Процесс гаметогенеза: овогенез, сперматогенез и оплодотворение

Гаметы — это половые гаплоидные клетки, которые предназначены для оплодотворения и образования нового диплоидного организма.

• У животных они образуются из диплоидных соматических клеток организма путём мейоза.
• У растений они образуются из гаплоидных клеток гаметофитов путём митоза.

Яйцеклетка — это крупная неподвижная клетка с большим запасом питательных веществ, который обеспечивает развитие зародыша, и очень прочной оболочкой, для растворения которой нужны специальные видоспецифичные ферменты (для предотвращения попадания в яйцеклетку сперматозоидов чужого вида).

Сперматозоид — это мелкая подвижная (за счёт наличия жгутика) клетка без запаса питательных веществ. У животных он состоит из головки, где располагается гаплоидное ядро, шейки, где расположены митохондрии, и хвоста — жгутика. На «носу» сперматозоида располагается акросома — видоизменение комплекса Гольджи в виде пузырька с ферментами, которые могут растворить оболочку яйцеклетки, что необходимо для оплодотворения.

• У высших растений сперматозоиды неподвижные, без жгутиков, и называются спермии.

Процесс образования яйцеклеток называется овогенез, процесс образования сперматозоидов — сперматогенез.

Эти процессы во многом похожи:

• протекают в половых железах у животных (в семенниках — сперматогенез, в яичниках — овогенез);
• начинаются с первой фазы — размножения, деления митозом соматических клеток половых желёз с образованием диплоидных предшественников половых клеток — сперматогониев и оогониев;
• затем происходит вторая фаза — роста, интерфаза перед мейозом, в которую происходит репликация ДНК и накопление питательных веществ;
• а затем третья фаза — созревания, мейоз, в ходе которого образуются 4 гаплоидные половые клетки.

Но имеют и существенные отличия:

• в овогенезе в фазе роста накапливается намного больше питательных веществ, чтобы обеспечить питание зародыша;
• в овогенезе при каждом мейозе деление накопленных питательных веществ неравномерно — образуется одна яйцеклетка, получающая весь запас питательных веществ, и три полярных (направительных) тельца, не имеющие запасов питательных веществ и не участвующие в оплодотворении;
• в сперматогенезе есть четвёртая фаза формирования, в которой неподвижные сперматиды, образовавшиеся в фазе созревания, меняют форму, приобретают акросому и получают возможность к движению;
• овогенез начинается на эмбриональной стадии развития, когда проходит фаза размножения и образуются оогонии, которые в течении жизни будут только погибать, и не будут образовываться заново, а фазы роста и созревания протекают с момента полового созревания и до 50 лет (примерно);
  сперматогенез начинается в период полового созревания и длится практически всю жизнь (все фазы).

Виды, у которых развитие мужских и женских гамет происходит у разных особей (самцов и самок), называют раздельнополыми. Это круглые черви, головоногие моллюски, членистоногие, рыбы, амфибии, рептилии, птицы и млекопитающие. Виды, у которых мужские и женские гаметы образуются в одном организме, называют гермафродиты. Это плоские и кольчатые черви, брюхоногие и двустворчатые моллюски.

Виды растений, у которых мужские и женские гаметы образуются на разных растениях, называют двудомными (ива, осина, тополь, облепиха), а виды, у которых разные гаметы образуются на одном растении — однодомными (большинство растений).

Оплодотворение бывает:

Наружное — когда встреча гамет происходит во внешней среде, и там же происходит дальнейшее развитие организма.

• При таком типе оплодотворения очень велика роль факторов окружающей среды, многие гаметы могут вообще не встретиться, многие гаметы и зиготы могут погибнуть, поэтому при таком типе оплодотворения организмы вынуждены образовывать очень большое количество гамет (с запасом) и тратят на это много энергии.
• Наружное оплодотворение встречается преимущественно у кольчатых червей, моллюсков, рыб и амфибий.
• У растений есть аналог наружного оплодотворения у споровых растений и водорослей, когда встреча гамет происходит в воде.

Внутреннее — когда встреча гамет происходит в половых путях самки. Развитие зародыша после оплодотворения также происходит внутри материнского организма хотя бы на ранних этапах.

• При таком типе оплодотворение практически не зависит от факторов окружающей среды, у гамет и зигот высокая выживаемость, и организмы могут производить гораздо меньше гамет с меньшими затратами энергии.
• Такой тип оплодотворения характерен для плоских и круглых червей, насекомых, рептилий, птиц и млекопитающих.

У человека оплодотворение внутреннее, как и у всех млекопитающих, и происходит в расширенной части маточных (фаллопиевых) труб в течение суток после выхода зрелой яйцеклетки из фолликула яичника (овуляции). После оплодотворения благодаря движению ресничного эпителия маточной трубы оплодотворённая яйцеклетка продвигается к полости матки. В процессе происходит дробление, и только на стадии бластоцисты, примерно на 5 день после оплодотворения зародыш прикрепляется к эндотелию матки, где и происходит его дальнейшее развитие.

В создании половых клеток (гаметогенезе) участвуют:

• Яйцеклетки — крупные, с запасом питания
• Сперматозоиды — мелкие, подвижные

Оплодотворение — слияние клеток в зиготу, бывает:

• Наружное — в воде (рыбы, лягушки)
• Внутреннее — в организме (птицы, звери, человек)