Рассмотрите рисунки таблицы 9. Чем мейоз отличается от митоза? Какое строение имеют половые клетки у животных? Каков хромосомный набор половых клеток? При образовании каких клеток происходит мейоз у растений?
Кроме митоза и амитоза существует особый тип клеточного деления, при котором происходит уменьшение (редукция) числа хромосом в дочерних клетках по сравнению с материнской. Такое деление называют мейозом. Мейоз (от греч. meiosis - уменьшение) - деление клетки, при котором ее хромосомный набор уменьшается вдвое. В результате мейоза из диплоидной клетки образуются гаплоидные клетки.
Стадии мейоза. Как и митозу, мейозу предшествует интерфаза, продолжительность которой бывает различной в зависимости от вида организма. В интерфазе также происходит редупликация ДНК, в результате чего каждая хромосома состоит из двух молекул ДНК - двухсестринских хроматид. Кроме того, клетка увеличивается в размерах за счет удвоения количества органоидов. Перед началом деления число хромосом диплоидной клетки равно 2n, а количество молекул ДНК - 4с (также как в митозе).
Для мейоза характерны те же стадии, что и для митоза, но процесс состоит из двух последовательных делений - мейоз I и мейоз II (табл. 9). В результате мейоза образуются не две, а четыре клетки с гаплоидным набором хромосом. Однако, в стадиях мейоза I имеются существенные отличия от митоза. Так, в профазе мейоза I гомологичные хромосомы попарно соединяются - конъюгируют. Между одинаковыми генами гомологичных хромосом может происходить обмен - кроссинговер. Например, ген А с одной гомологичной хромосомой меняется с геном а другой гомологичной хромосомы (рис. 60). Это приводит к перекомбинации генов в хромосомах.
Рис. 60. Конъюгация и кроссинговер между гомологичными хромосомами в мейозе
Таблица 9
Мейоз
Окончание табл. 9
Биологический смысл мейоза заключается в уменьшении хромосомного набора и образовании гаплоидных клеток. При половом размножении гаплоидные гаметы сливаются, и вновь восстанавливается диплоидный набор хромосом. Мейоз обеспечивает постоянный набор хромосом у вновь образующихся организмов при половом размножении. Кроме того, в мейозе гомологичные хромосомы расходятся случайным образом, независимо от других пар, а также происходит кроссинговер. Это приводит к возникновению новых сочетаний генов в образующихся клетках.
Образование половых клеток у животных. У животных с диплоидным набором хромосом мейоз происходит при образовании половых клеток - гамет (от греч. gamete - жена, gametes - муж). Поэтому половые клетки, образовавшиеся в результате гаметогенеза, содержат гаплоидный набор хромосом. Гаметогенез протекает в три стадии и заканчивается созреванием гамет (рис. 61).
Рис. 61. Гаметогенез у животных: I — сперматогенез; II — оогенез
На стадии размножения первичные половые клетки с диплоидным набором хромосом делятся митозом, что способствует увеличению их количества. Стадия роста характеризуется интенсивным ростом клетки и запасанием питательных веществ. Он соответствует интерфазе перед мейозом. Стадия созревания - это мейоз, в результате которого формируются и созревают гаметы - половые клетки.
Рис. 62. Сперматозоиды млекопитающих: 1 — схема: 1 — головка; 2 — акросома; 3 - ядро; 4 — шейка; 5 — митохондрии; 6 — центриоли; 7 — хвостик; II — фото со светового микроскопа
Сперматогенез (от греч. sperma - семя) - процесе образования мужских половых клеток - сперматозоидов (рис. 61, I). В результате мейоза из исходной клетки образуются четыре одинаковые гаметы с гаплоидным набором хромосом. Все четыре клетки претерпевают сложную клеточную дифференцировку и превращаются в четыре сперматозоида.
Оогенез (от греч. ооп - яйцо) - процесс образования женских половых клеток - яйцеклеток (рис. 61, II) В отличие от сперматогенеза, деление мейоза в оогенезе происходит неравномерно. В результате его из исходной клетки образуется одна крупная клетка - яйцеклетка, в которой находятся все питательные вещества. Кроме того, образуются еще три мелкие клетки - полярные тельца, в которых имеется только ядро. Они служат для равномерного распределения хромосом в мейозе и потом исчезают.
