Яйцеклетка кролика в 3000 раз меньше яйцеклетки лягушки содержит мало питательных веществ почему

По статистике, ранняя овуляция, ановуляция и другие нарушения овуляции ответственны примерно за 30% случаев женского бесплодия. В половине случаев при ановуляции нормальные фолликулы вообще не образуются и, соответственно, не могут созреть и выпустить яйцеклетку.

Подробно и наглядно разбираем гаметогенез: сперматогенез и овогенез. Фаза размножения, роста, созревания и формирования. Наружное и внутреннее оплодотворение.

У многоклеточных животных, размножающихся половым способом, онтогенез подразделяется на эмбриональный (от образования зиготы до рождения

<p><strong><em>Статья на конкурс «Био/Мол/Текст»:</em></strong> Наш организм — это сложнейшая машина с многочисленными уровнями регуляции, но начинало

Лекция № 16. Онтогенез многоклеточных животных, размножающихся половым способом

Онтогенез — индивидуальное развитие особи, совокупность ее взаимосвязанных преобразований, закономерно совершающихся в процессе осуществления жизненного цикла от момента образования зиготы до смерти.

У многоклеточных животных, размножающихся половым способом, онтогенез подразделяется на эмбриональный (от образования зиготы до рождения или выхода из яйцевых оболочек) и постэмбриональный (от выхода из яйцевых оболочек или рождения до смерти организма) периоды. Зигота образуется в результате слияния мужской и женской половых клеток — гамет. Гаметы формируются в половых железах в зависимости от организма, мужского или женского. Процесс развития гамет называется гаметогенезом. Процесс образования сперматозоидов называется сперматогенезом, а образование яйцеклеток — овогенезом.

Cперматогенез

Фазы сперматогенеза:
1 — фаза размножения; 2 — фаза роста; 3 — фаза созревания; 4 — фаза формирования.

Сперматогенез осуществляется в семенниках и подразделяется на четыре фазы: 1) размножения, 2) роста, 3) созревания, 4) формирования. Во время фазы размножения диплоидные сперматогонии многократно делятся митозом. Часть образовавшихся сперматогониев может подвергаться повторным митотическим делениям, в результате чего образуются такие же клетки сперматогонии. Другая часть прекращает делиться и увеличивается в размерах, вступая в следующую фазу сперматогенеза — фазу роста.

Фаза роста соответствует интерфазе 1 мейоза, т.е. во время нее происходит подготовка клеток к мейозу. Главным событием фазы роста является репликация ДНК. Во время фазы созревания клетки делятся мейозом; во время первого деления мейоза они называются сперматоцитами 1-го порядка, во время второго — сперматоцитами 2-го порядка. Из одного сперматоцита 1-го порядка возникают четыре гаплоидные сперматиды. Фаза формирования характеризуется тем, что первично шаровидные сперматиды подвергаются ряду сложных преобразований, в результате которых образуются сперматозоиды. В нем участвуют все элементы ядра и цитоплазмы.

У человека сперматогенез начинается в период полового созревания; срок формирования сперматозоида — три месяца, т.е. каждые три месяца сперматозоиды обновляются. Сперматогенез происходит непрерывно и синхронно в миллионах клеток.

Строение сперматозоида

Строение сперматозоида: 1 — «головка»; 2 — «шейка»; 3 — средняя часть; 4 — жгутик; 5 — акросома; 6 — ядро; 7 — центриоли; 8 — митохондрии.

Сперматозоид млекопитающих имеет форму длинной нити. Длина сперматозоида человека 50–60 мкм. В строении сперматозоида можно выделить «головку», «шейку», промежуточный отдел и хвостик. В головке находится ядро и акросома. Ядро содержит гаплоидный набор хромосом. Акросома — мембранный органоид, содержащий ферменты, используемые для растворения оболочек яйцеклетки. В шейке расположены две центриоли, в промежуточном отделе — митохондрии. Хвостик представлен одним, у некоторых видов — двумя и более жгутиками. Жгутик является органоидом движения и сходен по строению со жгутиками и ресничками простейших. Для движения жгутиков используется энергия макроэргических связей АТФ, синтез АТФ происходит в митохондриях.

Сперматозоид открыт в 1677 году А. Левенгуком.

Овогенез

Осуществляется в яичниках, подразделяется на три фазы: 1) размножения, 2) роста, 3) созревания.

Во время фазы размножения диплоидные овогонии многократно делятся митозом. Фаза роста соответствует интерфазе 1 мейоза, т.е. во время нее происходит подготовка клеток к мейозу: клетки значительно увеличиваются в размерах вследствие накопления питательных веществ. Главным событием фазы роста является репликация ДНК. Во время фазы созревания клетки делятся мейозом. Во время первого деления мейоза они называются овоцитами 1-го порядка. В результате первого мейотического деления возникают две дочерние клетки: мелкая, называемая первым полярным тельцем, и более крупная — овоцит 2-го порядка. Во время второго мейотического деления овоцит 2-го порядка делится с образованием яйцеклетки и второго полярного тельца, а первое полярное тельце — с образованием третьего и четвертого полярных телец. Таким образом, в результате мейоза из одного овоцита 1-го порядка образуются одна яйцеклетка и три полярных тельца.

Фазы овогенеза:
1 — фаза размно­жения; 2 — фаза роста; 3 — фаза созре­вания.

В отличие от образования сперматозоидов, которое происходит только после достижения половой зрелости, процесс образования яйцеклеток у человека начинается еще в эмбриональном периоде и течет прерывисто. У зародыша полностью осуществляются фазы размножения и роста и начинается фаза созревания. К моменту рождения девочки в ее яичниках находятся сотни тысяч овоцитов 1-го порядка, остановившихся, «застывших» на стадии диплотены профазы 1 мейоза — первый блок овогенеза.

В период полового созревания мейоз возобновится: примерно каждый месяц под действием половых гормонов один из овоцитов (редко два) будет доходить до метафазы 2 мейоза — второй блок овогенеза. Мейоз может пройти до конца только при условии оплодотворения; если оплодотворение не происходит, овоцит 2-го порядка погибает и выводится из организма.

