Сперматозоїд завжди набагато менше яйцеклітини
Розмноження та індивідуальний розвиток організмів
Сперматозоїд завжди набагато менше яйцеклітини. Типову для багатьох тварин форму мають сперматозоїди ссавців, які складаються з трьох відділів: головки, шийки та хвостика. У головці розташовується ядро, крім нього, на передньому кінці міститься невелика ділянка ущільненої цитоплазми, за допомогою якої сперматозоїд проникає в яйцеклітину. Шийка - звужена частина за головкою - містить центріоль і переходить в тонку подовжену цитоплазматичну нитку - хвостик. Хвостик подібний зі джгутиком джгутиконосця або вією інфузорії. Завдяки його руху сперматозоїди активно пересуваються.
Розвиток статевих клітин
Як сім'яник, в якому утворюються сперматозоїди, так і яєчник, в якому формуються яйцеклітини, можна уявити у вигляді трубки, всередині якої і протікає весь процес утворення статевих клітин. На самому початку трубки знаходяться первинні статеві клітини, які діляться звичайним мітозом, завдяки чому кількість їх постійно зростає. Ця ділянка статевої залози називається зоною розмноження. Переходячи в наступну зону, клітини починають рости, утворюючи зону зростання. Процес зростання різкіше виражений під час утворення жіночих статевих клітин — овогенезу («овум» — яйце, «генезис» — розвиток, лат.). Менш виражений період зростання при утворенні чоловічих статевих клітин – сперматогенезі.
Під час зростання, крім збільшення маси цитоплазми, відбувається збільшення розмірів ядра. Клітини, що виросли (при сперматогенезі) називаються сперматоцитами 1-го порядку, вони вступають у період дозрівання і переходять в зону дозрівання.
Під час цього процесу сперматоцити поділяються двічі, тобто з одного сперматоцита утворюється чотири клітини. Кожна з них далі перетворюється насперматозоїд.
При овогенезі період зростання зазвичай триває довше, ніж при сперматогенезі, клітина, що перейшла в зону росту, називається овоцитом 1-го порядку. За час зростання вона збільшується у сотні, а іноді й тисячі разів за рахунок накопичення запасних поживних речовин. Наприклад, з овоциту діаметром 20-30 мкм в результаті зростання утворюється яйцеклітина жаби діаметром 3-4 мм.
Вирощені овоцити приступають до дозрівання, яке складається з двох поділів (як і при сперматогенезі), але зовні ці поділи протікають інакше. При розподілі овоцит 1-го порядку відокремлює невелику клітину (напрямне тільце), і залишається велика клітина. Потім проходить другий поділ, при якому виділяється наступне направне тільце і утворюється велика, вже зріла яйцеклітина. Поки відбувається другий поділ, перше направне тільце встигає розділитися, і всього з овоциту утворюються чотири клітини: три дрібні і одна велика - яйцеклітина, яка зберігає весь накопичений під час зростання жовток, необхідний розвитку зародка.
Дозрівання статевих клітин (мейоз). Число хромосом для клітин кожного виду рослин чи тварин постійно. Ця сталість у всіх клітинах підтримується завдяки мітозу, якому передує подвоєння хромосом. Як підтримується сталість числа хромосом при статевому розмноженні, коли новий організм виникає зі злиття двох статевих клітин? Дозрілі статеві клітини містять лише половинне (гаплоїдне) число хромосом, а відповідно і половинну кількість ДНК- У таблиці наведено два приклади, що ілюструють співвідношення числа хромосом і кількості ДНК у соматичних та статевих клітинах кішки та кролика.
Вид тварини
Кількість хромосом
Кількість ДНК. 10-12 р.
у соматичних клітинах (диплоїдна)
у статевих клітинах (гаплоїдна)
у диплоїдному ядрі соматичних клітин
у гаплоїдному ядрі статевих клітин
Кішка
6,4 - 6,8
Кролик
Зменшення числа хромосом удвічі відбувається у процесі дозрівання статевих клітин. Зовні процес дозрівання і двох наступних поділів: першого і другого. При цьому з одного сперматоциту утворюються чотири клітини і кожна з них перетворюється на сперматозоїд. В овогенезі з овоциту утворюється лише одна яйцеклітина і три направних тільця, тобто теж чотири клітини. Зменшення числа хромосом відбувається в процесі мейозу і визначається тим, що з кожної пари гомологічних хромосом залишається в зрілій клітині тільки одна. Підготовка до мейозу, особливо при утворенні яйцеклітин, починається задовго до того, як настане перший поділ дозрівання. Починається мейоз із синтезу ДНК та відповідного подвоєння кількості хромосом, що протікає так само, як і при мітозі. Далі хромосоми в профазі мейозу коротшають, стають добре помітними, кожна з них виявляється подвоєною, але вони не розходяться, залишаючись з'єднаними, і поводяться як єдине ціле (2).
Слідом за подвоєнням хромосом відбувається їх кон'югація, яка полягає в тому, що парні гомологічні і хромосоми, що вже подвоїлися, тісно зближуються і тимчасово з'єднуються. Кон'югація відбувається по всій довжині хромосом - від одного кінця до іншого. При цьому вони скручуються і створюється враження, що кількість хромосом зменшилася вдвічі (3). Важливо наголосити, що тимчасове об'єднання в пари (кон'югація) хромосом відбувається завжди лише між гомологічними (парними) хромосомами. Після кон'югації хромосоми розходяться, але подекуди вони з'єднуються настільки щільно, що при розбіжності відбуваютьсярозриви у поперечному напрямку та взаємний обмін ділянками. Цей процес має значення для розуміння деяких закономірностей успадкування ознак, що буде докладно розглянуто у розділі IX.
Після закінчення кон'югації хромосоми розходяться і настає метафаза першого поділу дозрівання, зовні подібна до метафази мітозу, але розбіжність хромосом відбувається інакше, ніж при мітозу (4). Під час анафази мейозу до протилежних полюсів розходяться гомологічні хромосоми, що вже подвоїлися. Таким чином, з кожної пари гомологічних хромосом у дочірню клітину потрапляє лише одна (5). Якщо врахувати, що кожна пара гомологічних хромосом (на схемі однакової величини) складається з однієї батьківської, а інший материнської, які позначені на схемі різними кольорами, стане ясно, що після поділу в сперматоцит потрапляє або батьківська, або материнська хромосома.
Після першим настає друге розподіл дозрівання. Тепер уже розподілу не передує синтез ДНК (6). Всі хромосоми подвійні, вони розташовуються в метафазі, як і при мітозі, а в анафазі розходяться до протилежних полюсів і в обох дочірніх клітинах (сперматидах) виявляється однаковий набір хромосом. Отже, перед початком мейозу відбувається лише одне подвоєння хромосом, за яким слідує два поділи дозрівання, внаслідок чого кількість хромосом зменшується вдвічі. Однак головна відмінність мейозу від мітозу полягає не тільки в цьому. Подвоєні хромосоми кон'югують і обмінюються окремими ділянками. При мітозі хромосоми подвоюються і рівномірно розподіляються між дочірніми клітинами. При редукційному розподілі хромосоми з кожної гомологічної пари потрапляють до різних дочірніх клітин.