W rozmnażaniu płciowym potomstwo powstaje w wyniku fuzji materiału genetycznego z jąder haploidalnych. Zwykle te jądra znajdują się w wyspecjalizowanych komórkach rozrodczych - gametach; Podczas zapłodnienia gamety łączą się, tworząc diploidalną zygotę, która podczas rozwoju wytwarza dojrzały organizm. Gamety są haploidalne – zawierają jeden zestaw chromosomów powstały w wyniku mejozy; służą jako łącznik między tym pokoleniem a następnym (podczas rozmnażania płciowego roślin kwitnących nie komórki, ale jądra łączą się, ale zwykle te jądra nazywane są również gametami).

Mejoza jest ważnym etapem cykli życiowych obejmującym rozmnażanie płciowe, gdyż prowadzi do zmniejszenia o połowę ilości materiału genetycznego. Dzięki temu w ciągu pokoleń rozmnażających się płciowo liczba ta pozostaje stała, chociaż podczas zapłodnienia każdorazowo ulega podwojeniu. Podczas mejozy, w wyniku losowej dywergencji chromosomów (niezależna dystrybucja) i wymiany materiału genetycznego pomiędzy homologicznymi chromosomami (crossing over), w jednej gamecie pojawiają się nowe kombinacje genów, a takie przetasowanie zwiększa różnorodność genetyczną. Fuzja jąder haploidalnych zawartych w gametach nazywa się zapłodnieniem lub syngamią; prowadzi to do powstania diploidalnej zygoty, czyli komórki zawierającej po jednym zestawie chromosomów od każdego z rodziców. Ta kombinacja dwóch zestawów chromosomów w zygocie (rekombinacja genetyczna) stanowi genetyczną podstawę zmienności wewnątrzgatunkowej. Zygota rośnie i rozwija się w dojrzały organizm następnego pokolenia. Zatem podczas rozmnażania płciowego w cyklu życiowym następuje naprzemienność faz diploidalnych i haploidalnych, a u różnych organizmów fazy te przybierają różne formy.

Gamety zwykle występują w dwóch rodzajach, męskich i żeńskich, ale niektóre prymitywne organizmy wytwarzają tylko jeden rodzaj gamet. W organizmach wytwarzających dwa rodzaje gamet, mogą one być wytwarzane odpowiednio przez rodziców płci męskiej i żeńskiej lub może się zdarzyć, że ten sam osobnik ma zarówno męskie, jak i żeńskie narządy rozrodcze. Gatunki, w których występują oddzielne osobniki płci męskiej i żeńskiej, nazywane są dwupiennymi; taka jest większość zwierząt i ludzi. Wśród roślin kwiatowych występują także gatunki dwupienne; Jeśli u gatunków jednopiennych na tej samej roślinie powstają kwiaty męskie i żeńskie, jak na przykład u ogórka i leszczyny, to u gatunków dwupiennych niektóre rośliny mają tylko kwiaty męskie, a inne tylko żeńskie, jak u ostrokrzewu lub cisa.

Partenogeneza

Partenogeneza to jedna z modyfikacji rozmnażania płciowego, podczas której gameta żeńska rozwija się w nowego osobnika bez zapłodnienia przez gametę męską. Rozmnażanie partenogenetyczne występuje zarówno w królestwie zwierząt, jak i roślin, a w niektórych przypadkach ma tę zaletę, że zwiększa tempo reprodukcji.

Rozróżnia się naturalną partenogenezę, normalną metodę rozmnażania się niektórych organizmów w przyrodzie, oraz sztuczną partenogenezę, wywoływaną eksperymentalnie przez działanie różnych bodźców na niezapłodnione jajo, które normalnie wymaga zapłodnienia. Klasyfikacja partenogenezy:

Obowiązkowe - gdy jest to jedyny sposób reprodukcji

Cykliczny - partenogeneza w naturalny sposób przeplata się z innymi metodami rozmnażania w cyklu życiowym (na przykład u rozwielitek i wrotków).

Fakultatywny - występujący jako wyjątek lub jako zastępcza metoda reprodukcji w formach zwykle biseksualnych.

Wyróżnia się dwa rodzaje partenogenezy – haploidalną i diploidalną, w zależności od liczby chromosomów w gametach żeńskich. U wielu owadów, w tym mrówek, pszczół i os, w wyniku haploidalnej partenogenezy w obrębie danego zbiorowiska powstają różne kasty organizmów. U tych gatunków zachodzi mejoza i powstają haploidalne gamety. Niektóre jaja zostają zapłodnione i rozwijają się w diploidalne samice, podczas gdy niezapłodnione jaja rozwijają się w płodne haploidalne samce. Na przykład u pszczoły miodnej królowa składa zapłodnione jaja (2n = 32), z których rozwijają się samice (królowe lub robotnice) oraz jaja niezapłodnione (n = 16), z których powstają samce (trutnie), które w drodze mitozy produkują plemniki, a nie mejoza. Ten mechanizm rozmnażania u owadów społecznych ma znaczenie adaptacyjne, ponieważ umożliwia regulację liczby potomków każdego typu. U mszyc zachodzi diploidalna partenogeneza, w której żeńskie oocyty przechodzą specjalną formę mejozy bez segregacji chromosomów - wszystkie chromosomy przechodzą do jaja, a ciałka polarne nie otrzymują ani jednego chromosomu. Jaja rozwijają się w ciele matki, dzięki czemu młode samice rodzą się w pełni ukształtowane, a nie wykluwają się z jaj. Proces ten nazywany jest żyworodnością. Może to trwać przez kilka pokoleń, szczególnie latem, aż w jednej z komórek wystąpi prawie całkowity brak dywergencji, w wyniku czego powstanie komórka zawierająca wszystkie pary autosomów i jeden chromosom X. Z tej komórki samiec rozwija się partenogenetycznie. Te jesienne samce i partenogenetyczne samice wytwarzają w wyniku mejozy haploidalne gamety, które biorą udział w rozmnażaniu płciowym. Zapłodnione samice składają diploidalne jaja, które zimują, a wiosną wykluwają się samice, które rozmnażają się partenogenetycznie i rodzą żywe potomstwo. Po kilku pokoleniach partenogenetycznych następuje pokolenie powstałe w wyniku normalnego rozmnażania płciowego, które wprowadza różnorodność genetyczną do populacji poprzez rekombinację. Główną zaletą partenogenezy, jaką daje mszycom, jest szybki wzrost populacji, ponieważ wszyscy jej dojrzali członkowie są zdolni do składania jaj. Jest to szczególnie ważne w okresach, gdy warunki środowiskowe sprzyjają istnieniu dużej populacji, tj. w miesiącach letnich.

