W wyniku jakiego procesu powstają gamety? Reprodukcja

Proces powstawania komórek rozrodczych u roślin dzieli się na dwa etapy: Etap 1 – sporogeneza- kończy się utworzeniem komórek haploidalnych - zarodników, w II etapie - gametogeneza- zanim uformują się dojrzałe gamety, następuje seria haploidalnych podziałów komórkowych.

Nazywa się proces powstawania mikrospor, czyli ziaren pyłku, w roślinach mikrosporogeneza, a proces tworzenia megaspor (lub makrospor) jest mega-or makrosporogeneza. Mikrosporogeneza przebiega podobnie jak u zwierząt podział dojrzewania męskich komórek rozrodczych do stadium plemnika, a megasporogeneza - odpowiednio do stadium niedojrzałego jaja - oocytu II.

Proces gametogenezy u roślin jest w zasadzie podobny do tego u zwierząt, ale przebiega w nieco inny sposób. U zwierząt po dwóch podziałach mejotycznych powstają gamety i nie zachodzą żadne dodatkowe podziały komórkowe. U roślin w wyniku dwóch podziałów mejotycznych powstaje haploidalny zarodnik, z którego rozwija się gametofit, który u roślin niższych (grzyby, wątrobowce, mchy, szereg glonów) stanowi cały organizm i jest najdłuższym etapem cyklu życiowego . U roślin wyższych faza haploidalna jest zredukowana, ale jądra zarodników męskich i żeńskich przechodzą serię podziałów mitotycznych, zanim utworzą się gamety.

Mikrosporogeneza i mikrogametogeneza

Rozważymy mikrosporogenezę i mikrogametogenezę, używając okrytozalążkowych jako najbardziej ogólnego przykładu. W tkance podnaskórkowej młodego pylnika znajduje się specjalna tkanka sporogeniczna zwana archesporium. Każda pierwotna komórka archesporialna po serii podziałów staje się komórką macierzystą pyłku (mikrosporocytem), która przechodzi wszystkie fazy mejozy.

W wyniku dwóch podziałów mejotycznych powstają cztery haploidalne mikrospory. Te ostatnie leżą czwórkami i są nazywane tetrady komórkowe.

U roślin jednoliściennych każdemu podziałowi jądrowemu w mejozie zwykle towarzyszy cytokineza; U roślin dwuliściennych oba podziały komórkowe zachodzą jednocześnie pod koniec mejozy.

Po dojrzewaniu tetrady komórkowe rozpadają się na pojedyncze mikrospory, tworząc błonę wewnętrzną (intynę) i zewnętrzną (eksynę). Zewnętrzna skorupa z reguły jest szorstka, kutynowana, jej powierzchnia jest gładka lub szorstka; przystosowane do przenoszenia pyłku i przyklejania go do znamienia słupka. To kończy mikrosporogenezę; po utworzeniu mikrospory jednojądrzastej rozpoczyna się mikrogametogeneza. Pierwszy podział mitotyczny mikrospory prowadzi do powstania komórek wegetatywnych i generatywnych. Następnie komórka wegetatywna i jej jądro nie dzielą się. Gromadzi rezerwowe składniki odżywcze, które następnie zapewniają podział komórki generatywnej i wzrost łagiewki pyłkowej w stylu słupka.

Komórka generatywna, zawierająca mniejszą ilość cytoplazmy, dzieli się ponownie. Podział ten może nastąpić w ziarnie pyłku lub podczas jego kiełkowania w łagiewce pyłkowej. W rezultacie powstają dwie męskie komórki rozrodcze, które w przeciwieństwie do plemników zwierzęcych nazywane są plemnikami lub sperma.

Zatem z jednego zarodnika z haploidalnym zestawem chromosomów, w wyniku dwóch podziałów mitotycznych, powstają trzy jądra: dwa z nich to plemniki i jedno wegetatywne. Kiedy tworzy się łagiewka pyłkowa, to jądro wegetatywne w półpłynnym stanie rozproszonym przechodzi do łagiewki pyłkowej.

