Половое размножение

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего образования

Иркутский государственный аграрный университет им. А.А. Ежевского

Факультет охотоведения

Кафедра биоэкологии и охотоведения

Контрольная работа по дисциплине

«Биология размножения и развития»

Выполнила:

Студентка 3-го курса, заочного отделения ИУПР - факультета охотоведения имени В.Н. Скалона

Щедрова Наталья Владимировна

Иркутск, 2020

Содержание

1. Половое размножение. Строение и функции мужских и женских гамет. Развитие половых клеток

2. Деление клеток - основа размножения и роста организмов. Роль ядра и хромосом в делении клеток. Митоз и его значение

3. Мейоз, его значение, отличие от митоза. Набор хромосом в гаметах и соматических клетках

Список литературы

1. Половое размножение. Строение и функции мужских и женских гамет. Развитие половых клеток

Самовоспроизведение присуще живому на всех уровнях организации: размножаются неклеточные структуры (вирусы, митохондрии, хромосомы), клетки (деление) и многоклеточные организмы.

В процессе исторического развития по мере усложнения организации живых существ изменялся и способ их размножения. Наиболее древним является бесполый путь, то есть размножение путем прямого обособления от родительской формы (вегетативное размножение, или апогамия). Так размножаются неклеточные организмы и некоторые низкоорганизованные многоклеточные животные.

В процессе эволюции животных происходит специализация клеток и тканей, которые начинают выполнять немногие или одну функцию, но весьма совершенно.

Как результат такой специализации следует рассматривать и появление клеток, специально служащих для размножения. Эти клетки называют половыми, т.е. гаметами. Вначале гаметы могли давать новые особи без предварительного взаимодействия друг с другом. Доказательство этому -- случаи партеногенеза (развитие особей из неоплодотворенных яйцеклеток) у некоторых современных организмов.

Позже появились организмы, у которых развитие новой особи стало возможным лишь после взаимодействия половых клеток друг с другом -- половое размножение. Сначала, очевидно, родительские особи и их половые клетки почти не отличались одна от другой, как это и сейчас отмечают у многих низших растений и у некоторых животных. Эти организмы называют моногамными. Однако по мере эволюции происходила дифференциация гамет на мужские и женские. Такие организмы называют полигамными. У них одни гаметы обычно неподвижные, более крупные и содержат большое количество питательного материала, это -- женские половые клетки или яйцеклетки; другие гаметы мельче, не обременены запасным питательным материалом и обладают подвижностью -- это мужские половые клетки, или спермии. У высокоорганизованных животных только в результате слияния яйцеклетки и спермиев возникает новый организм.

Развитие половых клеток в онтогенезе животных также совершается постепенно. Вначале клетки зародыша мало специализированы и почти не отличаются друг от друга ни по строению, ни по функции (каждая из них при разобщении у некоторых животных может даже дать начало целому организму со всем многообразием его клеток). При каждом новом делении возникают все более и более разнокачественные клетки, которые приспособляются к выполнению лишь определенных функций, то есть происходит дифференцировка. Половые клетки есть тоже следствие этой дифференцировки. Их функцией является воспроизведение новых особей. Из мезодермы и окружающей мезенхимы возникают зачатки половой железы, в которых развиваются первичные половые клетки. Половые железы самца называются семенниками, а самки - яичниками. В раннем периоде развития семенника и яичника имеются черты общности, а в последующем появляются различия. Размножение высших многоклеточных слагается из развития половых клеток (гаметогенеза), процесса оплодотворения и последующего развития, завершающегося появлением молодых особей со всеми чертами, присущими данному виду животного.

Известно, что каждый спермий содержит гаплоидное ядро, двигательную систему, обеспечивающую перемещение ядра, и мешок, заполненный ферментами, необходимыми для проникновения ядра в яйцо. Большая часть цитоплазмы спермия элиминируется при его созревании, и сохраняются только некоторые органеллы, видоизменённые для выполнения спермием своей функции (рис. 1.).