Строение половых клеток животных. У большинства животных женские и мужские гаметы отличаются друг от друга. Рассмотрим их строение на примере млекопитающих.
Сперматозоиды - это небольшие подвижные клетки, состоящие из головки, шейки и хвостика (рис. 62). В головке находится ядро с гаплоидным набором хромосом. На переднем конце располагается специализированный пузырек - акросома, который является производным аппарата Гольджи. Он содержит специальные ферменты, разрушающие оболочку яйцеклетки. В шейке находятся центриоли и многочисленные митохондрии, обеспечивающие энергией сперматозоид при его движении. Хвостик служит для движения сперматозоида и по строению сходен со жгутиком у одноклеточных. Все образующиеся сперматозоиды имеют одинаковую величину.
Рис. 63. Яйцеклетка млекопитающих: 1 — ядро; 2 — желточные зерна
Яйцеклетка - округлая, крупная, неподвижная клетка, содержащая ядро, все органоиды и много питательных веществ в виде желточных зерен (рис. 63). Яйцеклетка у любого вида животных всегда значительно крупнее, чем его сперматозоиды. Питательные вещества яйцеклетки обеспечивают развитие зародыша на начальной стадии (у рыб, земноводных и млекопитающих) или на всем протяжении всего эмбриогенеза (у пресмыкающихся и птиц).
Рис. 64. Развитие мегаспоры и зародышевого мешка у покрытосеменных растений
Мейоз у растений. У растений мейоз происходит не на стадии образования гамет, а на стадии формирования спор, из которых потом развивается гаплоидный организм или группа клеток. В них в результате митоза формируются гаметы. Рассмотрим развитие спор и гамет на примере покрытосеменных растений.
Взрослое цветковое растение имеет диплоидный набор хромосом. В пестике цветка из спорогенной ткани в результате мейоза образуются четыре гаплоидные споры, причем одна из них крупная - мегаспора и три более мелкие споры (рис. 64). Мелкие споры отмирают, а ядро мегаспоры трижды делится митозом, формируя восьмиядерный зародышевый мешок. В нем развивается одно крупное ядро - яйцеклетка, два ядра - синергиды и три - ядра-антиподы. В центре зародышевого мешка находится центральное ядро, образовавшееся в результате слияния двух гаплоидных ядер.
В тычинках цветка из спорогенной ткани в результате мейоза образуется много мелких гаплоидных микроспор (рис. 65). Каждая микроспора делится митозом и образует вегетативную и генеративную клетку- пыльцевое зерно. При прорастании пыльцевого зерна, попавшего на рыльце пестика цветка в результате опыления, генеративная клетка делится еще раз и дает начало двум мужским гаметам - спермиям.
Рис. 65. Развитие микроспор и пыльцевых зерен у покрытосеменных растений
Мейоз, конъюгация и перекрест (кроссинговер) хромосом, гаметы; гаметогенез: сперматогенез, оогенез; стадии гаметогенеза: размножения, роста, созревания; полярные тельца; сперматозоид, акросома; яйцеклетка; мегаспора, зародышевый мешок; микроспоры, спермии.
1. Какой тип клеточного деления лежит в основе полового размножения? Какие клетки образуются в результате такого деления? 2. Объясните биологический смысл мейоза. 3. Что такое гаметогенез? Какие стадии в нем выделяют? 4. Чем сперматогенез отличается от оогенеза? В чем биологический смысл таких различий? 5. Опишите строение сперматозоида и яйцеклетки млекопитающих. В чем биологический смысл различий в строении половых клеток? 6. В чем особенности развития спор и гамет у покрытосеменных растений? Опишите процессы развития зародышевого мешка и пыльцевого зерна. Сравните между собой митоз и мейоз. Заполните таблицу (в тетради).
Митоз и мейоз
|
Параметры для сравнения |
Митоз |
Мейоз |
|
Число делений Процессы в интерфазе Конъюгация и кроссинговер хромосом Количество дочерних клеток Хромосомный набор дочерних клеток Результат деления |