Разделение полов лежит в основе полового размножения. При половом размножении потомство получается в результате слияния генетического материала гаплоидных ядер. Эти ядра содержатся в гаплоидных гаметах, при слиянии которых образуется диплоидная зигота. Из зиготы в процессе развития получается зрелый организм.

 Половое размножение имеет очень большое эволюционное преимущество по сравнению с бесполым. Это обусловлено тем, что генотип потомков возникает путем комбинации генов, принадлежащих обоим родителям. В результате повышаются возможности адаптации организма к условиям окружающей среды.

40. Каковы цитологические основы определения пола?

У подавляющего большинства раздельнополых животных пол развивающейся из яйцеклетки особи определяют гены. Это называется генотипическим определением пола. В диплоидном организме имеется два гомологичных набора аутосом и в большинстве случаев одна пара половых хромосом. В аутосомном наборе обоих полов отцовские и материнские хромосомы морфологически и функционально равноценны, тогда как между половыми хромосомами, как правило, имеются морфологические и во всех случаях функциональные различия. Та хромосома, которая представлена у одного из полов в двойном числе, называется X-хромосомой. Она противопоставляется Y-хромосоме, которая имеется в одном экземпляре.

 Пол, содержащий в своих клетках две Х-хромосомы, называется гомогаметным, а содержащий и Х-, и Y-хромосомы – гетерогаметным.

 У всех млекопитающих, многих рыб, некоторых амфибий и насекомых гомогаметный пол женский, а гетерогаметный – мужской. Однако у птиц, рептилий, хвостатых амфибий и некоторых насекомых (бабочки) женский пол гетерогаметный, а мужской – гомогаметный. У некоторых насекомых встречается генотип Х0 вследствие исчезновения Y-хромосомы. При этом у гетерогаметного пола образуется два сорта гамет: с Х-хромосомой и без нее.

41. Опишите основные фазы мейотического деления и раскройте его биологическое значение.

Мейоз (греч. мейозис – уменьшение) – способ деления диплоидных клеток с образованием из одной материнской диплоидной клетки четырех дочерних гаплоидных клеток. Мейоз состоит из двух последовательных делений ядра и короткой интерфазы между ними (рис. 17).

Рис.17. Схема основных этапов мейоза

Рис.18. Схематическое изображение последовательных стадий мейоза. А. Лептонема, предшествующая коньюгации хромосом. Б. Начало коньюгации на стадии зигонемы. В. Пахинема. Г. Диплонема. Д. Метафаза I. Е. Анафаза I. Ж. Телофаза I. 3. Интерфаза между двумя делениями мейоза. И. Профаза II. К. Метафаза II. Л. Телофаза II. Для простоты на схеме изображена только одна пара гомологов.

Первое деление состоит из профазы I, метафазы I, анафазы I и телофазы I. В профазе I парные хромосомы, каждая из которых состоит из двух хроматид, подходят друг к другу (этот процесс называется конъюгацией гомологичных хромосом), перекрещиваются (кроссинговер), образуя мостики (хиазмы), затем обмениваются участками. При кроссинговере осуществляется перекомбинация генов. После кроссинговера хромосомы разъединяются.

 В метафазе I парные хромосомы располагаются по экватору клетки; к каждой из хромосом прикрепляются нити веретена деления. В анафазе I к полюсам клетки расходятся двухроматидные хромосомы; при этом число хромосом у каждого полюса становится вдвое меньше, чем в материнской клетке. Затем наступает телофаза I – образуются две клетки с гаплоидным числом двухроматидных хромосом; поэтому первое деление мейоза называют редукционным. После телофазы I следует короткая интерфаза (в некоторых случаях телофаза I и интерфаза отсутствуют). В интерфазе между двумя делениями мейоза удвоения хромосом не происходит, т.к. каждая хромосома уже состоит из двух хроматид.