Partenogeneza jest szeroko rozpowszechniona u roślin i przybiera różne formy. Jedna z nich, apomiksja, to partenogeneza, symulująca rozmnażanie płciowe. Apomiksję obserwuje się u niektórych roślin kwitnących, w których diploidalna komórka zalążkowa, komórka jąderkowa lub megaspora rozwija się w funkcjonalny zarodek bez udziału męskiej gamety. Pozostała część zalążka tworzy nasiono, a z jajnika rozwija się owoc. W innych przypadkach wymagana jest obecność ziarna pyłku, który stymuluje partenogenezę, chociaż nie kiełkuje; ziarno pyłku wywołuje zmiany hormonalne niezbędne do rozwoju zarodka i w praktyce takie przypadki są trudne do odróżnienia od prawdziwego rozmnażania płciowego.

U roślin kwitnących nawożenie zachodzi w wyjątkowy sposób. Po zapłodnieniu zalążek wytwarza ziarno zawierające zarodek i źródło składników odżywczych. Jak powstaje zapas składników odżywczych w nasionach?

U roślin kwitnących dochodzi do podwójnego nawożenia. Podczas zapylania ziarno pyłku ląduje na znamieniu słupka i kiełkuje, tworząc łagiewkę pyłkową. Powstaje z komórki wegetatywnej i szybko rośnie, docierając do jajnika. Na końcu łagiewki pyłkowej znajdują się dwa plemniki.

W przeciwieństwie do ruchliwych plemników roślin niższych, plemniki roślin kwitnących są nieruchome i mogą przedostać się do komórki jajowej jedynie przez łagiewkę pyłkową.

Łagiewka pyłkowa wrasta do zalążka, jej końcówka pęka, a plemnik przedostaje się do worka zarodkowego. Jeden z nich łączy się z jajkiem. Powstaje komórka diploidalna - zygota. Drugi plemnik łączy się z diploidalnym jądrem wtórnym worka zarodkowego. W efekcie powstaje komórka z potrójnym zestawem chromosomów, z której w wyniku powtarzających się mitoz powstaje bielmo – tkanka zawierająca zapas składników odżywczych.

Hermafrodytyzm

Koniugacja

Koniugacja (łac. „conjugatio” – połączenie) jest formą procesu seksualnego bez udziału gamet. Charakterystyczne dla Escherichia coli (oddział bakterii) są orzęski pantoflowe (typ pierwotniaki), w których dwa jednokomórkowe osobniki łączą się i wymieniają materiał genetyczny poprzez mostek cytoplazmatyczny.

Ryc.4

W wyniku koniugacji bakterie nie zwiększają liczby osobników. U zielonej algi Spirogyra koniugacja zachodzi inaczej: dwa wielokomórkowe włókna stoją równolegle do siebie, tworząc przeciwne mostki cytoplazmatyczne, wzdłuż których protoplast fizjologicznie męskiego osobnika wpada do żeńskiego włókna. W rezultacie powstaje wiele zygot.

Kopulacja

Niektóre organizmy jednokomórkowe doświadczają rodzaju procesu seksualnego zwanego kopulacją. Kopulacja (od łacińskiego „copulatio” - połączenie) to proces fuzji dwóch komórek płciowych.

Podczas kopulacji (u pierwotniaków) następuje tworzenie elementów płciowych i ich fuzja parami. W tym przypadku dwie osoby nabywają różnice płciowe i całkowicie łączą się, tworząc zygotę. Następuje łączenie i rekombinacja materiału dziedzicznego, dlatego jednostki różnią się genetycznie od swoich rodziców.

Z pewnością każdy z Was zna historię opisaną w Piśmie Świętym. Maryja, będąc wybrańcem Boga, wydała na świat niepokalanie poczęte dziecko. Trudno dziś powiedzieć, czy rzeczywiście tak się stało, czy też było to jedynie wytworem bujnej wyobraźni ówczesnych autorów. Ale niech wam będzie wiadome, że narodziny z dziewicy są dość powszechne w naszym świecie. Co to jest partenogeneza i jaka jest jej istota?

Niesamowity świat

Być może jedną z największych tajemnic naszego wszechświata jest pochodzenie życia. Skąd się wzięło i kto jest twórcą wszystkiego, pozostaje tajemnicą. Ale kimkolwiek był nasz stwórca, wykonał świetną robotę, dbając o to, aby życie na błękitnej planecie nigdy się nie wyczerpało. Jego różne formy zamieszkujące Ziemię są w stanie rozmnażać się na wiele różnych, czasem bardzo nieoczekiwanych, sposobów.

Partenogeneza

Co to jest partenogeneza? Jest to zdolność kobiety do urodzenia nowego pokolenia bez udziału partnera seksualnego - mężczyzny. Nie oznacza to, że mężczyźni w ogóle nie są potrzebni; są oczywiście ważni. Partenogeneza nie jest metodą rozmnażania bezpłciowego, jak w przypadku niektórych roślin (np. pączkowanie). Ale jeśli zdarzy się, że samica z jakiegoś powodu nie będzie mogła znaleźć partnera do krycia i nie nastąpi zapłodnienie komórki jajowej, nadal będzie w stanie urodzić pełnoprawne potomstwo bez jego udziału. Zdolność ta zapewnia gatunkowi bardzo dobre przeżycie. Kiedy liczebność osobników spada, samice mogą w krótkim czasie uzupełnić populację i kontynuować wyścig. To jest istota partenogenezy.

Inną ważną cechą takiego rozmnażania jest regulacja stosunku liczby samic i samców. I tak na przykład u pszczół z niezapłodnionych jaj wyłaniają się trutnie (samce), a z zapłodnionych jaj wyłaniają się robotnice, z których wszystkie są samicami.