В период созревания спермия его гаплоидное ядро приобретает обтекаемую форму, а ДНК сильно уплотняется. Впереди от такого ядра лежит акросомный пузырёк, произошедший из аппарата Гольджи и содержащий ферменты, которые переваривают белки и полисахариды. Таким образом, его можно рассматривать как изменённую лизосому. Запас ферментов в акросомном пузырьке служит для проникновения спермия через наружные покровы яйца. У многих видов, например у морских ежей, между ядром и акросомным пузырьком имеется область, содержащая глобулярный актин. На ранних стадиях оплодотворения этот актин используется для образования пальцеобразного выроста. У таких видов молекулы на поверхности акросомного выроста участвуют в узнавании спермием и яйцом друг друга. Акросома и ядро вместе образуют головку спермия.

По форме головки спермия разных животных также отличаются друг от друга. Длина спермия (по данным Г. А. Шмидта) быка 65 мкм, у жеребца -- 55--60, у козла -- 55, у кота -- 60, у собаки-- 66, у морской свинки -- 100 мкм.

По мере формирования спермии постепенно выходят из стенки канальца, причем в просвет канальца свешиваются хвостики, в то время как головки находятся еще в стенке канальца. Затем освобождаются головки, и спермии оказываются свободно лежащими в просвете канальца. Вскоре после этого спермии приобретают способность к активному перемещению. У асимметричных спермиев поступательное движение осуществляется благодаря сочетанию змееобразного движения хвоста с вращением вокруг собственной оси. Траектория их движения имеет форму спирали. Двигаются спермии со скоростью около 2 мм в секунду.

В придатке семенника спермии приобретают липопротеиновый покров, который придает им одноименный заряд, предохраняющий от слипания, и делает их более устойчивыми.

У большинства сельскохозяйственных животных сперматогенез совершается непрерывно в течение всего года, периодически ослабляясь или усиливаясь. У верблюда и оленя он происходит лишь в определенные сезоны года.

Рис. 1. Строение спермия.

Строение зрелой яйцеклетки (рис. 2) типично для клеток вообще, то есть она состоит из цитоплазмы, ядра и оболочки. В цитоплазме находятся все органеллы, кроме центросомы. Из включений большое значение имеет желток, который служит питательным материалом для развивающегося организма. В зависимости от количества и характера распределения желтка в цитоплазме у сельскохозяйственных животных различают два основных типа яйцеклеток: изолецитальные и телолецитальные. Изолецитальные (isos -- равно и lekithos -- желток) яйцеклетки вместе с тем являются олиголецитальными (oligos -- мало). В таких клетках мало желтка, и он распределен равномерно в цитоплазме. Телолецитальные яйцеклетки имеют среднее или большое количество желтка, главная масса которого помещается у одного из полюсов, клетки. Этот полюс получил название вегетативного, тогда как противоположный ему полюс, где происходит развитие зародыша, называют анимальным (animal -- животное). Количество желтка отражается на размере яйцеклетки. Так, если изолецитальные яйцеклетки млекопитающих микроскопически малы, то телолецитальные яйцеклетки (например, лягушки и особенно птиц -- желток) хорошо видны невооруженным глазом.

Яйцеклетка окружена несколькими оболочками. Первичной является свойственная всем клеткам плазмалемма и желточная оболочка, которая становится хорошо видной после оплодотворения. Обе они есть продукт деятельности самой половой клетки. Вторичная оболочка вырабатывается фолликулярными клетками. Ею является прозрачная, или блестящая, зона (zona pellueida) ооцита. Она пронизана порами, через которые отростки фолликулярных клеток входят в цитоплазму ооцита. По этим отросткам в яйцеклетку поступают питательные вещества. Третичные оболочки образуются железами яйцевода. Это скорлупа, подскорлуповая оболочка, белок яиц у птиц и студенистая оболочка яиц амфибий. У млекопитающих снаружи от блестящей зоны лежат фолликулярные клетки. Ближайшие к яйцеклетке фолликулярные клетки расположены радиально, за что этот слой получил название лучистого венца. За ним размещается несколько рядов полигональных фолликулярных клеток, образующих зернистую зону.

Рис. 2. Вид яйцеклетки: А - кобылы (но Г.В. Паршутину) и Б - свиньи (по А. В. Квасницкому; 1 - клепси лучистого венца и клетки зернистой зоны, 2 - прозрачной или блестящая оболочка; 3 - превителлиновое пространство; 4 - цитоплазма с желточными зернами; 5 - ядро.