Строение яйцеклеток

Форма яйцеклеток обычно округлая. Размеры яйцеклеток колеблются в широких пределах — от нескольких десятков микрометров до нескольких сантиметров (яйцеклетка человека — около 120 мкм). К особенностям строения яйцеклеток относятся: наличие оболочек, располагающихся поверх плазматической мембраны и наличие в цитоплазме более или менее большого количества запасных питательных веществ.

Яйцеклетка млекопитающих:
1 — пронук­леус на стадии мета­фазы 2; 2 — блес­тящая оболочка; 3 — лучис­тая оболочка; 4 — первое поляр­ное тельце.

У большинства животных яйцеклетки имеют дополнительные оболочки, располагающиеся поверх цитоплазматической мембраны. В зависимости от происхождения различают: первичные, вторичные и третичные оболочки. Первичные оболочки формируются из веществ, выделяемых овоцитом. Образуется слой, контактирующий с цитоплазматической мембраной яйцеклетки. Он выполняет защитную функцию, обеспечивает видовую специфичность проникновения сперматозоида, т.е. не позволяет сперматозоидам других видов проникать в яйцеклетку. У млекопитающих эта оболочка называется блестящей. Вторичные оболочки образуются выделениями фолликулярных клеток яичника, имеются далеко не у всех яйцеклеток. Вторичная оболочка яиц насекомых содержит канал — микропиле, через который сперматозоид проникает в яйцеклетку. Третичные оболочки образуются за счет деятельности специальных желез яйцеводов. Например, из секретов особых желез формируются белковая, подскорлуповая пергаментная, скорлуповая и надскорлуповая оболочки у птиц и рептилий.

Вторичные и третичные оболочки образуются у яйцеклеток животных, зародыши которых развиваются во внешней среде. Поскольку у млекопитающих наблюдается внутриутробное развитие, их яйцеклетки имеют только первичную оболочку, поверх которой располагается лучистый венец — слой фолликулярных клеток, доставляющих к яйцеклетке питательные вещества.

В яйцеклетках происходит накопление запаса питательных веществ, которые называют желтком. Он содержит жиры, углеводы, РНК, минеральные вещества, белки, причем основную его массу составляют липопротеиды и гликопротеиды. Желток содержится в цитоплазме в виде желточных гранул. Количество питательных веществ, накапливаемых в яйцеклетке, зависит от условий, в которых происходит развитие зародыша. Если развитие яйцеклетки происходит вне организма матери и приводит к формированию крупных животных, то желток может составлять более 95% объема яйцеклетки. Яйцеклетки млекопитающих, развивающиеся внутри тела матери, содержат малое количество желтка — менее 5%, так как питательные вещества, необходимые для развития, эмбрионы получают от матери.

Типы яйцеклеток хордовых животных:
1 — алецитальная; 2 — изоле­цитальная; 3 — умеренно телолеци­тальная; 4 — резко тело­лецитальная.

В зависимости от количества содержащегося желтка различают следующие типы яйцеклеток: алецитальные (не содержат желтка или имеют незначительное количество желточных включений — млекопитающие, плоские черви); изолецитальные (с равномерно распределенным желтком — ланцетник, морской еж); умеренно телолецитальные (с неравномерно распределенным желтком — рыбы, земноводные); резко телолецитальные (желток занимает большую часть, и лишь небольшой участок цитоплазмы на анимальном полюсе свободен от него — птицы).

В связи с накоплением питательных веществ, у яйцеклеток появляется полярность. Противоположные полюсы называются вегетативным и анимальным. Поляризация проявляется в том, что происходит изменение местоположения ядра в клетке (оно смещается в сторону анимального полюса), а также в особенностях распределения цитоплазматических включений (во многих яйцах количество желтка возрастает от анимального к вегетативному полюсу).

Яйцеклетка человека была открыта в 1827 году К.М. Бэром.

Оплодотворение

Процесс слияния мужской и женской половых клеток, приводящий к образованию зиготы, которая дает начало новому организму, называется оплодотворением. Собственно процесс оплодотворения начинается с момента контакта сперматозоида и яйцеклетки. В момент такого контакта плазматическая мембрана акросомального выроста и прилежащая к ней часть мембраны акросомального пузырька растворяются, фермент гиалуронидаза и другие биологически активные вещества, содержащиеся в акросоме, выделяются наружу и растворяют участок яйцевой оболочки. Чаще всего сперматозоид полностью втягивается в яйцо, иногда жгутик остается снаружи и отбрасывается. С момента проникновения сперматозоида в яйцо гаметы перестают существовать, так как образуют единую клетку — зиготу. Ядро сперматозоида набухает, его хроматин разрыхляется, ядерная оболочка растворяется, и он превращается в мужской пронуклеус. Это происходит одновременно с завершением второго деления мейоза ядра яйцеклетки, которое возобновилось благодаря оплодотворению. Постепенно ядро яйцеклетки превращается в женский пронуклеус. Пронуклеусы перемещаются к центру яйцеклетки, происходит репликация ДНК, и после их слияния набор хромосом и ДНК зиготы становится «2n 4c». Объединение пронуклеусов и представляет собой собственно оплодотворение. Таким образом, оплодотворение заканчивается образованием зиготы с диплоидным ядром.

Оплодотворение — необратимый процесс, то есть однажды оплодотворенное яйцо не может быть оплодотворено вновь.

В зависимости от количества особей, принимающих участие в половом размножении, различают: перекрестное оплодотворение — оплодотворение, в котором принимают участие гаметы, образованные разными организмами; самооплодотворение — оплодотворение, при котором сливаются гаметы, образованные одним и тем же организмом (ленточные черви).

Эмбриональный период

Дробление — это ряд последовательных митотических делений зиготы, в результате которых огромный объем цитоплазмы яйца разделяется на многочисленные, содержащие ядра клетки меньшего размера. В результате дробления образуются клетки, которые называют бластомерами. Дробление от обычного деления отличает то, что вновь образовавшиеся бластомеры не увеличиваются в размерах. Это становится возможным вследствие выпадения пресинтетического периода интерфазы. При этом синтетический период интерфазы начинается в телофазе предшествующего митоза. Таким образом, количество бластомеров постепенно увеличивается, а их общий объем практически не изменяется. Цитоплазма клеток при дроблении делится путем возникновения впячиваний оболочки клетки (борозды дробления).

