит не "яйцеклетка", а овоцит II порядка, который ждет встречи со сперматозоидом для продолжения деления и развития будущего зародыша. Если такого взаимодействия не происходит, то яйцеклетка подвергается дегенерации.
Оплодотворение
Оплодотворение – ключевой процесс полового размножения, обусловленный слиянием сперматозоида и яйцеклетки. После оплодотворения в результате ряда стадий образуется эмбрион.
Сперматозоид (nc) обладает положительным химическим таксисом к яйцеклетке (nc). При внутреннем оплодотворении семенная жидкость со сперматозоидами вводится в женские половым пути. При внешнем – сперматозоид сливается с яйцеклеткой вне половых путей самки.
Внешнее оплодотворение характерно для рыб, земноводных, моллюсков. Внутреннее – для пресмыкающихся, птиц и млекопитающих.
©Беллевич Юрий Сергеевич
Данная статья является интеллектуальной собственностью Беллевича Юрия Сергеевича. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Содержание
Размножение, или самовоспроизведение, является одной из важнейших характеристик природы и присуще живым организмам. Передача генетического материала от родителей к следующему поколению в процессе размножения обеспечивает непрерывность существования рода. Процесс размножения у человека начинается с момента проникновения мужской половой клетки в женскую половую клетку.
Размножение, или самовоспроизведение, является одной из важнейших характеристик природы и присуще живым организмам. Передача генетического материала от родителей к следующему поколению в процессе размножения обеспечивает непрерывность существования рода. Процесс размножения у человека начинается с момента проникновения мужской половой клетки в женскую половую клетку.
Гаметогенез – это последовательный процесс, который обеспечивает размножение, рост и созревание половых клеток в мужском организме (сперматогенез) и женском (овогенез).
Гаметогенез протекает в половых железах – сперматогенез в семенниках у мужчин, а овогенез в яичниках у женщин. В результате гаметогенеза в организме женщины образуются женские половые клетки – яйцеклетки, а у мужчин – мужские половые клетки сперматозоиды.
Именно процесс гаметогенез (сперматогенез, овогенез) дает возможность мужчине и женщине возможность воспроизведения потомства.
Характеристика овогенеза и сперматогенеза
Гаметогенез имеет несколько стадий. Сходство сперматогенеза и овогенеза как раз и заключается в том, что три стадии у них одинаковы.
1. Стадия размножения. Первичные клетки на этой стадии называются сперматогониями и овогониями, из них в последующем образуются мужские и женские половые клетки. Половые клетки несколько раз делятся путем митоза, и количество их значительно возрастает. Сперматогонии размножаются у мужчины в течение всего репродуктивного периода, а размножение овогоний происходит в эмбриональном периоде и наиболее интенсивно происходит во 2 – 5 месяц внутриутробного развития.
2. Стадия роста. В этот период клетки значительно увеличиваются в размерах. Сперматогонии и овогонии превращаются в сперматоциты и овоциты I порядка. Овоциты I порядка достигают больших размеров, поскольку накапливают питательные вещества.
3. Стадия созревания. На этой стадии происходят два следующих друг за другом деления – мейоз I и мейоз II. После первого деления образуются сперматоциты и овоциты II порядка, а после второго деления – сперматиды и зрелые яйцеклетки с тремя полярными тельцами, которые в процессе размножения не участвуют и погибают. При созревании один сперматоцит I порядка дает четыре сперматиды, а один овоцит I порядка образует одну яйцеклетку и три полярных тельца.
Эти особенности сперматогенеза и овогенеза имеют биологический смысл, который связан с разным назначением мужских и женских гамет. Неравномерное деление клеток при овогенезе (меньше) обеспечивает формирование крупной яйцеклетки, в ней накапливается большее количество питательных веществ, так как из оплодотворенного яйца будет развиваться новый организм.
При сравнительной характеристике овогенеза и сперматогенеза можно заметить, что сперматозоидов образуется значительно больше, и это также имеет биологический смысл.
Яйцеклетку достигает только один сперматозоид, проникает в нее и доставляет свой набор хромосом. Остальные же в процессе поиска яйцеклетки массово погибают.