Rodzaje partenogenezy

Co to jest partenogeneza i jak może zachodzić u niektórych zwierząt? U niektórych gatunków uważa się ją za główną metodę rozmnażania (obowiązkową). W przypadku pozostałych form ma ona charakter cykliczny, to znaczy okresowo pojawia się potomstwo z niezapłodnionych jaj, jednak częściej z udziałem samca. Fakultatywny, czyli awaryjny sposób rozrodu zapewnia gatunkowi przetrwanie w najtrudniejszych warunkach życia i na tym właśnie polega dla nich istota partenogenezy. Przypadki te są raczej wyjątkami, ponieważ zazwyczaj zwierzęta te stosują rozmnażanie biseksualne.

Partenogeneza u zwierząt

Co to jest partenogeneza? Jest to proces, w którym niezapłodnione jajo rodzicielskie zaczyna się rozwijać, aby następnie przekształcić się w dorosłą, pełnoprawną żywą istotę. Partenogeneza może znacznie różnić się między gatunkami. Na przykład rozmnażanie przez partenogenezę u pszczół znacznie różni się od rozmnażania innych owadów, powiedzmy, mrówek.

Wiedza o tym, czym jest partenogeneza i jak zachodzi, wpłynęła znacząco na rozwój nauki i dała impuls do pojawienia się pewnych trendów w przemyśle. W ten sposób naukowcy dowiedzieli się, że u jedwabników partenogeneza rozpoczyna się po wystawieniu na działanie określonych temperatur. Przyspieszyło to znacznie proces rozmnażania tych owadów.

Istota partenogenezy jest dobrze znana pszczelarzom i producentom jedwabiu, wiele bezkręgowców wykorzystuje właśnie tę metodę. Często praktykują to niektóre gatunki jaszczurek i ryb, proces ten jest dobrze znany przedstawicielom świata roślin, są nawet indyki partenogenetyczne.

Przedstawiciele nauki niestrudzenie pracują nad zbadaniem tej funkcji. Podejmowano wiele prób indukowania partenogenezy u zwierząt stałocieplnych. Niestety nie da się podać przykładów, gdyż w niektórych przypadkach nastąpił wzrost komórek i rozwój zarodka, jednak sprawa nigdy nie osiągnęła etapu końcowego. Zainteresowanie ze strony medycznej również jest spore. Przeprowadzono ankietę, po której okazało się, że większość małżeństw, które nie mogą mieć dziecka, chętnie zdecydowałaby się na tak niepokalane poczęcie. Kto wie, może z czasem zasłona tajemnicy zostanie odsłonięta. I stanie się cud - partenogeneza będzie w stanie dać życie ludzkiemu dziecku.

W wigilię chrześcijańskiego święta Wielkanocy chciałbym poruszyć temat, który naukowo zbliża się do jednego cudu Nowego Testamentu.

Według legendy Najświętsza Maryja Panna bez zapłodnienia zaszła w ciążę i urodziła Króla Żydowskiego Jezusa Chrystusa – Mesjasza, którego przyjście przepowiedziane było w Starym Testamencie.

„Bez nawożenia? Niemożliwe!" – niektórzy będą protestować. Ale takie zjawisko jest możliwe. Dziewica Maryja nazywana jest po grecku „Agni Parthene”, co tłumaczy się jako „Czysta Dziewica”.

Tutaj od słowa „ partenaya"- dziewica, dziewica - powstało określenie partenogeneza.

Rozmnażanie przez partenogenezę

Partenogeneza- Jest to proces, w wyniku którego następuje rozmnażanie z niezapłodnionego osobnika.

Nie należy tego jednak mylić z reprodukcją.

Rozmnażanie przez partenogenezę- Jest to forma rozmnażania płciowego, polegająca na tworzeniu żeńskich gamet.

Jednym z pierwszych zajmujących się partenogenezą był szwedzki przyrodnik Charlesa Bonneta i niemiecki zoolog Karola Siebolda.

Partenogeneza dzieli się na dwa typy: mejotyczny I amejotyczny .

Na amejotyczny partenogeneza jaja pozostają diploidalne, ponieważ nie przechodzą mejozy.

Na mejotyczny partenogeneza z którego rozwija się organizm haploidalne jajo i samo jest haploidalne lub jajko przywraca diploidalność i organizm staje się diploidalny.

Przywrócenie diploidalności może nastąpić na różne sposoby: jajo może połączyć się z ciałkiem polarnym (jest to podobne do kopulacji gamet) lub może nastąpić endomitoza.

Endomitoza – proces podwajania. Podobnie jak w przypadku, ale błona jądrowa nie rozpuszcza się, a komórka nie dzieli się.

Jakie organizmy mogą rozmnażać się poprzez partenogenezę?

Oto kilka klasycznych przykładów

Mszyce. W ten sposób szybko i bez większych wydatków zwiększają swoją liczebność. Partenogenetycznie rozmnażać się latem. Rezultatem są tylko kobiety. Jest to swego rodzaju przygotowanie na niesprzyjające warunki, mające na celu zapewnienie przeżycia jak największej liczbie osobników. Gdy zbliża się jesień, rodzi się inny typ gamet, z których mogą wyłonić się zarówno samce, jak i samice. A owady zaczynają się rozmnażać poprzez zwykły stosunek płciowy.

Rozwielitka. Latem rozmnażają się na drodze partenogenezy amejotycznej. Kiedy temperatura zbiornika spada i godziny dzienne stają się krótsze, pojawiają się haploidalne samce. Populacja przechodzi na zwykłe rozmnażanie płciowe.

Wrotki. Nie zdziw się, jeśli ta nazwa nie jest Ci znana, o ile wiem, nie ma jej w szkolnym programie nauczania. W skrócie: wrotki to zupełnie odrębny typ. Są to organizmy wielokomórkowe, ale ich rozmiary są bardzo małe. Wrotki, podobnie jak mszyce i rozwielitki, w sprzyjających warunkach rozmnażają się poprzez partenogenezę, a gdy zaistnieją niesprzyjające warunki, przechodzą na zwykły rozmnażanie płciowe. Istnieją nawet gatunki, takie jak wrotki, które osiągnęły „doskonałość”: gatunki te tworzą wyłącznie samice rozmnażające się w drodze partenogenezy. W takich przypadkach, gdy partenogeneza jest jedyną metodą rozmnażania, nazywa się to konieczny. A kiedy następuje naprzemienność partenogenezy i innej metody rozmnażania, nazywa się to partenogenezą cykliczny(jak rozwielitki i mszyce).

