Підручник з Біології і екології. 10 клас. Шаламов - Нова програма

§ 40. Будова й утворення гамет

Сперматозоїд й яйцеклітина — це високоспеціалізовані клітини, призначені для злиття одна з одною

Розгляньмо особливості будови статевих клітин, що беруть участь у статевому розмноженні людини — яйцеклітин і сперматозоїдів. Чи знаєте ви, що риб’яча ікра та пташині яйця — це також яйцеклітини? А куряче яйце — це одна гігантська яйцеклітина! Яйцеклітини тварин здебільшого являють собою великі округлі клітини, що містять запас поживних речовин для розвитку ембріона. Кількість і характер розподілу запасної речовини — жовтка — може варіювати. Так, яйцеклітина страуса має кілька десятків сантиметрів у діаметрі й містить великий жовток. Яйцеклітина ж людини у діаметрі сягає 100 мкм і не містить жовтка в цитоплазмі (рис. 40.1, А). Дозріла яйцеклітина оточена фолікулярними клітинами. Фолікулярні клітини утворюють навколо яйцеклітини шар, що має гарну назву — радіальна корона. Також поряд зі зрілою яйцеклітиною розташовані полярні тільця — «сестри» яйцеклітини, що утворилися в результаті мейозу, але не отримали достатньо цитоплазми.

Сперматозоїд є високоспеціалізованою статевою клітиною. Його мета — доставити свій генетичний матеріал до яйцеклітини, тому сперматозоїди мають бути рухомими. Зазвичай сперматозоїд має один або кілька джгутиків. При цьому об’єм цитоплазми незначний: майже весь корисний простір усередині клітини займає ядро. Для прикладу розгляньмо будову сперматозоїда людини (рис. 40.1, Б).

Рис. 40.1. Будова яйцеклітини (А) і сперматозоїда (Б) людини

1. Радіальна корона. 2. Оболонка яйцеклітини. 3. Цитоплазма. 4. Ядро. 5. Головка. 6. Шийка, 7. Хвіст (джгутик). 8. Акросома. 9. Мітохондрія.

Сперматозоїд людини є рухомою клітиною. Його рухливість забезпечує джгутик, що становить більшу частину чоловічої гамети і розташований на задньому кінці клітини. В основі джгутика знаходиться велика спіральна мітохондрія, що постачає АТФ моторним білкам джгутика. У цитоплазмі сперматозоїда людини практично немає поживних речовин, тому він вимушений отримувати харчування ззовні. Сперма містить велику кількість фруктози, яка і слугує джерелом енергії для руху сперматозоїда. Передня частина клітини — головка — містить ядро. Перед ядром розташована особлива структура — акросома, що формується з апарата Гольджі. Акросома має вигляд мембранного пухирця, що містить ферменти, здатні розщеплювати білки і полісахариди. У процесі запліднення акросома зливається з плазматичною мембраною сперматозоїда і вивільняє ферменти, які розчиняють щільні покриви яйцеклітини та забезпечують злиття мембран двох гамет.

У живій природі є значне різноманіття сперматозоїдів. Сперматозоїди деяких організмів не мають джгутиків і пересуваються подібно амебі. Така ситуація спостерігається, наприклад, у річкового рака. В інших організмів сперматозоїди мають величезну кількість джгутиків. Так, у голонасінної рослини гінкго сперматозоїд має кілька тисяч джгутиків, розташованих спірально. Водночас у покритонасінних рослин чоловічі гамети позбавлені будь-яких пристосувань для руху — їх називають спермії. Щоб доставити такі спермії до яйцеклітини, пилкове зерно утворює спеціальну структуру — пилкову трубку, крізь яку вони буквально «впорскуються» в зародковий мішок у маточці квітки.

У людини утворення яйцеклітин відбувається періодично в процесі оогенезу

Як ми вже зазначали, у тварин гамети утворюються у процесі мейозу. Процес утворення яйцеклітин має назву оогенез (рис. 40.2, А). Більшість процесів оогенезу в людини відбувається в період ембріонального розвитку. Попередники яйцеклітин — оогонії — оселяються в яєчнику і збільшують свою чисельність шляхом мітотичних поділів. З часом вони втрачають здатність ділитися мітозом і перетворюються на ооцити І порядку. Ооцити вступають у мейоз І, але відразу «застигають» у ньому. У такому стані ооцити продовжують рости, значно збільшуючи об’єм цитоплазми. У новонародженої дівчинки усі статеві клітини представлені ооцитами, що «завмерли» в мейозі І. Лише після статевого дозрівання дія статевих гормонів стимулює ооцити до продовження поділу. При цьому один ооцит завершує поділ, але цей поділ нерівномірний — майже усю цитоплазму отримує лише одна клітина — ооцит II порядку. Інша клітина успадковує лише ядро — її називають перше полярне тільце. Мейоз II відбувається одразу ж після завершення мейозу І.

Рис. 40.2. Оогенез у людини

А. У процесі двох поділів мейозу формується одна яйцеклітина і три полярні тільця. Б. Процеси в яєчнику протягом менструального циклу. Завершення оогенезу і формування яйцеклітини в людини поєднано з овуляцією: яйцеклітина покидає яєчник, натомість фолікулярні клітини залишаються в яєчнику і перетворюються на жовте тіло. Жовте тіло існує певний час і виробляє жіночий гормон — прогестерон. Він запобігає овуляції інших яйцеклітин і забезпечує імплантацію ембріона в епітелій матки. Якщо ж імплантація не відбувається, то через певний час жовте тіло редукується і цикл повторюється з новою яйцеклітиною.