При сравнении овогенеза и сперматогенеза становится понятным, почему сперматозоидам нет необходимости в запасании питательных веществ – их существование кратковременно, а подвижность должна быть высокой.
4. Стадия формирования. Она характерна только для сперматогенеза. Незрелая сперматида превращается в сперматозоид, приобретая свойственный ему вид. Образование сперматозоидов у мужчин начинается только в период полового созревания и происходит в течение всего года. Период развития сперматогоний в зрелые сперматозоиды составляет 74 дня.
Схема овогенеза и сперматогенеза
Краткую, обобщенную характеристику овогенеза и сперматогенеза представляет следующая таблица сперматогенеза и овогенеза:
Зарождение новой жизни начинается со слияния мужской и женской половых клеток, но прежде им необходимо созреть – пройти сперматогенез и овогенез. Эти процессы необходимы для выполнения главной функции всех живых существ – размножения. Нарушения на каком-либо этапе созревания приводят к трудностям с зачатием и бесплодию, а значит, к невозможности воспроизведения потомства. Сравнительная характеристика овогенеза и сперматогенеза позволяет выявить их особенности и узнать, чем они похожи, а чем различаются.
Как это происходит
Гаметогенезом называется процесс образования и созревания половых клеток. Их формирование и развитие у человека проходит в гонадах – специальных половых железах. В семенниках происходит созревание мужских половых клеток (сперматогенез), овогенез или оогенез (образование женской гаметы) – в яичниках.
Это последовательное прохождение нескольких стадий, лишь по окончании которых возможно оплодотворение и зарождение нового организма. При сравнении сперматогенеза и овогенеза заметны существенные отличия друг от друга.
Схема овогенеза и сперматогенеза отражает 3 стадии развития, характерные для мужских и женских гамет.
Различия сперматогенеза и овогенеза наблюдаются в любой из этих фаз, тем не менее, они считаются общими. Выясним, в чем сходства и отличия в развитии сперматозоидов и яйцеклеток на каждой стадии.
Размножение (деление)
Процесс размножения начинается с митоза ганоцитов – деления спермагоний (у мужчин) и овогоний (у женщин). Они являются основой для зарождения гамет.
Выработка ганоцитов закладывается в период внутриутробного развития эмбриона, но спермагонии образуются и делятся непрерывно в течение всего репродуктивного периода, а выработка овоцитов (ооцитов) у девочек заканчивается с рождением. Это является их основным отличием. Активное деление овогоний происходит на 2-5 месяце развития плода. К моменту рождения яичники девочки содержат около 350 тысяч ооцитов. На этапе размножения все половые клетки содержат по 23 пары хромосом.
Из сперматогоний и овогоний в процессе мейоза I формируются сперматоциты и ооциты 1-го порядка. И здесь их развитие до подросткового периода приостанавливается.
В процессе мейоза I уже заметны отличия между мужскими и женскими клетками.
Отличия сперматоцитов от ооцитов заметны при сравнении их размера и структуры. Женские клетки уже на этой стадии развития крупнее мужских, поскольку в них начинается накопление веществ, необходимых для полноценного развития эмбриона на конечном этапе. Сперматоцитам же – предшественникам сперматозоидов – важна большая подвижность, чтобы успеть оплодотворить яйцеклетку и доставить в нее генетический материал, поэтому лишний запас им ни к чему. Отличия наблюдаются в цитоплазме и ядре: внутриклеточный материал в овоцитах распределяется неравномерно.
В этой фазе каждый ооцит и сперматоцит диплоидны: они содержат 46 хромосом, поскольку после первого мейоза в дочерних клетках происходит удвоение хромосом.
Созревание
На третьем этапе диплоидные ооциты и сперматоциты в результате мейоза II делятся еще раз. В результате этого деления получаются гаплоидные сперматоциты и ооциты 2-го порядка, которые содержат только 23 хромосомы. Почти сразу же они делятся снова.
На этой стадии отличие сперматогенеза от овогенеза в том, что из одного сперматоцита образуется 4 сперматиды, тогда как из овоцита 2-го порядка при делении получается только одна зрелая яйцеклетка с большим запасом питательных веществ.
Еще 3 клетки, называемые полярными тельцами, после деления имеют незначительное количество цитоплазмы, поэтому неполноценны и быстро деградируют.