Pszczoły. U pszczół rozwój jaj przebiega według dwóch schematów: niektóre są zapłodnione, inne nie. Z niezapłodnionych jaj (1n) rozwijają się samce – trutnie. Dlatego komórki somatyczne dronów są haploidalne ( Nie powinieneś o tym zapominać, jeśli nagle w zadaniu z genetyki natkniesz się na coś na ten temat).

Z zapłodnionych jaj rozwijają się samice – robotnice lub królowa. W tym przypadku, gdy jaja mogą rozwijać się zarówno w wyniku zapłodnienia, jak i partenogenezy, partenogenezę nazywa się fakultatywną.

Dzięki zdolności do fakultatywnej partenogenezy u pszczół kontrolowana jest liczebność osobników każdej kasty (robotnice, trutnie).

Rod Rock obejmuje kilka gatunków zdolnych do partenogenezy. Zanim komórki rozrodcze tych jaszczurek ulegną mitotycznemu wzrostowi liczby chromosomów, dlatego po normalnym cyklu mejotycznym jaja stają się diploidalne i są gotowe do utworzenia nowego organizmu. Jaszczurki skalne żyją na skałach i czasami przemieszczanie się z jednej na drugą jest problematyczne, w takich warunkach partenogeneza jest właśnie tym, czego potrzeba.

Partenogenezę odkryto w r smoki komodo. Kobiety mają chromosomy płciowe: ZW, a mężczyźni: ZZ. Zatem w wyniku partenogenezy należy otrzymać organizmy: ZZ lub WW, natomiast WW nie są zdolne do życia. Dlatego u smoków z Komodo w wyniku partenogenezy mogą rozwijać się wyłącznie samce. Rozmnażanie przez partenogenezę jest niemożliwe.

Ponieważ obserwują ciekawe zjawisko - imprintingu genomowego.

W przypadku imprintingu genomowego w niektórych przypadkach działają tylko geny otrzymane od ojca lub matki. Dlatego organizm nie może rozwinąć się wyłącznie z jaja, ponieważ niektóre geny nie będą w nim działać. Jest więc jeszcze miejsce na cud.

Jest również sztuczna partenogeneza. Za pomocą różnych bodźców zewnętrznych można zmusić niezapłodnione jajo do rozwoju. I udało się już sztucznie wywołać partenogenezę u ssaków, ale zdarza się to niezwykle rzadko.

Nazywa się rozmnażanie roślin przez partenogenezę apomiksja.

U mszyc zachodzi diploidalna partenogeneza, w której żeńskie oocyty przechodzą specjalną formę mejozy bez segregacji chromosomów - wszystkie chromosomy przechodzą do jaja, a ciałka polarne nie otrzymują ani jednego chromosomu. Jaja rozwijają się w ciele matki, dzięki czemu młode samice rodzą się w pełni ukształtowane, a nie wykluwają się z jaj. Proces ten nazywany jest żyworodnością. Może to trwać przez kilka pokoleń, zwłaszcza latem, aż w jednej z komórek nastąpi prawie całkowita nondysjunkcja, w wyniku czego powstanie komórka zawierająca wszystkie pary autosomów i jeden chromosom X. Z tej komórki samiec rozwija się partenogenetycznie. Te jesienne samce i partenogenetyczne samice wytwarzają w wyniku mejozy haploidalne gamety, które biorą udział w rozmnażaniu płciowym. Zapłodnione samice składają diploidalne jaja, które zimują, a wiosną wykluwają się samice, które rozmnażają się partenogenetycznie i rodzą żywe potomstwo. Po kilku pokoleniach partenogenetycznych następuje pokolenie powstałe w wyniku normalnego rozmnażania płciowego, które wprowadza różnorodność genetyczną do populacji poprzez rekombinację. Główną zaletą partenogenezy, jaką daje mszycom, jest szybki wzrost populacji, ponieważ wszyscy jej dojrzali członkowie są zdolni do składania jaj. Jest to szczególnie ważne w okresach, gdy warunki środowiskowe sprzyjają istnieniu dużej populacji, czyli w miesiącach letnich.

Partenogeneza jest szeroko rozpowszechniona u roślin i przybiera różne formy. Jedna z nich, apomiksja, to partenogeneza, symulująca rozmnażanie płciowe. Apomiksję obserwuje się u niektórych roślin kwitnących, w których diploidalna komórka zalążkowa, albo komórka jąderkowa, albo megaspora, rozwija się w funkcjonalny zarodek bez udziału męskiej gamety. Pozostała część zalążka tworzy nasiono, a z jajnika rozwija się owoc. W innych przypadkach wymagana jest obecność ziarna pyłku, który stymuluje partenogenezę, chociaż nie kiełkuje; ziarno pyłku wywołuje zmiany hormonalne niezbędne do rozwoju zarodka i w praktyce takie przypadki są trudne do odróżnienia od prawdziwego rozmnażania płciowego.

Początek rozwoju indywidualnego poprzedza pojawienie się komórek rozrodczych, tj. gametogeneza, którą można uznać za progenezę podczas rozwoju indywidualnego.

Proces rozwoju żeńskich komórek rozrodczych nazywa się owogenezą (oogenezą). W przeciwieństwie do spermatogenezy ma pewne cechy. Przebieg oogenezy i jego różnice w stosunku do rozwoju gamet męskich przedstawiono na ryc. 3.

W oogenezie wyróżnia się 3 okresy: rozmnażanie, wzrost i dojrzewanie. Niezróżnicowane żeńskie komórki płciowe – oogonia – rozmnażają się w taki sam sposób jak spermatogonia, poprzez normalną mitozę. Po podziale stają się oocytami pierwszego rzędu i wchodzą w okres wzrostu.

Wzrost oocytów trwa bardzo długo – tygodnie, miesiące, a nawet lata. W okresie wzrostu wyróżnia się dwa etapy: mały lub powolny wzrost, gdy nowe substancje są przyswajane i wzbogacana jest nimi cytoplazma, oraz duży lub szybki wzrost, gdy w komórce gromadzi się żółtko odżywcze. Jądro również ulega głębokim zmianom w okresie wzrostu, bardzo puchnie, a jego zawartość zdaje się zacierać. Rozmiary komórek ogromnie wzrastają (na przykład jaja okoni zwiększają się prawie milion razy).