Дробление яйцеклетки амфибий (лягушка): 1 — двуклеточная стадия; 2 — четырех­клеточная стадия; 3 — восьми­клеточная стадия;
4 — переход от восьми- к шестнад­цати­клеточной стадии (клетки анималь­ного полюса уже поделились, а клетки вегета­тивного
только начинают дробиться); 5 — более поздняя стадия дробления; 6 — бластула; 7 — бластула в разрезе.

Биологическое значение процесса дробления: благодаря повторяющимся циклам репродукции, происходит размножение генотипа зиготы; происходит накопление клеточной массы для дальнейших преобразований, зародыш из одноклеточного превращается в многоклеточный.

Деление бластомеров бывает синхронным и несинхронным. У большинства видов оно несинхронно с самого начала развития, у других становится таковым уже после первых делений.

Характер дробления определяется, прежде всего, строением яйцеклетки, главным образом, количеством желтка и особенностями его распределения в цитоплазме. В этой связи по способу дробления выделяют два основных типа яиц: полностью дробящиеся и дробящиеся частично. Полным дробление называется тогда, когда цитоплазма яйцеклетки полностью разделяется на бластомеры. Оно может быть равномерным — все образовавшиеся бластомеры имеют одинаковые размеры и форму (характерно для алецитальных и изолецитальных яйцеклеток) и неравномерным — образуются неравные по размерам бластомеры (свойственно телолецитальным яйцеклеткам с умеренным содержанием желтка). Мелкие бластомеры возникают у анимального полюса, крупные — в области вегетативного полюса зародыша.

Различные виды дробления: А — полное; Б — частичное; В — дискоидальное.

Частичное дробление — тип дробления, при котором цитоплазма яйцеклетки не полностью разделяется на бластомеры. Одним из видов частичного дробления является дискоидальное, при котором дроблению подвергается только лишенный желтка участок цитоплазмы у анимального полюса, где находится ядро. Участок цитоплазмы, подвергшийся дроблению, называется зародышевым диском. Этот тип дробления характерен для резко телолецитальных яиц с большим количеством желтка (рептилии, птицы, рыбы).

Дробление у представителей разных групп животных имеет свои особенности, однако завершается оно образованием близкой по строению структуры — бластулы.

Бластула — однослойный зародыш. Она состоит из слоя клеток — бластодермы, ограничивающей полость — бластоцель. Бластула начинает формироваться на ранних этапах дробления благодаря расхождению бластомеров. Возникающая при этом полость заполняется жидкостью. Строение бластулы во многом зависит от типа дробления.

Целобластула (типичная бластула) образуется при равномерном дроблении. Имеет вид однослойного пузырька с большим бластоцелем (ланцетник).

Амфибластула образуется при дроблении телолецитальных яиц; бластодерма построена из бластомеров разного размера: микромеров на анимальном и макромеров на вегетативном полюсах. Бластоцель при этом смещается в сторону анимального полюса (земноводные).

Типы бластул: 1 — целобластула; 2 — амфибластула; 3 — дискобластула; 4 — бластоциста; 5 — эмбриобласт; 6 — трофобласт.

Дискобластула образуется при дискоидальном дроблении. Полость бластулы имеет вид узкой щели, находящейся под зародышевым диском (птицы).

Бластоциста представляет собой однослойный пузырек, заполненный жидкостью, в котором различают эмбриобласт (из него развивается зародыш) и трофобласт, обеспечивающий питание зародыша (млекопитающие).

Гаструла:
1 — эктодерма; 2 — энтодерма; 3 — бластопор; 4 — гастроцель.

После того как сформировалась бластула, начинается следующий этап эмбриогенеза — гаструляция (образование зародышевых листков). В результате гаструляции образуется двухслойный, а затем трехслойный зародыш (у большинства животных) — гаструла. Первоначально образуются наружный (эктодерма) и внутренний (энтодерма) слои. Позже между экто- и энтодермой закладывается третий зародышевый листок — мезодерма.

Зародышевые листки — отдельные пласты клеток, занимающие определенное положение в зародыше и дающие начало соответствующим органам и системам органов. Зародышевые листки возникают не только в результате перемещения клеточных масс, но и в результате дифференциации сходных между собой, сравнительно однородных клеток бластулы. В процессе гаструляции зародышевые листки занимают положение, соответствующее плану строения взрослого организма. Дифференциация — процесс появления и нарастания морфологических и функциональных различий между отдельными клетками и частями зародыша. В зависимости от типа бластулы и от особенностей перемещения клеток, различают следующие основные способы гаструляции: инвагинация, иммиграция, деламинация, эпиболия.

Типы гаструл: 1 — инвагинационная; 2 — эпиболическая; 3 — иммиграционная; 4 — деламинационная;
а — эктодерма; б — энтодерма; в — гастроцель.

При инвагинации один из участков бластодермы начинает впячиваться внутрь бластоцеля (у ланцетника). При этом бластоцель практически полностью вытесняется. Образуется двухслойный мешок, наружная стенка которого является первичной эктодермой, а внутренняя — первичной энтодермой, выстилающей полость первичной кишки, или гастроцель. Отверстие, при помощи которого полость сообщается с окружающей средой, называется бластопором, или первичным ртом. У представителей разных групп животных судьба бластопора различна. У первичноротых животных он превращается в ротовое отверстие. У вторичноротых бластопор зарастает, и на его месте нередко возникает анальное отверстие, а ротовое отверстие прорывается на противоположном полюсе (переднем конце тела).

Купить проверочные работы
и тесты по биологии

Иммиграция — «выселение» части клеток бластодермы в полость бластоцеля (высшие позвоночные). Из этих клеток образуется энтодерма.

Деламинация встречается у животных, имеющих бластулу без бластоцеля (птицы). При таком способе гаструляции клеточные перемещения минимальны или совсем отсутствуют, так как происходит расслоение — наружные клетки бластулы преобразуются в эктодерму, а внутренние формируют энтодерму.

Эпиболия происходит, когда более мелкие бластомеры анимального полюса дробятся быстрее и обрастают более крупные бластомеры вегетативного полюса, образуя эктодерму (земноводные). Клетки вегетативного полюса дают начало внутреннему зародышевому листку — энтодерме.

Описанные способы гаструляции редко встречаются в чистом виде и обычно наблюдаются их сочетания (инвагинация с эпиболией у амфибий или деламинация с иммиграцией у иглокожих).