Proces podziału komórki generatywnej i powstawanie plemników w łagiewce pyłkowej po raz pierwszy szczegółowo zbadał S. G. Navashin w 1910 roku na roślinach lilii.

Megasporogeneza i megagametogeneza

U okrytozalążkowych gametofit żeński to woreczek zarodkowy, który zaczyna się i rozwija wewnątrz zalążka.

Rozwój gametofitu żeńskiego u wyższych roślin okrytozalążkowych poprzedza megasporogeneza. W warstwie podnaskórkowej młodego zalążka izolowana jest komórka archesporialna, często jest tylko jedna. Komórka archesporium rośnie, przekształcając się w komórkę macierzystą megaspory. W wyniku dwóch podziałów mejotycznych komórki macierzystej megaspory powstaje tetrada megaspor. Każda z komórek tetrady jest haploidalna pod względem liczby chromosomów. Jednak tylko jedna z nich rozwija się dalej, pozostałe trzy ulegają zdegenerowaniu (rozwój monosporyczny), los tych komórek przypomina los ciałek redukcyjnych podczas dojrzewania oocytów u zwierząt.

Następny etap obejmuje megagametogenezę. Pozostała funkcjonująca megaspora nadal rośnie, a następnie jej rdzeń przechodzi serię równań podziałów. W tym przypadku sama komórka nie dzieli się, dzieli się jedynie jądro.

W różnych systematycznych grupach roślin liczba podziałów równoważności jądra megaspory może wahać się od jednego do trzech. U większości roślin (70% gatunków okrytonasiennych) podziały te z reguły prowadzą do powstania ośmiu dziedzicznie identycznych jąder; podczas tych podziałów jądra zajmują pozycję polarną, cztery z nich znajdują się bliżej mikropylu (miejsca plemnika). penetracja), a pozostałe cztery - na przeciwległym końcu worka zarodkowego, zwanego chalazalem. Ponadto jądra te są izolowane w niezależne komórki ze znaczną ilością cytoplazmy.

Z czterech komórek znajdujących się na mikropylu trzy komórki to komórka jajowa, a dwie tzw. synergidy tworzą aparat jajowy. Jednak z tych trzech komórek tylko jedna rozwija się po zapłodnieniu, a pozostałe dwie ulegają zniszczeniu. Czwarte jądro rozciąga się do środka worka zarodkowego, gdzie łączy się z jednym z jąder, które rozciąga się od końca chalazalnego. Dwa jądra haploidalne zrośnięte w części środkowej tworzą jedno diploidalne - wtórne lub centralne jądro worka zarodkowego. To jądro z cytoplazmą worka zarodkowego nazywa się zwykle komórką centralną worka zarodkowego. Często jednak jądra polarne, które przesunęły się do środka, nie łączą się przed zapłodnieniem. Trzy jądra pozostałe na chalazalnym końcu worka zarodkowego są również rozdzielane na komórki; Nazywają się antypody.

Tak więc w wyniku trzech podziałów mitotycznych w worku zarodkowym powstaje 8 dziedzicznie identycznych jąder haploidalnych, z których tylko jedno daje początek jaju.

Rozważany schemat tworzenia ośmiojądrowego worka zarodkowego z jednej megaspory jest najbardziej typowy. Jednak w różnych grupach roślin proces ten przebiega bardzo różnie. W niektórych przypadkach, jak właśnie sprawdziliśmy, rozwój worka zarodkowego rozpoczyna się od jednego haploidalnego zarodnika (rozwój monosporyczny), w innych - od dwóch (typ bisporyczny) i czterech zarodników (typ tetrasporyczny).

Jak wskazaliśmy, w przypadku typu monosporycznego rozwija się tylko jedna megaspora z czterech, a pozostałe trzy ulegają zniszczeniu w podobny sposób, jak to ma miejsce w przypadku ciał redukcyjnych u zwierząt. Przy innych typach rozwoju worka zarodkowego zachowywana jest inna liczba megaspor, powstałych w wyniku mejozy i gotowych do dalszych podziałów mitotycznych.