Następnie oocyt pierwszego rzędu wchodzi w okres dojrzewania, czyli mejozy. Tutaj także zachodzą podziały redukcyjne i równania. Procesy podziału w jądrze przebiegają analogicznie jak podczas mejozy spermatocytów, jednak losy cytoplazmy są zupełnie inne. Podczas podziału redukcyjnego jedno jądro niesie ze sobą większość cytoplazmy, a dla drugiego jądra pozostaje tylko niewielka część. Dlatego powstaje tylko jedna pełnoprawna komórka - oocyt drugiego rzędu i druga maleńka - ciało kierunkowe lub redukcyjne, które można podzielić na dwa ciała redukcyjne.

Podczas drugiego, równanego podziału, powtarza się asymetryczny rozkład cytoplazmy i ponownie powstaje jedna duża komórka - jajowód i trzecie ciało polarne. Jajotyd pod względem składu jądrowego i funkcjonalności jest całkowicie dojrzałą komórką zarodkową.

Okres formowania, w przeciwieństwie do spermatogenezy, jest nieobecny w oogenezie. Zatem w oogenezie z jednej oogonii powstaje tylko jedno dojrzałe jajo. Ciała polarne pozostają słabo rozwinięte i wkrótce umierają oraz ulegają fagocytozie przez inne komórki. Dojrzałe gamety żeńskie nazywane są komórkami jajowymi lub jajami, a te zdeponowane w wodzie nazywane są kawiorem.

Cechy oogenezy u człowieka przedstawiono na ryc. 5. Rozwój żeńskich komórek płciowych następuje w jajnikach. Okres reprodukcji rozpoczyna się w oogonii jeszcze w zarodku i kończy się wraz z narodzinami dziewczynki. Okres wzrostu podczas oogenezy jest dłuższy, ponieważ Oprócz przygotowania do mejozy gromadzi się zapas składników odżywczych, które będą w przyszłości niezbędne do pierwszych podziałów zygoty. Podczas małej fazy wzrostu powstaje duża liczba różnych typów RNA. Szybka akumulacja RNA następuje dzięki specjalnemu mechanizmowi - amplifikacji genu (wielokrotnemu kopiowaniu poszczególnych odcinków DNA kodujących rybosomalny RNA). Szybki wzrost mRNA następuje w wyniku tworzenia się chromosomów „szczotki lampowej”. W efekcie powstaje ponad tysiąc dodatkowych jąderek, które stanowią strukturę niezbędną do syntezy rRNA, z którego następnie powstają rybosomy biorące udział w syntezie białek. W tym samym okresie w oocycie zachodzą mejotyczne transformacje chromosomowe, charakterystyczne dla profazy pierwszego podziału.

W okresie dużego wzrostu komórki pęcherzykowe jajnika tworzą kilka warstw wokół oocytu pierwszego rzędu, co ułatwia transfer składników odżywczych syntetyzowanych gdzie indziej do cytoplazmy oocytu.

U ludzi okres wzrostu oocytów może wynosić 12–50 lat. Po zakończeniu okresu wzrostu oocyt pierwszego rzędu wchodzi w okres dojrzewania.

W okresie dojrzewania oocytów (a także podczas spermatogenezy) następuje podział komórek mejotycznych. Podczas pierwszego podziału redukcyjnego z oocytu pierwszego rzędu powstaje jeden oocyt drugiego rzędu (1n2C) i jedno ciałko polarne (1n2C). Podczas drugiego podziału równającego dojrzała komórka jajowa (1n1C) powstaje z oocytu drugiego rzędu, który zachował w cytoplazmie prawie wszystkie substancje zgromadzone w cytoplazmie, oraz drugiego ciałka polarnego o niewielkich rozmiarach (1n1C). Jednocześnie następuje podział pierwszego ciała polarnego, w wyniku czego powstają dwa drugie ciała polarne (1n1C).

W rezultacie podczas oogenezy powstają 4 komórki, z których tylko jedna stanie się później jajem, a pozostałe 3 (ciała polarne) ulegają redukcji. Biologiczne znaczenie tego etapu oogenezy polega na zachowaniu wszystkich substancji nagromadzonych w cytoplazmie wokół jednego haploidalnego jądra, aby zapewnić normalne odżywianie i rozwój zapłodnionego jaja.

Podczas oogenezy u kobiet, na etapie drugiej metafazy, tworzy się blok, który jest usuwany podczas zapłodnienia, a faza dojrzewania kończy się dopiero po przeniknięciu plemnika do komórki jajowej.

Proces oogenezy u kobiet jest procesem cyklicznym, powtarzającym się mniej więcej co 28 dni (od okresu wzrostu aż do momentu tuż po zapłodnieniu). Cykl ten nazywany jest menstruacją.

Charakterystyczne cechy spermatogenezy i oogenezy u ludzi przedstawiono w tabeli. Najbardziej oczywistą cechą wyróżniającą komórkę jajową jest jej duży rozmiar. Typowa komórka jajowa ma kształt kulisty lub owalny, a jej średnica u człowieka wynosi około 100 mikronów (wielkość typowej komórki somatycznej wynosi około 20 mikronów). Rozmiar jądra może być równie imponujący: w oczekiwaniu na szybkie podziały bezpośrednio po zapłodnieniu w jądrze odkładają się rezerwy białek.

Zapotrzebowanie komórki na składniki odżywcze zaspokaja głównie żółtko, materiał protoplazmatyczny bogaty w lipidy i białka. Zwykle występuje w dyskretnych strukturach zwanych granulkami żółtka. Inną ważną specyficzną strukturą jaja jest zewnętrzna błona jaja - powłoka specjalnej substancji niekomórkowej składającej się głównie z cząsteczek glikoprotein, z których część jest wydzielana przez samo jajo, a część przez otaczające komórki. U wielu gatunków błona ma warstwę wewnętrzną bezpośrednio przylegającą do błony plazmatycznej jaja i nazywa się ją osłoną przezroczystą u ssaków, a warstwą żółtkową u innych zwierząt. Warstwa ta chroni komórkę jajową przed uszkodzeniami mechanicznymi, a w niektórych jajach pełni także funkcję specyficznie gatunkowej bariery dla plemników, pozwalając na penetrację jedynie plemnikom tego samego gatunku lub gatunków bardzo blisko spokrewnionych.

