Статеве розмноження

Статеве розмноження спостерігається у представників усіх типів рослинного і тваринного світу. Воно пов'язане з утворенням особливих статевих клітин: жіночих — яйцеклітин і чоловічих — сперматозоонів (згідно з Міжнародною гістологічною номенклатурою, вживаний раніше термін "сперматозоїд" застосовують для позначення рухливих чоловічих гамет рослин). Для статевих клітин (гамет) характерне одинарне (гаплоїдне) число хромосом. Крім того, вони різняться за співвідношенням об'ємів цитоплазми і ядра (порівняно із соматичними).

Чоловічі статеві клітини — сперматозоони — зазвичай дуже малі і рухливі. Типові сперматозоони мають головку, шийку і хвіст. Головка майже цілком складається з ядра, вкритого тонким шаром цитоплазми. Спереду на головці є гострий, твердий горбик, який сприяє проникненню сперматозоона в яйцеклітину. До складу шийки вхолить цитоплазма, в якій е центріоль (складова частина клітинного центру, або центросоми), мітохондрії та АТФ як джерело енергії для забезпечення руху сперматозоона. Хвіст сперматозоона складається з тонких волокон, вкритих цитоплазматичним циліндром; це орган руху. Загальна довжина сперматозоона у ссавців і людини становить 5060 мкм. Кількість сперматозоонів дуже велика (у ссавців їх упродовж життя дозріває сотні мільйонів).

Жіночі статеві клітини (яйцеклітини) нерухливі і, як правило, більші від сперматозоонів. Зазвичай вони мають кулясту або овальну форму і різну будову оболонок. У ссавців розміри яйцеклітин порівняно невеликі і становлять 100—200 мкм у діаметрі. В інших хребетних (риб, амфібій, плазунів, птахів) яйцеклітини великі. У їхній цитоплазмі міститься велика кількість поживних речовин. У птахів, наприклад, яйцеклітиною є та частина яйця, яку зазвичай називають жовтком. Діаметр яйцеклітини курки становить 3—3,5 см, а страуса — 10—11 см. Ці яйдеклітини вкриті кількома оболонками складної будови (шар білка, підшкаралупова і шкаралупова оболонки тощо), які забезпечують нормальний розвиток зародка.

Яйцеклітин утворюється значно менше, ніж сперматозоонів. Наприклад, у жінки упродовж життя дозріває близько 400 яйцеклітин.

Мейоз, або редукційний поділ, — своєрідний тип поділу ядра еукаріотів, для яких властиве статеве розмноження. Характерним для нього є зменшення числа хромосом і кількості ДНК вдвічі. Це досягається за рахунок двох послідовних поділів з одноразовим подвоєнням числа хромосом. У кожному з поділів клітин є профаза, метафаза, анафаза і телофаза. Найважливіші процеси відбуваються в профазі першого поділу, який має найбільшу тривалість. На початку профази кожна хромосома складається з двох спіралізованих хроматид, сполучених між собою в місці центромери. Згодом гомологічні хромосоми наближаються одна до одної і кон'югують між собою. Вони тісно прилягають одна до одної по всій довжині й обвиваються та перехрещуються. При цьому утворюються перехрести і може відбуватися обмін ділянками між хромосомами. Це явище має велике біологічне значення, оскільки забезпечує Рекомбінацію генетичної інформації у майбутніх гамет.

Внаслідок кон'югації в клітині утворюються тетради — комплекси з чотирьох хроматид. Число тетрад дорівнює гаплоїдному набору хромосом (у клітинах статевих залоз людини в цей період гаметогенезу 23 тетради). Потім настає метафаза першого поділу мейозу, коли тетради розміщуються в площині екватора. В анафазу кожна тетрада ділиться навпіл і до полюсів відходять цілі хромосоми, які мають по дві хроматиди. В телофазу під час поділу цитоплазми на дві дочірні клітини в кожну з них потрапляє по одній із кожної пари гомологічних хромосом. Отже, внаслідок першого поділу утворюються дві клітини, в яких число хромосом зменшене вдвічі, але кожна з них містить подвійну кількість ДНК (тобто хромосоми двохроматидні). Інтерфаза після першого поділу дуже коротка (у деяких організмів у цей час навіть не формуються ядерні оболонки), синтез ДНК в цю інтерфазу не відбувається, і майже відразу настає другий мейотичний поділ. У результаті в кінці мейозу утворюються чотири клітини з половинним (гаплоїдним) набором хромосом.

Мал. 1. Схема поведінки хромосом під час мейозу (гіпотетична клітина, 2п = 6):

а — перший поділ; б — другий поділ; 1—4 — профаза (видно кон'югацію і перехрестя хромосом); 5 — метафаза; Є — анафаза; 7 — телофаза; 8 — інтерфаза (число хромосом стало гаплоїдним за подвійного вмісту ДНК); 9 — метафаза; 10 — анафаза; //, 12 — телофаза. Кожна із чотирьох утворених клітин з гаплоїдним набором хромосом містить різну спадкову інформацію (на малюнку — темні і світлі ділянки)

У більшості організмів ці клітини згодом перетворюються на гамети (статеві клітини). Внаслідок злиття чоловічої і жіночої статевих клітин з гаплоїдним набором утворюється зигота, в якій відновлюється диплоїдний набір хромосом.Отже, мейоз насамперед забезпечує підтримання сталості числа хромосом в усіх поколіннях організмів, які розмножуються статевим шляхом. Якби не було мейозу, то гамети містили б диплоїдний набір хромосом, а в зиготі кожного наступного покоління число хромосом збільшувалося б удвічі. Друга важлива функція мейозу полягає в тому, що під час його послідовних поділів відбувається перекомбінування генетичного матеріалу між утворюваними гаметами. В результаті виникає велика різноманітність комбінацій спадкових ознак у наступному поколінні організмів (див. "Основи генетики і селекції").