Badając gametogenezę, nie można nie zdziwić się równoległością obserwowaną podczas dojrzewania komórek rozrodczych u zwierząt i roślin, mimo że ich rozbieżność (rozbieżność) w filogenezie nastąpiła na bardzo wczesnym etapie powstawania organizacji komórkowej. Wskazuje to na podobieństwo zasad konstruowania szeregu mechanizmów adaptacyjnych zarówno w świecie roślinnym, jak i zwierzęcym.

Zatem badanie rozwoju komórek rozrodczych u zwierząt i roślin wykazało, że tworzenie gamet jest złożonym procesem. Zanim komórka jajowa i plemnik połączą się podczas zapłodnienia, przechodzą szereg przemian. Jednakże komórki rozrodcze, podobnie jak komórki każdej innej tkanki, pochodzą z komórek somatycznych. Dlatego nie można ich uważać za coś odrębnego od ciała organizmu. Jednocześnie komórki płciowe mają również swoje własne cechy. Główne charakterystyczne punkty odróżniające je od komórek somatycznych to:

1. U różnych zwierząt i roślin, na różnych etapach różnicowania tkanek embrionalnych, komórki rozrodcze oddzielają się. Nazywa się proces powstawania i różnicowania gamet u zwierząt elementarny sposób.

2. W procesie rozwoju komórek rozrodczych szczególne znaczenie ma mejoza, której charakterystyczne etapy podziału jądrowego to profaza I, podczas której dochodzi do koniugacji chromosomów homologicznych, metafaza I i anafaza I, kiedy liczba chromosomów ulega zmniejszeniu i homologia chromosomy rozchodzą się do różnych biegunów.

3. Główną właściwością komórek rozrodczych jest ich zdolność do łączenia się w jedną podczas zapłodnienia, tworząc zygotę, która następnie ulega fragmentacji i rozwojowi. Komórki somatyczne z reguły nie mają tej zdolności.

W naturze istnieją dwa rodzaje rozmnażania organizmów żywych - bezpłciowy i seksualny.

Rozmnażanie bezpłciowe charakteryzuje się tym, że komórki potomne są całkowicie identyczne z komórkami rodzicielskimi pod względem treści informacji dziedzicznych, cech morfologicznych, anatomicznych i fizjologicznych (patrz sekcje „Botanika” i „Zoologia”).

Rozmnażanie płciowe charakteryzuje się wymianą informacji genetycznej pomiędzy samicami i samcami. Wymiana ta odbywa się na kilka sposobów:

1. tworzenie mostków cytoplazmatycznych, wzdłuż których męski chromosom przemieszcza się do komórki żeńskiej (typowe dla prokariotów);
2. koniugacja - tymczasowe połączenie i wymiana odcinków chromosomów (występujących w wirusach, bakteriach, orzęskach itp.);
3. tworzenie specjalnych haploidalnych komórek płciowych - gamet (charakterystyczne dla większości eukariontów). U różnych gatunków zwierząt i roślin komórki płciowe mają różną wielkość, kształt, strukturę i rozwój.

Rozwój komórek rozrodczych i zapłodnienie u zwierząt. Jaja (żeńskie komórki rozrodcze) u zwierząt są nieruchome, mają okrągły kształt, są pokryte dwiema błonami - żółtkiem i białkiem i zawierają rezerwowe składniki odżywcze niezbędne do rozwoju zarodka. Plemniki (męskie komórki rozrodcze) są znacznie mniejsze od jaj, są ruchliwe i mają kształt długiej nici składającej się z głowy, szyi i ogona. Głowa jest nieco rozszerzona, znajduje się w niej jądro, jej przedni koniec jest spiczasty.