Чаще всего клеточный материал мезодермы входит в состав энтодермы. Он впячивается в бластоцель в виде карманообразных выростов, которые затем отшнуровываются. При образовании мезодермы происходит образование вторичной полости тела, или целома.

Процесс формирования органов в эмбриональном развитии называют органогенезом. В органогенезе можно выделить две фазы: нейруляция — образование комплекса осевых органов (нервная трубка, хорда, кишечная трубка и мезодерма сомитов), в который вовлекается почти весь зародыш, и построение остальных органов, приобретение различными участками тела типичной для них формы и черт внутренней организации, установление определенных пропорций (пространственно ограниченные процессы).

По теории зародышевых листков Карла Бэра, возникновение органов обусловлено преобразованием того или иного зародышевого листка — экто-, мезо- или энтодермы. Некоторые органы могут иметь смешанное происхождение, то есть они образованы при участии сразу нескольких зародышевых листков. Например, мускулатура пищеварительного тракта является производным мезодермы, а его внутренняя выстилка — производное энтодермы. Однако, несколько упрощая, происхождение основных органов и их систем все-таки можно связать с определенными зародышевыми листками. Зародыш на стадии нейруляции называется нейрулой. Материал, используемый на построение нервной системы у позвоночных животных, — нейроэктодерма, входит в состав дорсальной части эктодермы. Он располагается над зачатком хорды.

Нейрула:
1 — экто­дерма; 2 — хорда; 3 — вторич­ная полость тела; 4 — мезо­дерма; 5 — энто­дерма; 6 — кишеч­ная полость; 7 — нерв­ная трубка.

Сначала в области нейроэктодермы происходит уплощение клеточного пласта, что приводит к образованию нервной пластинки. Затем края нервной пластинки утолщаются и приподнимаются, образуя нервные валики. В центре пластинки за счет перемещения клеток по средней линии возникает нервный желобок, разделяющий зародыш на будущие правую и левую половины. Нервная пластинка начинает складываться по средней линии. Края ее соприкасаются, а затем смыкаются. В результате этих процессов возникает нервная трубка с полостью — невроцелем.

Смыкание валиков происходит сначала в средней, а затем в задней части нервного желобка. В последнюю очередь это происходит в головной части, которая по ширине превосходит другие. Передний расширенный отдел в дальнейшем образует головной мозг, остальная часть нервной трубки — спинной. В результате нервная пластинка превращается в нервную трубку, лежащую под эктодермой.

В ходе нейруляции часть клеток нервной пластинки не входит в состав нервной трубки. Они образуют ганглиозную пластинку, или нервный гребень, — скопление клеток вдоль нервной трубки. Позднее эти клетки мигрируют по всему зародышу, образуя клетки нервных узлов, мозгового вещества надпочечников, пигментные клетки и т.п.

Из материала эктодермы, помимо нервной трубки, развиваются эпидермис и его производные (перо, волосы, ногти, когти, кожные железы и т.д.), компоненты органов зрения, слуха, обоняния, эпителий ротовой полости, эмаль зубов.

Мезодермальные и энтодермальные органы формируются не после образования нервной трубки, а одновременно с ней. Вдоль боковых стенок первичной кишки путем выпячивания энтодермы образуются карманы, или складки. Участок энтодермы, расположенный между этими складками, утолщается, прогибается, сворачивается и отшнуровывается от основной массы энтодермы. Так появляется хорда. Возникшие карманообразные выпячивания энтодермы отшнуровываются от первичной кишки и превращаются в ряд сегментарно-расположенных замкнутых мешков, называемых также целомическими мешками. Их стенки образованы мезодермой, а полость внутри представляет собой вторичную полость тела (или целом).

Из мезодермы развиваются все виды соединительной ткани, дерма, скелет, поперечно-полосатая и гладкая мускулатура, кровеносная и лимфатическая системы, половая система.

Из энтодермы развиваются эпителий кишечника и желудка, клетки печени, секретирующие клетки поджелудочной, кишечных и желудочных желез. Передний отдел эмбриональной кишки образует эпителий легких и воздухоносных путей, секретирующие отделы передней и средней доли гипофиза, щитовидной и паращитовидной желез.

Эмбриональная индукция:
1 — зачаток хордо­мезо­дермы; 2 — полость блас­тулы; 3 — индуци­рован­ная нерв­ная трубка; 4 — инду­цирован­ная хорда; 5 — первич­ная нерв­ная трубка; 6 — пер­вич­ная хорда; 7 — форми­рование вторич­ного заро­дыша, соеди­ненного с заро­дышем-хозя­ином.

Эмбриональная индукция

Эмбриональная индукция — это взаимодействие между частями эмбриона, в процессе которого одна его часть — индуктор, — контактируя с другой частью — реагирующей системой, — определяет направление развития последней.

Явление индукции было открыто Х. Шпеманом в 1901 г. при изучении образования хрусталика глаза из эктодермального эпителия у эмбрионов земноводных. В 1924 г. были опубликованы результаты опытов Х. Шпемана и Г. Мангольда, считающихся классическим доказательством существования эмбриональной индукции. На стадии ранней гаструлы зачаток эктодермы, который в нормальных условиях должен был развиться в структуры нервной системы, из зародыша гребенчатого (непигментированного) тритона пересаживался под эктодерму брюшной стороны, дающую начало эпидермису кожи, зародыша обыкновенного (пигментированного) тритона. В итоге на брюшной стороне зародыша-реципиента возникали сначала нервная трубка и другие компоненты комплекса осевых органов, а затем формировался дополнительный зародыш. Причем, наблюдения показали, что ткани дополнительного зародыша формируются почти исключительно из клеточного материала реципиента.

Если на стадии ранней гаструлы полностью удалить зачаток хорды, то нервная трубка не развивается. Эктодерма на спинной стороне зародыша, из которой в норме формируется нервная трубка, образует кожный эпителий. При дальнейшем изучении развития зародышей оказалось, что зачаток хордомезодермы, представляя собой индуктор нервной трубки, для дифференцировки нуждается в индуцирующем влиянии со стороны зачатка нервной системы.

Постэмбриональный период развития

Постэмбриональный период развития начинается в момент рождения или выхода организма из яйцевых оболочек и продолжается вплоть до его смерти. Постэмбриональное развитие включает в себя: рост организма; установление окончательных пропорций тела; переход систем органов на режим взрослого организма (в частности, половое созревание). Различают два основных типа постэмбрионального развития: 1) прямое, 2) с превращением.