Wiele jaj (w tym ssaków) zawiera wyspecjalizowane pęcherzyki wydzielnicze zlokalizowane pod błoną plazmatyczną w zewnętrznej, korowej warstwie cytoplazmy. Kiedy komórka jajowa zostaje aktywowana przez plemnik, te ziarnistości korowe uwalniają zawartość w drodze egzocytozy, w wyniku czego właściwości błony jajowej zmieniają się w taki sposób, że inne plemniki nie mogą przez nią przeniknąć.Proces powstawania męskich komórek płciowych przebiega spermatogeneza. W rezultacie powstają plemniki.

Komórki somatyczne po osiągnięciu pewnego dojrzałego stanu fizjologicznego dzielą się mitotycznie (czasami na drodze amitozy), natomiast komórki rozrodcze w swoim rozwoju przechodzą specjalne fazy transformacji, aż dojrzeją i staną się zdolne do zapłodnienia. Ta różnica ma głębokie znaczenie biologiczne. Komórki somatyczne muszą podczas podziałów zachować całą informację dziedziczną, aby komórki potomne pozostały takie same jak komórki macierzyste. Przekazywanie informacji podczas mitozy zapewnia precyzyjne rozmieszczenie chromosomów pomiędzy dzielącymi się komórkami: liczba chromosomów, ich struktura biologiczna, zawartość DNA, a w konsekwencji zawarta w nim informacja dziedziczna, zostają zachowane w wielu pokoleniach komórek, zapewniając stałość struktury jednostki i gatunku.

Podczas zapłodnienia jądra męskich i żeńskich komórek rozrodczych łączą się we wspólne jądro, a gdyby w każdym było tyle samo chromosomów, co w komórkach somatycznych, to w zygocie podwoiłoby się i taka podwójna liczba przeszłaby do wszystkich komórek rozwijającego się zarodka. W przyszłości, podczas rozwoju komórek rozrodczych kolejnych pokoleń młodych organizmów, nastąpi sekwencyjna akumulacja chromosomów w komórkach, a gatunek nie będzie mógł zachować swoich dziedzicznych cech w niezmienionej formie. Ponadto współczynnik jądrowo-plazma na korzyść jądra będzie stopniowo zaburzany, a po kilku pokoleniach nadejdzie moment, w którym dodanie chromosomów do jądra doprowadzi do nieuniknionej śmierci komórki. W rezultacie nawożenie nie służyłoby zachowaniu, ale zniszczeniu organizmów. Tak się jednak nie dzieje, ponieważ proces gametogenezy obejmuje dwa specjalne podziały, podczas których liczba chromosomów w jądrach zarówno męskich, jak i żeńskich komórek płciowych zmniejsza się o połowę. Procesy wewnątrzkomórkowe związane ze spadkiem liczby chromosomów stanowią istotę dojrzewania komórek rozrodczych – istotę mejozy. Podczas zapłodnienia łączy się połowę liczby chromosomów w jądrach komórek ojca i połowę liczby chromosomów w jądrach komórek matki, a w zygocie przywracany jest zestaw chromosomów charakterystyczny dla tego gatunku.

W spermatogenezie wyróżnia się 4 okresy: rozmnażanie, wzrost, dojrzewanie (mejoza) i tworzenie (ryc. 3).

W okresie reprodukcji pierwotne, niezróżnicowane komórki rozrodcze – spermatogonia lub gonia – dzielą się w drodze normalnej mitozy. Po dokonaniu kilku takich podziałów wchodzą w okres wzrostu. Na tym etapie nazywane są spermatocytami pierwszego rzędu (lub I spermatocytami). Intensywnie przyswajają składniki odżywcze, powiększają się, przechodzą głęboką restrukturyzację fizyczną i chemiczną, w wyniku czego przygotowują się do trzeciego okresu – dojrzewania, czyli mejozy.

W mejozie spermatocyty I podlegają dwóm procesom podziału komórkowego. W pierwszym podziale (redukcja) liczba chromosomów maleje (redukcja). W rezultacie z jednego cytu I powstają dwie komórki o jednakowej wielkości - spermatocyty drugiego rzędu lub cyty II. Potem następuje drugi etap dojrzewania. Przebiega jak zwykła mitoza somatyczna, ale z haploidalną liczbą chromosomów. Taki podział nazywa się równaniem („equatio” - równość), ponieważ powstają dwa identyczne podziały, tj. całkowicie równoważne komórki zwane plemnikami.

W czwartym okresie - formowaniu - zaokrąglony plemnik przyjmuje kształt dojrzałej męskiej komórki rozrodczej: rośnie wici, jądro staje się gęstsze i tworzy się otoczka. W wyniku całego procesu spermatogenezy, z każdej początkowej niezróżnicowanej spermatogonii powstają 4 dojrzałe komórki rozrodcze, każda zawierająca haploidalny zestaw chromosomów.

Na ryc. Rycina 4 przedstawia schemat procesów spermatogenezy i spermiogenezy u ludzi. Spermatogeneza zachodzi w skręconych kanalikach nasiennych jąder. Rozwój plemników rozpoczyna się w okresie rozwoju prenatalnego, podczas układania tkanek generatywnych, następnie wznawia się na początku okresu dojrzewania i trwa aż do starości.

W okresie lęgowym dochodzi do serii kolejnych mitoz, których efektem jest wzrost liczby komórek zwanych spermatogoniami. Niektóre spermatogonie wchodzą w okres wzrostu i nazywane są spermatocytami pierwszego rzędu.

Okres wzrostu odpowiada okresowi interfazy cyklu komórkowego, w którym podwaja się materiał dziedziczny spermatocytów pierwszego rzędu (2n4C), a następnie wchodzą one w profazę I podziału mejotycznego. Podczas profazy I następuje koniugacja homologicznych chromosomów i wymiana pomiędzy homologicznymi chromatydami (crossing over). Krzyżowanie ma ważne znaczenie genetyczne, ponieważ powoduje różnice genetyczne między osobnikami.