Szyja zawiera centriolę, a ogon przypomina strukturą wici i jest organellą ruchu. Komórki płciowe rozwijają się w gonadach – jajnikach i jądrach. Wyróżniają 3 strefy:

1. w strefie rozrodu komórki pierwotne dzielą się wielokrotnie na drodze mitozy;
2. w strefie wzrostu pierwotne komórki rosną szybko, szczególnie podczas tworzenia jaj;
3. V strefa dojrzewania zachodzą dwa osobliwe podziały, w wyniku których w jądrach powstają cztery komórki haploidalne (n) o jednakowej wielkości, z których każda zamienia się w plemnik, a w jajnikach powstają również cztery komórki haploidalne, z których tylko jedna, duża , zamienia się w jajko, a trzy małe (ciała przewodnie) giną.

Mejoza to podział w strefie dojrzewania komórek rozrodczych, któremu towarzyszy zmniejszenie o połowę liczby chromosomów (tabela kolorów XIII). Składa się z dwóch specyficznych, kolejnych podziałów, które mają te same fazy co mitoza. Jednakże, jak pokazano w tabeli, czas trwania poszczególnych faz i procesów w nich zachodzących znacznie różni się od mitozy.

Różnice te są głównie następujące. W mejozie profaza I jest dłuższa. Polega na koniugacji homologicznych chromosomów i wymianie informacji genetycznej. W anafazie I centromery utrzymujące razem chromatydy nie dzielą się, a jeden z homologicznych chromosomów przemieszcza się do biegunów. Interfaza przed drugim podziałem jest bardzo krótka, podczas której DNA nie jest syntetyzowany. Komórki (gamety) powstałe w wyniku dwóch podziałów mejotycznych zawierają haploidalny (pojedynczy) zestaw chromosomów.

Zapłodnienie to proces połączenia komórki jajowej i plemnika, podczas którego przywracany jest diploidalny zestaw chromosomów. Zapłodnione jajo nazywa się zygotą.

Rozwój komórek rozrodczych i zapłodnienie roślin kwitnących następuje w kwiacie. Męskie genitalia komórki dojrzewają w pylniku. Zawiera wiele komórek diploidalnych, z których każda dzieli się przez mejozę i wytwarza 4 haploidalne ziarna pyłku. Każde ziarno pyłku jest podzielone przez mitozę i tworzy 2 komórki - wegetatywną i generatywną. Komórka generatywna dzieli się ponownie przez mitozę i tworzy 2 plemniki. Zatem dojrzałe ziarno pyłku zawiera trzy komórki - 1 wegetatywną i 2 plemniki.

Żeńskie komórki rozrodcze rozwijać się w komórce jajowej. Jedna z jego komórek dzieli się w wyniku mejozy i tworzy 4 komórki haploidalne. Spośród nich jeden dzieli się jeszcze trzy razy przez mitozę i tworzy 8 jąder haploidalnych woreczek zarodkowy, w którym 4 rdzenie znajdują się na jednym końcu i 4 na drugim. Następnie jedno jądro migruje z każdego końca do środka worka zarodkowego; łączą się, tworzą diploidalne jądro worka zarodkowego. Jedną z 3 komórek haploidalnych znajdujących się przy wejściu pyłku jest komórka jajowa.

Z naszego artykułu dowiesz się, czym jest gameta. Jest to specjalna komórka, której funkcje są ściśle wyspecjalizowane. Czym oni są? Rozwiążmy to razem.

Co to jest gameta: definicja

W tłumaczeniu z języka greckiego termin ten oznacza „żonę” lub „mąż”. To definiuje jego znaczenie możliwie najdokładniej. Gameta to komórka płciowa. W naturze występują dwie jego odmiany - męska i żeńska.

W każdym razie gamety powstają w wyniku podziału pierwotnych komórek rozrodczych. Jednocześnie zachowany jest ich diploidalny zestaw chromosomów. Powoduje to wzrost ich liczby. Proces powstawania gamet męskich i żeńskich ma swoje znaczące różnice. W ten sposób z jednego plemnika pierwotnego powstają cztery pełnoprawne komórki zdolne do zapłodnienia. W gametach żeńskich tylko jedno jajo nabywa tę zdolność.