При прямом развитии из тела матери или яйцевых оболочек выходит особь, отличающаяся от взрослого организма только меньшим размером (птицы, млекопитающие).

Развитие лягушки

Различают: неличиночный (яйцекладный) тип, при котором зародыш развивается внутри яйца (рыбы, птицы); внутриутробный тип, при котором зародыш развивается внутри организма матери и связан с ним через плаценту (плацентарные млекопитающие).

При развитии с превращением (метаморфозом) из яйца выходит личинка, устроенная проще взрослого животного (иногда сильно отличающаяся от него); как правило, она имеет специальные личиночные органы, часто ведет иной образ жизни, чем взрослое животное (насекомые, некоторые паукообразные, амфибии).

Например, у бесхвостых земноводных из яйцевых оболочек выходит личинка — головастик. Он имеет обтекаемую форму тела, хвостовой плавник, жаберные щели и жабры, органы боковой линии, двухкамерное сердце, один круг кровообращения. Со временем, под влиянием гормона щитовидной железы, головастик претерпевает метаморфоз. У него рассасывается хвост, появляются конечности, исчезает боковая линия, развиваются легкие и второй круг кровообращения, т.е. постепенно он приобретает признаки, характерные для земноводных.

Партеногенез

Партеногенезом называется развитие организма из неоплодотворенной яйцеклетки. Встречается у ряда видов растений, беспозвоночных и позвоночных животных, кроме млекопитающих, у которых партеногенетические зародыши погибают на ранних стадиях эмбриогенеза. Партеногенез может быть искусственным и естественным.

Искусственный партеногенез вызывается человеком путем активизации яйцеклетки воздействием на нее различными веществами, механическим раздражением, повышением температуры и т.д.

При естественном партеногенезе яйцо начинает дробиться и развиваться в эмбрион без участия сперматозоида, только под влиянием внутренних или внешних причин. Различают соматический и генеративный партеногенез. При генеративном, или гаплоидном, партеногенезе зародыш начинает развиваться из гаплоидной яйцеклетки (трутни пчел). При соматическом, или диплоидном партеногенезе зародыш начинает развиваться из диплоидной клетки: 1) или с диплоидного овоцита (мейоз не происходит), 2) или с клетки, образовавшейся в результате слияния двух гаплоидных ядер (мейоз происходит) (тли, дафнии, одуванчики).

Если развитие яйцеклетки происходит без участия ядра сперматозоида (некоторые рыбы, круглые черви), то такая разновидность партеногенеза называется гиногенезом. Однако именно сперматозоид стимулирует начало дробления яйцеклетки, хотя и не оплодотворяет ее.

Если развитие яйца происходит только за счет генетического материала сперматозоидов и цитоплазмы яйцеклетки, то в этом случае говорят об андрогенезе. Этот тип развития может осуществляться в том случае, если ядро яйцеклетки погибает еще до оплодотворения, а в яйцеклетку попадает не один, а несколько сперматозоидов (тутовый шелкопряд).

Перейти к лекции №15 «Половое размножение у покрытосеменных растений»

Перейти к лекции №17 «Основные понятия генетики. Законы Менделя»

Яйцеклетка кролика в 3000 раз меньше яйцеклетки лягушки и содержит мало питательных веществ?

Яйцеклетка кролика в 3000 раз меньше яйцеклетки лягушки и содержит мало питательных веществ.

Почему зародыш кролика не погибает от недостатка питательных веществ?

Потому что рост зародыша у кролика происходит внутриутробно, и все питательные вещества он получает от организма матери через плаценту, в отличие от лягушки, которой не свойственно внутреутробное размножение и поэтому нужны питательные вещества для поддержания жизни зародышей до их появления на свет из зародышных оболочек.

Семя содержит зародыш и питательные вещества?

Семя содержит зародыш и питательные вещества?

Запас питательных веществ в семенах образуется в результате слияния сперами и ?

Запас питательных веществ в семенах образуется в результате слияния сперами и .

1) яйцеклетки 2)центральной клетки 3) завязи.

Откуда зародыш человека получает питательные вещества и кислород?

Откуда зародыш человека получает питательные вещества и кислород?

Сперматозоид, в отличие от яйцеклетки, не имеет 1)обособленного ядра 2)клеточной оболочки 3)запаса питательных веществ 4)митохондрий?

Сперматозоид, в отличие от яйцеклетки, не имеет 1)обособленного ядра 2)клеточной оболочки 3)запаса питательных веществ 4)митохондрий.

Откуда и каким образом питательные вещества поступают в развивающийся зародыш?

Откуда и каким образом питательные вещества поступают в развивающийся зародыш.

У кроликов в соматической клетке содержится по 44 хромосомы?

У кроликов в соматической клетке содержится по 44 хромосомы.

Сколько хромосом содержится у ероликов содержится в яйцеклетке.

Зародыш защищён от повреждений , обеспечен воздухом для?

Зародыш защищён от повреждений , обеспечен воздухом для.

И питательными веществами для .

Какие особенности строения яйцеклетки способствуют выполнению ее функции : передачи наследственной информации женского организма и обеспечения развивающегося зародыша питательными веществами ?

Какие особенности строения яйцеклетки способствуют выполнению ее функции : передачи наследственной информации женского организма и обеспечения развивающегося зародыша питательными веществами ?

У яйца зародыш и запас питательных вешеств , у пшеницы зародыш и запас питательных веществ , , , ?

У яйца зародыш и запас питательных вешеств , у пшеницы зародыш и запас питательных веществ , , , .

Где находится запас питательных веществ для развития зародыша в яйце птицы?

Где находится запас питательных веществ для развития зародыша в яйце птицы.

Вы открыли страницу вопроса Яйцеклетка кролика в 3000 раз меньше яйцеклетки лягушки и содержит мало питательных веществ?. Он относится к категории Биология. Уровень сложности вопроса – для учащихся 10 — 11 классов. Удобный и простой интерфейс сайта поможет найти максимально исчерпывающие ответы по интересующей теме. Чтобы получить наиболее развернутый ответ, можно просмотреть другие, похожие вопросы в категории Биология, воспользовавшись поисковой системой, или ознакомиться с ответами других пользователей. Для расширения границ поиска создайте новый вопрос, используя ключевые слова. Введите его в строку, нажав кнопку вверху.