Ryż. 3. Schemat gametogenezy:

1. – okres reprodukcji: komórki dzielą się mitotycznie, zestaw chromosomów wynosi 2n; 2. – okres wzrostu: gromadzenie składników odżywczych w komórkach, zestaw chromosomów 2n; 3. – okres dojrzewania – mejoza: a) 1., czyli redukcja, podział, powstawanie z komórek diploidalnych o zestawie chromosomów równym 2n, komórek o zestawie haploidalnym równym n; b) II podział mejozy przebiega jak mitoza, ale w komórkach z haploidalnym zestawem chromosomów; 4. – okres powstawania – zachodzi wyłącznie w procesie spermatogenezy

Okres dojrzewania przebiega w dwóch etapach, co odpowiada I podziałowi mejotycznemu (redukcja) i II mejotycznemu (równemu). W tym przypadku z jednego spermatocytu pierwszego rzędu uzyskuje się najpierw dwa spermatocyty drugiego rzędu (1n2C), a następnie 4 plemniki (1n1C). Spermatydy różnią się od siebie zestawem chromosomów: wszystkie zawierają 22 autosomy, ale połowa komórek zawiera chromosom X, a druga połowa chromosom Y. Autosomy różnią się od siebie i od swoich rodziców inną kombinacją alleli, ponieważ podczas krzyżowania nastąpiła wymiana.

W okresie formowania liczba komórek i liczba w nich chromosomów nie zmienia się, ponieważ W tym okresie z 4 plemników powstają 4 plemniki, w których następuje morfologiczna reorganizacja struktur komórkowych i powstaje ogon. U ludzi faza ta trwa 14 dni.

Męskie komórki rozrodcze nie rozwijają się pojedynczo, rosną w klonach i są połączone mostkami cytoplazmatycznymi. Pomiędzy spermatogoniami, spermatocytami i plemnikami istnieją mostki cytoplazmatyczne. Pod koniec fazy formowania plemniki są uwalniane z mostków cytoplazmatycznych.

U człowieka maksymalna dobowa produktywność plemników wynosi 10 8, czas przebywania plemników w pochwie do 2,5 godziny, a w szyjce macicy do 48 godzin.

Plemnik jest wydłużoną, ruchliwą komórką. Głównymi plemnikami są jądro, które zajmuje główną objętość głowy, oraz narząd ruchu – wić, która tworzy ogon. Plemnik jest ruchliwym jądrem. O strukturze plemnika decydują przede wszystkim jego funkcje.

Plemnik ma bardzo mało cytoplazmy, ale istnieje kilka struktur podporowych:

1) mitochondria, które dostarczają mu energii

2) akrosom, organella podobna do lizosomu i zawierająca enzymy niezbędne do wniknięcia plemnika do komórki jajowej

3) centriola - początek wici, podczas zapłodnienia wykorzystuje się ją podczas pierwszego podziału zygoty

Akrosom znajduje się przed jądrem w głowie, a centriola i mitochondria znajdują się w środkowej części komórki. Jądro zawiera haploidalny zestaw chromosomów (patrz także KOMÓRKA), jest gęste, skondensowane; długa wici ma podobną budowę do wici pierwotniaków i rzęsek nabłonka rzęskowego zwierząt wielokomórkowych.

Plemniki są komórkami bardzo wytrzymałymi i w odpowiednich warunkach (w macicy) zachowują żywotność do pięciu dni.

RÓŻNICE W SPERMATOGENEZE OD OWOGENEZY U LUDZI

Partenogeneza- jedna z form rozmnażania płciowego organizmów, w której żeńskie komórki rozrodcze (jaja) rozwijają się w organizm dorosły bez zapłodnienia. Chociaż rozmnażanie partenogenetyczne nie obejmuje fuzji gamet męskich i żeńskich, partenogenezę nadal uważa się za rozmnażanie płciowe, ponieważ organizm rozwija się z komórki rozrodczej. W przypadkach, gdy gatunki partenogenetyczne są reprezentowane (zawsze lub okresowo) tylko przez samice, jedną z głównych zalet biologicznych partenogeneza polega na przyspieszeniu tempa reprodukcji gatunku, ponieważ wszystkie osobniki podobnych gatunków są w stanie pozostawić potomstwo. Tę metodę rozmnażania stosują niektóre zwierzęta (choć częściej stosują ją organizmy stosunkowo prymitywne). W przypadkach, gdy samice rozwijają się z zapłodnionych jaj, a samce z niezapłodnionych jaj, partenogeneza przyczynia się do regulacji liczbowych proporcji płci (na przykład u pszczół). Partenogeneza należy zaliczyć do rozmnażania płciowego i odróżnić od rozmnażania bezpłciowego, które zawsze odbywa się za pomocą narządów i komórek somatycznych (rozmnażanie przez podział, pączkowanie itp.).

Klasyfikacje partenogenezy

Istnieje kilka klasyfikacji reprodukcji partenogenetycznej.

1. Według metody reprodukcji

o Naturalny to normalny sposób rozmnażania się niektórych organizmów w przyrodzie.

o Sztuczne - powstające eksperymentalnie w wyniku działania różnych bodźców na niezapłodnione jajo, które normalnie wymaga zapłodnienia.

2. Według kompletności kursu

o Szczątkowy (szczątkowy) - niezapłodnione jaja zaczynają się dzielić, ale rozwój embrionalny zatrzymuje się we wczesnych stadiach. Jednocześnie w niektórych przypadkach możliwa jest także kontynuacja rozwoju do etapów końcowych (partenogeneza przypadkowa lub losowa).

o Kompletny - rozwój jaja prowadzi do powstania osoby dorosłej. Ten typ partenogenezy obserwuje się u wszystkich typów bezkręgowców i niektórych kręgowców.

3. Przez obecność mejozy w cyklu rozwojowym

o Amejotyczny – rozwijające się jaja nie przechodzą mejozy i pozostają diploidalne. Taka partenogeneza (na przykład w rozwielitkach) jest rodzajem rozmnażania klonalnego.

o Mejotyczny – jaja ulegają mejozie (jednocześnie stają się haploidalne). Z haploidalnego jaja rozwija się nowy organizm (samce błonkoskrzydłych i wrotków) lub jajo w taki czy inny sposób przywraca diploidalność (na przykład przez endomitozę lub fuzję z ciałkiem polarnym)

4. Przez obecność innych form reprodukcji w cyklu rozwojowym

o Obowiązkowy – gdy jest to jedyny sposób reprodukcji

o Cykliczny - partenogeneza w naturalny sposób przeplata się z innymi metodami rozmnażania w cyklu życiowym (na przykład u rozwielitek i wrotków).

o Fakultatywny – występujący jako wyjątek lub jako zastępcza metoda reprodukcji w formach zwykle biseksualnych.