Struktura jajka

Co to jest gameta żeńska? Zawsze jest to komórka stacjonarna zawierająca wystarczający zapas składników odżywczych niezbędnych do rozwoju przyszłego organizmu. Ma kształt okrągły lub kulisty. Jajo jest niezawodnie chronione przez kilka membran: żółtkowych, przezroczystych i zewnętrznych. Jego cytoplazma jest prawdziwym magazynem wtrąceń żółtka.

Cechy męskich komórek rozrodczych

Teraz zastanówmy się, czym jest męska gameta. Plemniki są zawsze znacznie mniejsze w porównaniu do komórek jajowych. Wynika to z faktu, że gamety męskie zawierają wyłącznie informację genetyczną. Dlaczego są pozbawione składników odżywczych? Faktem jest, że podstawą przyszłego organizmu jest właśnie jajo, które ma je w wystarczającej ilości.

Gamety roślin i zwierząt: podobieństwa i różnice

Męskie gamety zwierząt są mobilne. Plemnik składa się z trzech części: głowy, szyi i ogona. Pierwsza z nich zawiera rdzeń. Jego zestaw chromosomów jest haploidalny, czyli pojedynczy. Ta cecha strukturalna jest typowa dla wszystkich komórek rozrodczych. Główka plemnika zawiera również akrosom, czyli ciało wierzchołkowe. wytwarza specjalny enzym, który jest w stanie rozpuścić błony ochronne jaja. W szyi znajdują się centriole i mitochondria. Wytwarzają energię potrzebną do poruszania ogonem.

Męskie gamety roślin nazywane są plemnikami. W wyższych nasionach przedstawiciele tego królestwa znajdują się w pylnikach pręcików. Poruszają się za pomocą wiatru, owadów lub ludzi. Proces ich przenoszenia na piętno słupka nazywa się zapylaniem.

Co to jest gameta roślinna i gdzie się znajduje? Jeśli mówimy o jajku, to podobnie jak u roślin jest to nieruchoma komórka o owalnym kształcie. Znajduje się w dolnej rozwiniętej części słupka kwiatowego. Aby doszło do fuzji gamet, dwa plemniki przemieszczają się w kierunku gamety żeńskiej w miarę wzrostu jajowodu. W wyniku ich zapłodnienia powstaje nasiono.

U roślin zarodnikowych wyższych komórki płciowe dojrzewają w wyspecjalizowanych narządach - gametangiach. Organizmy te charakteryzują się wyraźną przemianą pokoleń w swoim cyklu życiowym.

Rozważmy ten proces na przykładzie mchów. Jego pokolenie płciowe jest reprezentowane przez zieloną „matę”. Składa się z pojedynczych roślin liściastych. Tworzą się na nich gametofity, w których dojrzewają komórki płciowe. W wyniku procesu zapłodnienia, który wymaga wody, wyrasta pokolenie bezpłciowe – sporofit. Wygląda jak pudełko na suchej łodydze. Dojrzewają w nim komórki rozmnażania bezpłciowego zwane zarodnikami. Dostają się do gleby i ponownie dają początek gametofitowi. W ten sposób fazy cyklu życia zastępują się nawzajem.

Wynik zapłodnienia

Zapłodnione jajo nazywa się zygotą. Jej zestaw chromosomów jest już diploidalny, czyli podwójny. U zwierząt zapłodnienie może być zewnętrzne lub wewnętrzne. W pierwszym przypadku dzieje się to poza ciałem kobiety. Metoda ta jest typowa dla ryb i płazów. Przy pomocy samca wprowadza plemnik do ciała samicy. Tam również następuje rozwój płodu, więc ta metoda jest bardziej postępowa.

U roślin najbardziej złożony proces fuzji gamet obserwuje się u roślin kwitnących. Nazywa się to podwójnym, ponieważ gameta żeńska i centralna komórka zarodkowa są połączone z plemnikiem. W rezultacie powstaje zarodek, rezerwowy składnik odżywczy zwany bielmem i skórka. A wszystko razem - ziarno.