Через устьица способны проходить только газообразные вещества внутрь листа — углекислый газ, необходимый для фотосинтеза и кислород, необходимый для дыхания ; из листа — кислород, образовавшийся в процессе фотосинтеза, углекислый газ образующийся при..

Высшая нервная система отвечает за движение за мозг и действия которые мы выполняем.

Тот , что у меня на пузике).

Единственная семядоля злаков.

Щиток — это единственная семядоля злаков. Ответ : 2.

Крупнейшим ученым додарвиновского периода биологии был шведский натуралист и естествоиспытатель Карл фон Линней (1707—1778). Карл Линней был креационистом, но это не умаляет его заслуг перед биологией. В 1735 г. Вышел главный труд Линнея «Система ..

Ответы — 2 — 2, 3 — 2, 4 — 3, 5 — 2, 6 — 1.

Физиологическая норма — диапазон значений, при котором не нарушается нормальная жизнедеятельность организма. Следовательно, любые колебания состава внутренней среды организма, выходящие за пределы физиологической нормы опасны тем, что нарушается нор..

Тому що концентрація солей всередині клітини вища, ніж ззовні. Відбувається диффузія за градієнтом концентрації. Вода надходить з речовини з більш низькою концентрацією в розчин з більш високою.

© 2000-2022. При полном или частичном использовании материалов ссылка обязательна. 16+
Сайт защищён технологией reCAPTCHA, к которой применяются Политика конфиденциальности и Условия использования от Google.

Развитие клеток при оплодотворении

Довольно редко в клиниках ЭКО пациентам подробно рассказывают, какие стадии развития проходят их половые клетки, начиная с первых минут после оплодотворения. Мы решили восполнить этот пробел, чтобы дать нашим читателям возможность наглядно представить себе картину образования эмбриона из отдельных клеток.

Считается, что женские половые клетки (ооциты) и мужские (сперматозоиды) вносят одинаковый вклад в развитие эмбриона. Так считается, в основном, потому, что ооцит и сперматозоид имеют по 50% генетического материала будущего эмбриона. Однако помимо наследования ядерной ДНК развитие эмбриона зависит от нескольких факторов.

Во-первых, эмбрион наследует материнские митохондрии – органеллы, являющиеся “энергетическими станциями” клетки. Митохондрии имеют свою независимую молекулу ДНК, которая передается по наследству строго по материнской линии.

Во-вторых, в период роста предшественники ооцитов накапливают огромное количество РНК разных типов – молекул, которые будут использоваться на первых стадиях развития эмбриона для синтеза необходимых белков.

И, наконец, огромное значение имеет правильное формирование сложных белковых комплексов, пронизывающих клетку – цитосклета, микрофиламентов, а также правильное формирование органелл.

Таким образом, ооцит включает в себя множество важных для дальнейшего развития компонентов, тогда как основной вклад сперматозоида – ядерная ДНК.

Оплодотворение

Не останавливаясь подробно на механизмах оплодотворения, стоит сказать, что при естественном оплодотворении, при ЭКО или же ЭКО+ИКСИ возможно несколько вариантов. В норме через 16-20 часов после оплодотворения внутри бывшего ооцита образуются оформленные проядра (пронуклеусы) – мужское и женское, которые хорошо видны под микроскопом. В этот же период ооцит делится, выделяя маленькую клетку с половинным набором хромосом – полярное тело. Еще одно полярное тело выделяется в период созревания ооцита, еще до оплодотворения. Возможны варианты патологии.

1) Пронуклеусов не образуется вовсе. Такое может случиться, если сперматозоид не смог по каким-либо причинам запустить механизм активации ооцита. Обычно это происходит в случае, когда ооцит не был готов к оплодотворению.

2) Образуется один пронуклеус.

3) Образуется три и более пронуклеусов – эмбрион может развиваться и даже давать беременность, которая потом замирает. Такая ситуация может возникнуть, если в ооцит проникло 2 и более сперматозоида, либо если отделившееся полярное тело слилось с зиготой.

4) Клетка не жизнеспособна и дегенерирует (погибает).

Пригодны только эмбрионы, имеющие два пронуклеуса.

Дробление

Стадия дробления – стадия быстрых клеточных делений зиготы (оплодотворенного ооцита/яйцеклетки), характеризующаяся отсутствием фазы роста у получаемых после деления клеток (бластомеров). Также важно помнить, что в эту фазу эмбрион для своей жизнедеятельности расходует РНК, накопленную ооцитом, при этом свой геном эмбриона пока молчит. В норме на 2-е сутки после оплодотворения образуется 2-4 клетки, а на 3 сутки 6-8 бластомеров.

Важным критерием оценки качества эмбрионов на этой стадии является образование безъядерных фрагментов – мембранных пузырьков с цитоплазмой, отделяемых клеткой. В норме этот процесс происходит с малой частотой и фрагменты, отделившиеся от клетки, через несколько часов втягиваются обратно. У слабых эмбрионов целые клетки могут распадаться на такие фрагменты – уходить в апоптоз, т.е. гибнуть. В зависимости от количества таких фрагментов эмбриону присваивается буква – A, B, C или D.

Образование морулы

В норме к 4-м суткам межклеточные контакты в эмбрионе видоизменяются, и он превращается в компактную морулу. Качество компактной морулы не всегда просто оценить, поэтому обычно для переноса эмбриона дожидаются стадии бластоцисты (в норме 5-е сутки). Однако, само развитие эмбриона до стадии компактной морулы свидетельствует о запуске генетического аппарата эмбриона. Если развитие застопорилось на предыдущей стадии – это, скорее всего, говорит о генетических нарушениях в эмбрионе.

Образование бластоцисты.

С течением времени внутри морулы начинает образовываться большая межклеточная полость, характеризующая переход к стадии бластоцисты. Стадия бластоцисты – последняя стадия развития эмбриона перед имплантацией, и далеко не все эмбрионы в норме до нее доживают. Бластоциста состоит их трофобласта – тонкого слоя клеток, расположенных по краю полости бластоцисты, и внутренней клеточной массы – группы клеток, выглядящих как небольшая компактная морула внутри бластоцисты. Именно из внутренней клеточной массы образуются впоследствии ткани зародыша, а трофобласт даст внезародышевую ткань.

