Как уже упоминалось выше, существуют две основные формы размножения – бесполое и половое. При половом размножении образуются особые клетки – гаметы. Гаметы отличаются от клеток тела тем, что имеют гаплоидный, то есть половинный набор хромосом. Например, если в клетках тела человека содержится 46 хромосом, то в гаметах их всего – 23. Биологический смысл полового размножения состоит в создании новых комбинаций генов.
Гаметы образуются в процессе гаметогенеза. В основе этого процесса лежит особый способ деления мейоз. Мейоз – это способ деления, в результате которого число хромосом, свойственное клеткам тела, уменьшается вдвое.
Мейозу предшествует интерфаза, в результате которой количество ДНК в клетке возрастает вдвое. Каждая хромосома удваивается и состоит из двух хроматид. Хроматиды впоследствии станут сестринскими хромосомами.
Мейоз состоит из двух последовательных делений. Чтобы отличить первое деление от второго, фазы первого деления обозначают цифрой 1, а второго деления цифрой 2. Таким образом, первое деление мейоза состоит из профазы 1,метафазы 1, анафазы 1 и телофазы 1.
Профаза 1 очень сложна и состоит из ряда последовательных стадий подготовки хромосом к делению. Во время профазы 1 происходит синапсис гомологичных хромосом. Результатом этого процесса является обмен участками между гомологичными хромосомами, называемый перекрестом или кроссинговером. При этом гомологичные хромосомы образуют так называемые тетрады, когда обмен идет фактически между 4 хромосомами.
В метафазе 1 хромосомы выстраиваются по экватору. При этом расположение материнских и отцовских хромосом гомологичных пар и по отношению к полюсам деления часто случайно и не зависит от положения других пар.
В анафазе 1 гомологичные хромосомы отделяются друг от друга и расходятся к противоположным полюсам. Каждая хромосома на этой стадии состоит из двух дочерних хроматид. Причем, направление движения каждой гомологичной пары не зависит от направления других. Это способствует комбинированию хромосом отцовского и материнского наборов.
Телофаза 1 завершает первый эта мейоза. Образовавшиеся ненадолго дочерние ядра несут гаплоидный набор хромосом. При этом каждая хромосома все ещё состоит из двух хроматид. Сущность второго деления мейоза, как раз и состоит, в разделении этих хроматид.
В промежутке между первым и вторым делением мейоза, называемом интеркиназом, удвоения ДНК не происходит. После очень короткой профазы 2 наступает метафаза 2, где хромосомы выстраиваются по экватору. Они представляют собой гаплоидный набор хромосом, но все ещё состоят из двух сестринских хроматид. В анафазе 2 происходит разделение сестринских хроматид и они, наконец, становятся отдельными хромосомами. Эти хромосомы расходятся к полюсам деления. Второе деление мейоза завершается образованием гаплоидных ядер и половых клеток гамет.
Таким образом, в процессе мейоза происходит редукция хромосомногонабора. Этот процесс необходим для того, чтобы при оплодотворении и слиянии гамет происходило восстановление исходного набора хромосом, характерного для клеток тела. Мейоз обеспечивает также расширение спектра комбинативной изменчивости.
Гаметогенез у животных.
Мейоз, как уже подчеркивалось, является составной частью процесса гаметогенеза. Рассмотрим теперь особенности гаметогенеза и оплодотворения у растений и животных.
У многоклеточных животных гаметогенез проходит три стадии. На первой стадии происходит митотическое деление предшественников гамет. На второй стадии происходит мейоз. Третья стадия состоит в формировании половых клеток сперматозоидов и яйцеклеток. На этой стадии, у яйцеклеток формируются зародышевые оболочки, а у сперматозоидов – жгутики.
Процесс формирования сперматозоидов называется сперматогенезом, а процесс формирования яйцеклеток – овогенезом.
Образование гамет связано с процессом оплодотворения. Оплодотворение – это слияние мужской и женской гамет. Этот процесс состоит из двух стадий. На первой стадии, которая называется сингамия, происходит слияние клеток. На второй стадии, называемой кариогамия, происходит слияние ядер. В результате образуется клетка зигота, из которой развивается новый организм.
В процессе оплодотворения осуществляются следующие важные генетические явления, необходимые для нормального существования вида. Во-первых, происходит восстановление двойного, то есть диплоидного набора хромосом. Во-вторых, этот процесс обеспечивает материальную непрерывность межу поколениями, следующими друг за другом. В-третьих, происходит объединение в одном индивидууме наследственных свойств и отцовского и материнского организмов.
1) У животных оплодотворение проходит ряд фаз.
2) Проникновение сперматозоида в яйцеклетку.
3) Подготовка слияния сперматозоида с ядром яйцеклетки.
4) Слияние сперматозоида с ядром яйцеклетки.
Детали этого процесса очень варьируют и специфичны для каждого вида, что препятствует межвидовому скрещиванию.