По данным Г.В. Паршутина, в яйцеклетке лошади прозрачная зона имеет толщину, равную 10 мкм, а лучистый венец состоит из семи слоев удлиненных клеток и равен 50 мкм. Форма яйцеклеток обычно шарообразная, но встречается овальная, а также веретеновидная. Размер яйцеклеток без оболочек у различных животных сильно варьирует (табл. 1).

Таблица 1 Размер яйцеклеток различных животных (по Г.А. Шмидту, А.В. Квасницкому)

У всех без исключения животных размер яйцеклетки во много раз превышает размер спермиев. Так, у свиньи она в 15--20 тыс. раз крупнее спермия. Различие размеров половых клеток имеет глубокий биологический смысл. Не обремененный большим количеством вещества спермий подвижен, благодаря чему обеспечивается встреча его с яйцеклеткой и оплодотворение. Крупная яйцеклетка неподвижна, но содержит большое количество пластического материала, за счет которого начинает свое развитие зародыш.

2. Деление клеток - основа размножения и роста организмов. Роль ядра и хромосом в делении клеток. Митоз и его значение

Увеличение числа клеток происходит в результате их деления. Различают три способа деления клеток: амитоз (прямое деление), митоз (непрямое деление) и мейоз.

Жизнь клетки от одного деления до другого, включая само деление, составляет митотический, или клеточный, цикл. После окончания деления клетка вступает в интерфазу, которая длится до начала следующего деления и включает три периода.

Пресинтетический период. В этом периоде через синтез белков реализуется наследственная информация. Количество и состав белков определяются хромосомной ДНК. Белки-ферменты направляют все процессы в клетке.

Синтетический период. В ядре идет синтез ДНК. Число молекул ДНК в каждой хромосоме удваивается, при этом число хромосом в ядре не изменяется. Удваиваются центриоли клеточного центра.

Постсинтетический период. Продолжается синтез белков и накопление энергии. Заканчивается подготовка к делению, которым и завершается интерфаза митотического цикла.

В подавляющем большинстве клеток деление в дальнейшем протекает по типу митоза. За исключением некоторых деталей, он однотипен как в животных, так и в растительных клетках.

Митоз (от греч. «mitos» - нить), или непрямое деление клетки, представляет собой непрерывный процесс, в результате которого происходит точное равномерное распределение наследственного материала, содержащегося в хромосомах, между двумя вновь возникающими клетками. В этом состоит биологическое значение митоза. Митоз состоит из следующих фаз: профазы, метафазы, анафазы и телофазы.

Профаза - самая длительная фаза митоза. Хромосомы спирализуются и утолщаются.

К концу профазы хорошо заметно, что каждая хромосома состоит из двух тесно соприкасающихся друг с другом хроматид. Обе хроматиды соединяются одним общим участком - центромерой, начинают постепенно передвигаться к клеточному экватору. В середине или конце профазы исчезают ядерная оболочка и ядрышки.

Во время метафазы хромосомы становятся двуплечими, своей центромерой они прикрепляются к нити веретена. Все хромосомы располагаются в экваториальной плоскости ядра, свободные их концы направлены к центру ядра. Наступает период анафазы. Вслед за делением центромер начинается расхождение хроматид, ставших теперь отдельными дочерними или сестринскими хромосомами, к противоположным полюсам. Так как из каждой хромосомы возникли две совершенно одинаковые хроматиды, то в обеих образовавшихся дочерних клетках будет одинаковое число хромосом, равное диплоидному числу исходной материнской клетки. Анафаза заканчивается сближением хромосом у полюсов. В конце анафазы начинается раскручивание (деспирализация) хромонемных нитей, и хромосомы, отошедшие к полюсам, в это время менее четко видимы. Телофаза - последняя фаза митоза. В этой фазе продолжается деспирализация хромосомных нитей, и хромосомы постепенно становятся более тонкими и длинными, приближаясь к тому состоянию, в котором они были в профазе. Образуется ядерная оболочка, формируется ядрышко. В это время завершается деление цитоплазмы и возникает клеточная оболочка. Обе новые дочерние клетки вступают в период интерфазы. Весь процесс митоза протекает обычно в течение 1-2 ч. Продолжительность его зависит от вида и возраста клеток, а также от внешних условий, в которых они находятся (температурный и световой режим, влажность воздуха и т. д.).