Характеризуется бластоциста с одной стороны размером своей полости по шкале от 1 до 5. С другой стороны, оценивается сформированность внутренней клеточной массы и трофобласта по трехбалльной шкале (буквами A, B или C). Клетки трофобласта должны быть мелкими, ровными, и в совокупности образовывать сферу. Внутренняя клеточная масса не должна фрагментироваться, и все ее клетки должны иметь плотные контакты, не позволяющие различать отдельных клеток. Более-менее точно оценить качество бластоцисты можно со стадии 3 (бластоциста среднего размера), но надо помнить, что криоконсервацию лучше всего переживают бластоцисты с маленькой полостью.

Сперматогенез. Всё, что вы хотели знать, но боялись спросить!

Обзор

Автор

Редакторы

Статья на конкурс «Био/Мол/Текст»: Наш организм — это сложнейшая машина с многочисленными уровнями регуляции, но начиналось все когда-то всего лишь со слияния двух клеток: сперматозоида и яйцеклетки. Что же в них такого особенного, что вместе они способны дать начало новому организму? В этой статье мы поговорим про детство, отрочество и юность сперматозоидов, узнаем, какие трудности нужно пережить, чтобы стать одной из самых специализированных клеток организма, на примере сперматогенеза мышей.

Конкурс «Био/Мол/Текст»-2020/2021

Эта работа опубликована в номинации «Наглядно о ненаглядном» конкурса «Био/Мол/Текст»-2020/2021.

Генеральный партнер конкурса — ежегодная биотехнологическая конференция BiotechClub, организованная международной инновационной биотехнологической компанией BIOCAD.

Спонсор конкурса — компания SkyGen: передовой дистрибьютор продукции для life science на российском рынке.

Спонсор конкурса — компания «Диаэм»: крупнейший поставщик оборудования, реагентов и расходных материалов для биологических исследований и производств.

Перед тем, как разглядывать детали сперматогенеза, давайте взглянем на картину в целом [1]. Начнем совсем издалека — со строения генома. В нашем геноме 46 хромосом, из них 2 хромосомы половые (X и Y хромосомы), а остальные 22 пары — аутосомы. Это так называемый диплоидный набор — 2n. Он получается при слиянии яйцеклетки и сперматозоида, которые несут в себе гаплоидные наборы хромосом — n (22 аутосомы, по одной из каждой пары, и одну половую). Именно поэтому в каждом ребенке есть черты отца и матери. Изначально сперматогенез начинается со сперматогоний, исходных половых клеток с диплоидным набором хромосом (2n). Дальнейшие деления сперматогоний приводят к образованию сперматоцитов и именно сперматоциты вступают в мейоз, в результате которого образуются клетки с гаплоидным набором хромосом. Такие клетки называют сперматидами, они имеют круглую форму и внешне сильно отличаются от зрелых сперматозоидов. Поэтому в течение последней части сперматогенеза (ее еще называют спермиогенезом) происходит множество морфологических изменений и образуются зрелые сперматозоиды.

Однако есть еще пара важных вопросов, которые нам важно прояснить, прежде чем приоткрывать занавесу тайн сперматогенеза. В качестве модельного организма мы возьмем мышей, поскольку основные исследования по изучению сперматогенеза проводятся именно на них. И первый важный вопрос: а где же происходит вся эта вакханалия? Для сперматогенеза существует специальный парный орган — тестикулы (семенники). Внутри тестикул млекопитающих можно обнаружить семенные канальцы и межклеточное пространство. В тестикулах также присутствуют кровеносные и лимфатические сосуды, нервные клетки. В межклеточном пространстве обнаружены макрофаги, значительная часть которых находится на поверхности семенных канальцев.

Наиболее распространенным типом клеток, расположенных в межклеточном пространстве, являются клетки Лейдига, они секретируют тестостерон и другие андрогенные соединения. Эта функция важна тем, что способствует развитию вторичных половых признаков и обеспечивает нормальное течение сперматогенеза.

Семенные канальцы имеют U-образную форму, их внутренняя поверхность выстлана семенным эпителием, в котором протекает сперматогенез. Зрелые сперматозоиды попадают в просвет семенных канальцев, далее они направляются в средостение и затем накапливаются в эпидидимисе.

В семенном эпителии помимо половых клеток присутствуют клетки Сертоли, они окружают половые клетки, защищают их и обеспечивают питательными веществами. Плотные контакты между клетками Сертоли образованы мультибелковым комплексом, который прочно соединяет клетки друг с другом, в результате чего образуется гемато-тестикулярный барьер. Этот барьер отделяет клетки на поздних стадиях от кровеносных и лимфатических сосудов, что позволяет избежать аутоиммунной реакции. Подробности про гемато-тестикулярный барьер можно узнать в статье «Сперматогенез: через тернии к звездам» [2].

Теперь поговорим немного о том, что же мы хотим получить в конце нашего пути. Зрелый сперматозоид состоит из двух основных частей: это голова и хвост (флагелла) [1]. Отличительной особенностью сперматозоидов грызунов является крюкообразная голова, в то время как у копытных, плотоядных и приматов она округлая. В голове сперматозоида находится ядро, претерпевающее значительные изменения, о которых мы поговорим позже. Еще одним важным элементом, находящимся в голове сперматозоида, является акросома. Это мембранный пузырек с ферментами, который образуется из комплекса Гольджи. Его звездный час наступает при взаимодействии яйцеклетки со сперматозоидом: ферменты высвобождаются, растворяя оболочку яйцеклетки и помогая сперматозоиду проникнуть внутрь.

Для того чтобы добраться до яйцеклетки, у сперматозоида есть хвост (флагелла), который обеспечивает его подвижность [3]. Структурной основой флагеллы является аксонема — сложный комплекс на основе микротрубочек из белка тубулина. Микротрубочки образуют так называемую структуру 9×2+2: 9 дублетов микротрубочек располагаются по кругу, а в центе находятся две одиночные микротрубочки. От одного дублета к другому направлены динеиновые ручки, они обеспечивают скольжение дублетов относительно друг друга. Такое скольжение позволяет хвосту изгибаться в разных направлениях, в итоге его движение происходит по траектории, напоминающей воронку. С центральными микротрубочками дублеты связаны через белковые комплексы, которые называют радиальными спицами.