Мейоз II також нерівномірний і призводить до формування яйцеклітини і другого полярного тільця. Полярні тільця не беруть участі в заплідненні1. На цьому процес оогенезу закінчується.

Формування яйцеклітин у людини відбувається періодично і проявляється у вигляді менструальних циклів щомісяця (рис. 40.2, Б). Утворення яйцеклітини спряжене з інтенсивним поділом клітин епітелію матки, що утворюють шар, готовий прийняти ембріон (докладніше в § 44). Якщо запліднення не відбувається й ембріон не прикріплюється до матки, то цей шар відторгається, що й проявляється у вигляді менструації.

Сперматозоїди в людини утворюються постійно в процесі сперматогенезу

Сперматогенез має низку суттєвих відмінностей від оогенезу (рис. 40.3). Сперматогенез у людини відбувається упродовж усього життя після статевого дозрівання. Попередники сперматозоїдів — сперматогонії — оселяються в сім’яниках і діляться там мітозом. Сім’яники містять численні сім’яні канальці, що вистелені сперматогоніями. У процесі статевого дозрівання деякі сперматогонії вступають у мітотичний поділ — вони формують сперматоцити. У процесі мейозу відбуваються два рівні поділи, і з одного сперматоциту утворюються чотири однакові клітини — сперматиди. Через певний час сперматиди «відрощують» джгутик і перетворюються на сперматозоїди.

1 У деяких організмів при партеногенезі одне з полярних тілець зливається з яйцеклітиною, відновлюючи диплоїдний набір хромосом. У такий спосіб «імітується» запліднення.

Рис. 40.3. Сперматогенез у людини

Процес сперматогенезу в чоловіків неперервний — утворені сперматозоїди накопичуються в сім’яних міхурцях і вивергаються під час статевого акту. Важливу роль у формуванні сперми відіграє передміхурова залоза — вона секретує рідку частину сперми, яка містить білки, вітаміни і мікроелементи.

Важливою особливістю сперматогенезу є те, що він не може відбуватися за високої температури. Це спричиняє низку ускладнень у теплокровних тварин. Ссавці вирішують цю проблему, виносячи сім’яники з тіла до спеціального утворення — калитки, що температура в ній нижча за температуру в тілі. Для птахів формування калитки могло б спричинити погіршення аеродинамічних властивостей. Тому вони винайшли інший спосіб охолодження сім’яників — завдяки повітряним мішкам, що у великій кількості пронизують тіло птахів, їхні сім’яники постійно охолоджуються вдихуваним повітрям.

Життєві запитання — обійти не варто!

Елементарно про життя

• 1. Вторинні ооцити можна виявити у

А новонародженого хлопчика

Б новонародженої дівчинки

В дорослого чоловіка

Г дорослої жінки

Д вагітної жінки

• 2. Велика кількість запасних речовин для розвитку ембріона може відкладатися

А у сперматозоїді

Б в яйцеклітині

В у полярному тільці

Г у сперматозоїді й у яйцеклітині

Д ані в сперматозоїді, ані в яйцеклітині

• 3. Усі клітини, що утворюються в результаті мейозу, стають гаметами у

А сперматогенезі

Б оогенезі

В сперматогенезі й оогенезі

Г процесі запліднення

Д результаті менструації

• 4. Передміхурова залоза людини бере участь в

А утворенні сперматозоїдів

Б дозріванні сперматозоїдів

В формуванні неклітинного компоненту сперми

Г зігріванні сім’яників

Д утворенні статевих залоз

• 5. Укажіть правильну послідовність утворення клітин у процесі сперматогенезу.

А сперматоцити — сперматиди — сперматозоїди — сперматогонії

Б сперматоцити — сперматогонії — сперматиди — сперматозоїди

В сперматогонії — сперматиди — сперматоцити — сперматозоїди

Г сперматогонії — сперматоцити — сперматиди — сперматозоїди

Д сперматогонії — сперматоцити — сперматозоїди — сперматиди

• 6. Увідпобідніть етап гаметогенезу із клітиною, що в його результаті утворюється.

1. мейоз І, оогенез

2. мейоз І, сперматогенез

3. мейоз II, оогенез

4. мейоз II, сперматогенез

А сперматида

Б сперматозоїд

В вторинний сперматоцит

Г первинне полярне тільце

Д яйцеклітина

У житті все просто

• 7. Складіть порівняльну характеристику оогенезу і сперматогенезу людини. Зазначте спільні й відмінні риси цих процесів.

• 8. У процесі партеногенезу одне з полярних тілець може злитися з яйцеклітиною і відновити тим самим диплоїдний набір хромосом. Чому важливо, яке саме полярне тільце — перше чи друге — зливається з яйцеклітиною?

У житті не все так просто

• 9. Чому в самців ссавців утворюється багато дрібних сперматозоїдів, а у самок мало великих яйцеклітин? Чи існують організми, що мають зворотну ситуацію: багато дрібних яйцеклітин і мало великих сперматозоїдів? Як це можна пояснити?

• 10. Відомо, що ймовірність народження дитини з генетичними хворобами, пов’язаними з хромосомними аномаліями, зростає з віком матері, але не зростає з віком батька. Поясніть цей феномен.