Zygota zaczyna się fragmentować. W tym przypadku powstaje zarodek. Na początku składa się z jednej warstwy. Nazywa się to blastulą. Następnie rozpoczyna się układanie tkanek i przyszłych narządów. W tym okresie nazywa się to gastrula. Tworzenie się zarodka trwa dalej wraz z ułożeniem trzech listków zarodkowych, z których rozwijają się określone narządy i ich układy.

W naszym artykule sprawdziliśmy, czym jest gameta i zygota. Struktury te są nośnikami informacji dziedzicznej i dają początek nowemu organizmowi.

(komórki płciowe), które łączą się podczas rozmnażania płciowego, tworząc nową komórkę zwaną zygotą. Gamety męskie to plemniki, gamety żeńskie to komórki jajowe. W roślinach nasiennych pyłkiem jest plemnik męski wytwarzający gametofit. Gamety żeńskie (jaja) znajdują się w jajniku rośliny. U zwierząt gamety powstają u samców i samic. Plemniki są ruchliwe i mają długi ogon przypominający ogon. Jednak jaja nie są ruchliwe i są stosunkowo duże w porównaniu do męskich gamet.

Tworzenie gamet

Gamety powstają w wyniku podziału komórek zwanego. Ten dwuetapowy proces podziału daje cztery, które są haploidalne. zawierać tylko jeden zestaw. Kiedy haploidalne gamety męskie i żeńskie łączą się w procesie zwanym zapłodnieniem, tworzą zygotę. Zygota zawiera dwa zestawy chromosomów.

Rodzaje gamet

Niektóre gamety męskie i żeńskie mają ten sam rozmiar i kształt, podczas gdy inne różnią się rozmiarem i kształtem. U niektórych gatunków glonów zarówno glony męskie, jak i żeńskie są prawie identyczne i zwykle są równie ruchliwe. Połączenie tych typów gamet jest znane jako . U niektórych organizmów gamety mają różne rozmiary i kształty, a ich połączenie nazywa się heterogamią. Rośliny wyższe, zwierzęta, a także niektóre gatunki glonów i grzybów wykazują szczególny rodzaj anizogamii, zwany. W oogamii gameta żeńska nie jest ruchliwa i jest znacznie większa niż gameta męska.

Gamety i zapłodnienie

Występuje, gdy gamety męskie i żeńskie łączą się. U organizmów zwierzęcych połączenie plemnika i komórki jajowej następuje w jajowodach żeńskiego układu rozrodczego. Podczas stosunku płciowego uwalniane są miliony plemników, które przedostają się z pochwy do jajowodów.

Plemnik jest specjalnie przystosowany do zapłodnienia komórki jajowej. Region głowy jest pokryty czapeczką zwaną akrosomem, który zawiera enzymy pomagające plemnikowi przedostać się do gonad (zewnętrznej powłoki błony komórki jajowej). Po dotarciu do komórki jajowej główka plemnika łączy się z komórką jajową. Penetracja przez osłonę przezroczystą (błonę otaczającą błonę komórkową jaja) powoduje uwolnienie substancji, które zmieniają osłonę przezroczystą i uniemożliwiają zapłodnienie komórki jajowej przez inne plemniki. Proces ten jest krytyczny, ponieważ zapłodnienie wieloma plemnikami, czyli polispermia, powoduje powstanie zygoty z dodatkowymi chromosomami. Zjawisko to jest śmiertelne dla zygoty.

Po zapłodnieniu dwie haploidalne gamety stają się jedną diploidalną komórką lub zygotą. U ludzi oznacza to, że zygota będzie miała 23 pary, co daje łącznie 46 chromosomów. Zygota będzie nadal się dzielić i ostatecznie dojrzeje do w pełni funkcjonującego organizmu. dziedziczenie chromosomów płciowych. Plemniki mogą mieć jeden z dwóch typów chromosomów płciowych – X lub Y. Jajo ma tylko jeden typ chromosomu płciowego – X. Jeśli plemnik z chromosomem Y zapłodni komórkę jajową, powstały osobnik będzie płci męskiej (XY). Jeśli plemnik z chromosomem X zapłodni komórkę jajową, powstałym osobnikiem będzie kobieta (XX).