3. Мейоз, его значение, отличие от митоза. Набор хромосом в гаметах и соматических клетках

Все организмы, размножающиеся половым путем, образуют половые клетки, или гаметы. Этому предшествует особый вид деления клеточного ядра - мейоз (от греч. «meiosis» - уменьшение, редукция). Мейотическое деление впервые было открыто в 1884 г. Оно существенно отличается от митоза.

До начала мейоза в интерфазе удваивается количество ДНК, и каждая хромосома становится двухроматидной.

Мейоз состоит из двух быстро следующих друг за другом делений клетки. Одно из них называется редукционным, или первым мейотическим делением, при котором число хромосом уменьшается в 2 раза; второе - эквационным, или вторым мейотическим делением, протекающим, так же, как и митоз. Каждое из этих делений, как и обычный митоз, состоит из четырех фаз: профазы, метафазы, анафазы и телофазы.

Наиболее сложно протекает профаза первого деления. Она делится на пять последовательных стадий: лептонему, зигонему, пахинему, диплонему и диакинез.

В лептонеме размер ядра увеличивается, хромосомы имеют вид длинных тонких деспирализованных нитей, каждая из которых состоит из двух хроматид. В стадии зигонемы наблюдается так называемая конъюгация хромосом, состоящая в том, что парные (гомологичные) хромосомы сближаются и по своей длине всеми участками соприкасаются друг с другом. В стадии пахинемы конъюгирующие хромосомы образуют сдвоенные пары - биваленты. Каждый бивалент состоит из четырех хроматид. Во время диплонемы хроматиды в спаренных гомологичных хромосомах начинают расходиться. Они состоят из четырех хроматид и поэтому называются тетрадамой. В это время хорошо наблюдается перекрест парных хромосом, во время которого происходит обмен их гомологичными участками (явление кроссинговера). В заключительной стадии профазы первого деления - диакинезе хромосомы благодаря спирализации утолщаются и укорачиваются, разрушается оболочка ядра и наступает вторая стадия первого деления - метафаза, когда биваленты располагаются в плоскости экватора веретена деления. В анафазе биваленты расходятся. К каждому полюсу отходит одна из хромосом каждой пары, следовательно, в каждую из вновь образовавшихся дочерних клеток попадает по одной хромосоме, т. е. происходит редукция (уменьшение) числа хромосом.

Распределение хромосом по дочерним клеткам при редукционном делении случайное: из каждой пары гомологичных хромосом любая может попасть либо в одну, либо в другую клетку.

Сразу же после первого деления и короткой телофазы наступает интерфаза (промежуток времени между концом первого и началом второго деления), которая длится недолго. В нее хромосомы входят уже удвоенными. Удвоение (редупликация) произошло, как указывалось выше, еще перед первым делением. Вслед за этим начинается второе деление мейоза. Оно проходит по типу митоза, повторяя все его фазы.

В результате из двух гаплоидных клеток возникают четыре тоже гаплоидные клетки.

Генетическое значение мейотического деления сводится к трем основным моментам.

1. Мейоз является механизмом, поддерживающим видовое постоянство числа хромосом.

2. Мейоз обеспечивает генетическую разнородность гамет благодаря случайной перекомбинации материнских и отцовских хромосом.

3. Мейоз вызывает образование хромосом нового генетического состава благодаря обмену участками гомологичных (парных) материнских и отцовских хромосом (явлению кроссинговера).

гамета клетка хромосома митоз

Список литературы

1. Глаголев Г.А. и Ипполитова В.И. Анатомия сельскохозяйственных животных с основами гистологии и эмбриологии. Под ред. И.А. Спирюхова и В.Ф. Вракина. Изд. 4-е, перераб. и доп. М., «Колос», 1997.

2. Гилберт С. Биология развития: в 3-х т. Т.1: пер. с англ. - М.: Мир. 1993. - 228 с.

3. Газарян К.Г., Белоусов Л.В. Биология индивидуального развития животных: Учебник для биол. спец. вузов. М.: Высш. Шк., 1983. - 287 с.

4. Белоусов Л.В. Основы общей эмбриологии. - М.: Изд. Моск. Ун-та, 1993. 326 с.

Размещено на Allbest.ru