5. W zależności od płci organizmu

o Gynogeneza - partenogeneza samic

o Androgeneza - partenogeneza samców

20. Przedmiot, zadania, metody genetyki. Etapy rozwoju genetycznego. Wkład naukowców w rozwój genetyki. Znaczenie genetyki dla medycyny.

Genetyka – nauka zajmująca się badaniem dziedziczności i zmienności, a także wzorców przekazywania cech dziedzicznych z pokolenia na pokolenie.

Dziedziczność- jest to zdolność organizmów do zachowania i przekazywania cech swojej struktury, funkcji i rozwoju potomstwu.

Jest to właściwość organizmów zapewniająca ciągłość materialną i funkcjonalną przez wiele pokoleń, a także charakter indywidualnego rozwoju w stale zmieniających się warunkach środowiskowych.

Genotyp- całość wszystkich genów jednego organizmu. Słynny radziecki genetyk M.E. Łobaszew zdefiniował genotyp jako system oddziałujących ze sobą genów – zbiór wszystkich cech organizmu.

Za twórcę genetyki uważa się austriackiego naukowca-mnicha Grzegorz Mendel. Zastosowałem metodę hybrydologiczną, efektem badań było odkrycie wzorców dziedziczenia.

Thomasa Morgana badał krzyżówki dihybrydowe pod kątem dwóch cech.

Metody badawcze: analiza hybrydologiczna – system krzyżowań pozwalający prześledzić wzorce w wielu pokoleniach dziedziczenie i zmiany cech.

Cytologiczne, bliźniacze, ontogenetyczne (przejaw działania genów w ontogenezie) i inne. Statystyki i analizy matematyczne są szeroko stosowane.

Rozwój genetyki można podzielić na 3 etapy:

1 . (od 1900 do 1925) – etap genetyki klasycznej. W tym okresie na nowo odkryto i potwierdzono prawa G. Mendla oraz stworzono chromosomalną teorię dziedziczności (T. G. Morgan).

2 . (od 1926 do 1953) – etap powszechnego rozwoju prac nad sztuczną mutagenezą (G. Meller i in.). W tym czasie wykazano złożoną strukturę i fragmentowalność genu, położono podwaliny genetyki biochemicznej, populacyjnej i ewolucyjnej, udowodniono, że cząsteczka DNA jest nośnikiem informacji dziedzicznej (O. Avery) oraz podstawy genetyki położono genetykę weterynaryjną .

3 . (rozpoczyna się w 1953 r.) – etap współczesnej genetyki, który charakteryzuje się badaniami zjawisk dziedziczności na poziomie molekularnym. Odkryto strukturę DNA (J. Utson), rozszyfrowano kod genetyczny (F. Crick) i zsyntetyzowano chemicznie gen (G. Korana).

Genetyka medyczna pomaga zrozumieć interakcję czynników biologicznych i środowiskowych (w tym specyficznych) w patologii człowieka.

Znajomość podstaw genetyki medycznej pozwala lekarzowi zrozumieć mechanizmy indywidualnego przebiegu choroby i wybrać odpowiednie metody leczenia.

21. Dziedziczność i zmienność to podstawowe właściwości istot żywych, ich dialektyczna jedność. Ogólna koncepcja materiału genetycznego i jego właściwości: zmiana, naprawa, przekazywanie, wdrażanie informacji genetycznej

Dziedziczność to właściwość komórek lub organizmów w procesie samoreprodukcji polegająca na przekazywaniu nowemu pokoleniu zdolności do określonego rodzaju metabolizmu i indywidualnego rozwoju, podczas którego rozwijają się wspólne cechy i właściwości danego typu komórek i gatunków. organizm, a także pewne indywidualne cechy ich rodziców.

Zmienność jest właściwością żywych systemów, które nabywają zmiany i istnieją w różnych wersjach.

Pomimo tego, że dziedziczność i zmienność mają wielokierunkowe skutki, w przyrodzie żywej te dwie podstawowe właściwości tworzą nierozerwalną jedność, która jednocześnie pozwala zachować w procesie ewolucji istniejące biologicznie odpowiednie cechy i pojawienie się nowych, umożliwiając aby życie mogło istnieć w różnorodnych warunkach. Zatem materiał częściowy musi mieć zdolność do samoreprodukcji, aby w procesie reprodukcji przekazać informację dziedziczną, na podstawie której zostanie przeprowadzone formowanie nowego pokolenia. Aby zapewnić stabilność cech przez wiele pokoleń, materiał dziedziczny musi stale utrzymywać swoją organizację. Musi także posiadać zdolność pozyskiwania zmian i ich odtwarzania, zapewniając możliwość historycznego rozwoju materii żywej w istniejących warunkach.

Naprawa - odbudowa molekularna. Mechanizm naprawy opiera się na obecności dwóch komplementarnych łańcuchów w cząsteczce DNA. Zakłócenie sekwencji nukleotydów w jednym z nich wykrywają specyficzne enzymy. Następnie usuwa się odpowiednią sekcję i zastępuje ją nową, syntetyzowaną na drugiej komplementarnej nici DNA. Każdy chromosom reprezentuje grupę połączeń; ich liczba jest równa haploidalnemu zestawowi chromosomów. Diploidalny zestaw chromosomów zawiera 46 chromosomów.

22. Człowiek jako specyficzny przedmiot analiz genetycznych. Metody badania dziedziczności człowieka.

Dziedziczność- zdolność organizmów do przekazywania swoich cech i cech rozwojowych potomstwu. Dzięki tej zdolności wszystkie żywe istoty (rośliny, grzyby czy bakterie) zachowują u swoich potomków charakterystyczne cechy gatunku. Tę ciągłość dziedzicznych właściwości zapewnia transfer ich informacji genetycznej. Nośnikami informacji dziedzicznej w organizmach są geny.