 Второе деление мейоза отличается от митоза только тем, что его проходят клетки с гаплоидным набором хромосом; во втором делении иногда отсутствует профаза II. В метафазе II двухроматидные хромосомы располагаются по экватору; процесс идет сразу в двух дочерних клетках. В анафазе II к полюсам отходят уже однохроматидные хромосомы. В телофазе II в четырех дочерних клетках формируются ядра и перегородки (в растительных клетках) или перетяжки (в животных клетках). В результате второго деления мейоза образуются четыре клетки с гаплоидным набором хромосом (1n1c); второе деление называют эквационным (уравнительным) (рис. 18). Это – гаметы у животных и человека или споры у растений.

 Значение мейоза состоит в том, что создается гаплоидный набор хромосом и условия для наследственной изменчивости за счет кроссинговера и вероятностного расхождения хромосом

Ответы на вопросы по биологии

(11-й класс)

42. Сравните процессы митоза и мейоза.

Митоз – это такое деление клетки, в результате которого получаются две клетки с исходным набором хромосом (2n, если материнская клетка была диплоидной, и 1n, если клетка была гаплоидной, например, при образовании пыльцы из микроспоры); митоз – это бесполый процесс размножения. При мейозе в результате двух последовательных делений, во втором из которых не происходит образование копий хромосом, из исходной диплоидной клетки (2n) образуются четыре гаплоидные (n). При этом осуществляется перекомбинация наследственных признаков вследствие кроссинговера, происходящего в профазе I мейоза. (Значение митоза и мейоза – см. ответы на вопросы 37 и 41).

43. Каковы особенности образования и строения мужских и женских половых клеток?

Мужские половые клетки (гаметы) – сперматозоиды – образуются в результате сперматогенеза (гр. сперма – семя и генезис – рождение).

 Этот процесс идет в три стадии: размножение в семенниках диплоидных клеток сперматогенной ткани, в результате которого образуются сперматоциты (2n); рост сперматоцитов, сопровождающийся синтезом ДНК и достраиванием второй хроматиды; созревание сперматоцитов, которые делятся мейозом с образованием гаплоидных (n) сперматозоидов.

 Хромосомные наборы сперматозоидов (человека и других млекопитающих) различаются по половым хромосомам: одни несут Х-, а другие – Y-хромосому.

 Женские половые клетки (гаметы) – яйцеклетки – образуются в результате оогенеза (гр. оон – яйцо и генезис – рождение).

 Этот процесс идет в яичниках тоже в три стадии: размножение в яичниках диплоидных клеток оогенной ткани, в результате которого образуются ооциты (2n); рост ооцитов, сопровождающийся синтезом ДНК и построением второй хроматиды хромосом; созревание ооцитов и их деление мейозом. В результате из ооцита образуется одна гаплоидная яйцеклетка с однохроматидными хромосомами (1n1c) и три редукционных (или полярных) тельца. В дальнейшем яйцеклетка участвует в половом процессе, а редукционные тельца отмирают.

 Процесс образования мужских и женских гамет называется гаметогенезом (рис. 19).

Рис. 19. Схема сперматогенеза (а) и оогенеза (б)

Отличия в строении сперматозоидов и яйцеклеток связаны с их функциями. Яйцеклетки в процессе созревания покрываются оболочками (в некоторых случаях, например, у пресмыкающихся, птиц и млекопитающих, возникает ряд дополнительных оболочек). Функция оболочек – защита яйцеклетки и зародыша от внешних неблагоприятных воздействий.

 Функция сперматозоидов заключается в доставке в яйцеклетку генетической информации и стимуляции ее развития. В связи с этим в сперматозоидах происходит значительная перестройка: аппарат Гольджи располагается на переднем конце головки, преобразуясь в кольцевое тельце (акросому), выделяющее ферменты, которые действуют на оболочку яйца. Митохондрии компактно упаковываются вокруг появившегося жгутика, образуя шейку. В сформированном сперматозоиде содержатся также центриоли.