Эти особенности сперматогенеза и овогенеза связаны с различным предназначением мужских и женских гамет: яйцеклетке необходимы полезные вещества, ведь в ней будет зарождаться новая жизнь в случае оплодотворения. Сперматозоид же почти сразу после выполнения своей функции погибает.
Сперматиды, получившиеся в процессе деления сперматоцита 1-го порядка, имеют 23 хромосомы с различным набором. Половина из них содержит только Х-хромосому (формирующую женский генотип), другая половина – Y-хромосому (необходимую для формирования особей мужского пола). Яйцеклетка содержит только 23 Х-хромосомы.
Половина сперматозоидов содержит Х-хромосому другая половина – Y-хромосому.
В отличие от созревания сперматозоида, оогенез заканчивается на третьей стадии. По времени ее начало совпадает с началом первой менструации у девочек и продолжается ежемесячно до окончания периода менопаузы у женщин.
Формирование
В гаметогенезе мужских половых клеток присутствует еще и четвертая стадия – формирование (спермиогенез), на которой происходит ОБРАЗОВАНИЕ жгутиков у сперматидов, необходимых для передвижения, и они приобретают свойственный им вид. Также на этом этапе в головке каждой сперматиды появляется акросома – пузырек с комплексом ферментов, которые растворяют оболочку яйцеклетки для успешного ее оплодотворения. Время, за которое происходит полное развитие сперматогоний и формирование их в сперматозоиды, составляет около 75 дней.
Гормональная регуляция гаметогенеза
Заключительная стадия формирования сперматозоидов и яйцеклетки начинается в пубертатный период у подростков, когда в эндокринных железах происходят выработка и выброс в кровь половых гормонов. Под их действием замершие до этого времени в стадии роста сперматоциты и овоциты 1-го порядка вновь приступают к делению.
Гормоном, который регулирует продуцирование сперматозоидов, является тестостерон. Его дефицит сказывается на фертильной функции (способности к оплодотворению и зачатию).
Женские гормоны (эстроген, прогестерон, эстрадиол, пролактин) вырабатываются яичниками и необходимы для правильного развития яйцеклетки и для подготовки к вынашиванию плода. Недостаточная выработка гормонов приводит к бесплодию.
Поведение половых клеток после гаметогенеза
Отличия сперматогенеза от овогенеза наблюдаются вплоть до выхода созревших гамет с целью оплодотворения. После формирования сперматозоиды продвигаются в семявыводящие пути, соединяясь с секретом предстательной железы, обеспечивающей им жизнеспособность и хорошую подвижность. При каждой эякуляции у мужчины сперматозоиды готовы к оплодотворению.
Сперматозоиды готовык оплодотворению при каждой эякулиции.
Процесс выхода женской гаметы в яйцевод (овуляция) не зависит от внешних факторов. Он основан на индивидуальных внутренних циклах каждой женщины, которые повторяются каждые 25-30 дней. Паузы в этом процессе возникают в период беременности и кормления ребенка грудью.
Еще одно различие наблюдается и в количестве половых клеток, которые образуются в течение жизни. Если в норме в гонадах мужчины ежедневно производится до 25-30 млн сперматозоидов, то у женщин в яичниках созревает около 400 яйцеклеток за весь репродуктивный период. Это связано с более сложным их формированием: после каждого деления ооцитов они покрываются оболочкой с жидкостью внутри – фолликулом, из которого выходит яйцеклетка после овуляции.
Отличие овогенеза от сперматогенеза еще и в том, что число погибших сперматозоидов ежедневно компенсируется образованием новых, а овариальный резерв у женщин ограничен.
Нередко уже к 35-40 годам данный при рождении запас овогоний, способных к зачатию нового организма, заканчивается. Для женщины наступает период климакса и бесплодия.
Анализ гаметогенеза
Сравнивая развитие сперматозоидов и яйцеклетки на каждом этапе, а также влияние гормонов, можно заметить существенные различия, которых намного больше, чем сходств.
Кратко овогенез и сперматогенез можно охарактеризовать в таблице, которая позволит наглядно понять – как это происходит и чем разнятся эти факторы.