В хвосте сперматозоида на основе структурных различий выделяют несколько частей.

Самая ближняя к голове часть — соединительная. Именно в ней находится базальная пластинка, через которую происходит связь хвоста с головой.

За ней следует промежуточная часть, где находится митохондриальная спираль, состоящая из 50–75 митохондрий, вокруг которых вытягиваются 9 наружных плотных волокон. Митохондрии поставляют энергию для биения жгутика. Наружные плотные волокна представляют собой белковый комплекс, выполняющий структурную функцию. Промежуточная часть отделена от главной анулусом. Эта кольцевая структура помогает регулировать транспорт белков внутри хвоста.

В главной части уже нет митохондрий, снаружи появляется волокнистая оболочка, которая представляет собой две колонны. Колонны расположены вместо 3 и 8 наружных плотных волокон и соединены серией поперечных ребер. Колонны и ребра играют не только структурную функцию, предполагается, что они служат каркасом, на котором закрепляются ферменты, участвующие в регуляции созревания сперматозоида, подвижности хвоста и различных сигнальных путях.

Самой последней является концевая часть, где располагается аксонема и концы наружных плотных волокон и волокнистой оболочки.

Теперь мы вооружены и готовы начать наше путешествие! Первым делом познакомимся со сперматогониями — неспециализированными диплоидными клетками, с которых начинается сперматогенез.

Вначале было описано всего два типа сперматогоний [4], [5]. У первого, сперматогоний типа A, не обнаружили гетерохроматин в ядре, в то время как у второго, типа B, в ядре присутствовал гетерохроматин. Вскоре после этого был обнаружен тип сперматогоний с промежуточным количеством гетерохроматина — такие клетки были названы промежуточными (In) сперматогониями.

Что это значит для нас? Хроматин может находиться в активном состоянии или неактивном, активный хроматин мы называем эухроматином, а неактивный — гетерохроматином. Поскольку сперматогонии еще не определились со своей будущей профессией, то они себя не ограничивают и хранят генетический материал в активном состоянии. Однако решив стать зрелым сперматозоидом, сперматогония выбирает свой путь и знает, в каком направлении развиваться, поэтому всю ненужную для этого генетическую информацию переводит в неактивное состояние — гетерохроматин. Таким образом, увеличение количества гетерохроматина говорит нам об увеличении специализации клетки.

На данный момент обнаружено еще больше стадий, через которые проходят сперматогонии перед образованием сперматоцитов: от типа А через промежуточные в тип В [6]. Все начинается с деления сперматогоний A_s. Дочерние клетки могут мигрировать и стать двумя новыми одиночными стволовыми клетками, или могут оставаться вместе, соединенные межклеточным мостиком, поскольку цитокинез не завершен, и стать парой клеток A_pr. Затем пара делится дальше, образуя цепочку из четырех. Затем сперматогонии A_al дифференцируются в так называемые сперматогонии A₁, которые являются первым типом «дифференцирующихся» сперматогоний. У млекопитающих обычно шесть поколений дифференцирующихся сперматогоний делятся синхронно и на последнем своем делении производят сперматоциты.

Сперматогония типа В дает начало прелептотеновым сперматоцитам, которые вступают в мейоз, необходимый для получения гаплоидных клеток [7]. Мейоз состоит из двух последовательных клеточных делений без промежуточной S-фазы. Профаза первого мейоза удлинена и ее разделяют на последовательные стадии: лептотена, зиготена, пахитена и диплотена. Во время лептотены происходит конденсация ДНК, в зиготене гомологичные хромосомы соединяются и компактизируются. На стадии пахитены происходит кроссинговер — обмен участками между гомологичными хромосомами с образованием новых комбинаций генов. Этот процесс повышает наследственную изменчивость, благодаря которой происходит эволюция. В диплотене происходит частичная деконденсация хромосом и экспрессия генов, необходимых для дальнейших процессов. На этом профаза заканчивается. Далее хромосомы расходятся к полюсам клетки и результатом первого деления первичных сперматоцитов с диплоидным набором хромосом (2n) становятся вторичные сперматоциты с гаплоидным набором хромосом (n). При втором делении к полюсам клетки расходятся хроматиды, и после второго деления мейоза образуются круглые сперматиды.

Со стадии круглых сперматид начинается спермиогенез. Клетки больше не делятся, во время спермиогенеза происходит лишь усложнение их структуры, образуется хвост и сперматозоид приобретает знакомый нам вид [3].

Как мы уже знаем, круглые сперматиды образуются после мейотического деления сперматоцитов. Затем во время шага 2–3 аксонема начинает удлиняться и достигает почти полной длины. В это время она окружена жгутиковой мембраной — продолжением клеточной плазматической мембраны. Также во время стадии 2–3 на дистальном конце жгутика начинают формироваться предшественники колонн. Столбцы фиброзной оболочки и ребра впоследствии собираются в дистально-апроксимальном направлении — в том направлении, которое станет основной частью сперматозоидов. Между этапами 6 и 7 базальное тело с прикрепленной аксонемой перемещается к ядру и тянет за собой плазматическую мембрану, после чего плазматическая мембрана окружает промежуточную часть жгутика. На этапе 8 внешние плотные волокна начинают собираться вдоль дублетов микротрубочек аксонемы от промежуточной части к концу хвоста, в конечном итоге растягиваясь по всей длине, но не достигая своего полного диаметра до этапа 16. Также на этапе 8 из комплекса Гольджи образуется акросома. Параллельно с этим образуется манчета [8] — напоминающая юбку структура из микротрубочек и актиновых филаментов, играющая важную роль в транспорте белков из головы в хвост.

На этапе 9 ядро начинает удлиняться и конденсироваться, благодаря этому клетки на дальнейших стадиях называют элонгированными сперматидами. В обычном состоянии ДНК в ядре упакована с помощью белков гистонов, однако для более плотной упаковки гистоны замещаются на протамины [9]. Поскольку протамины несут больше положительных зарядов, отрицательно заряженная ДНК упаковывается еще более плотно, что позволяет уменьшить риск повреждения генетической информации до слияния сперматозоида с яйцеклеткой. Однако при такой плотной упаковке не происходит транскрипция, поэтому все необходимые РНК синтезируются заранее и хранятся в виде рибонуклеопротеиновых комплексов. Также на 9 стадии начинает формироваться анулус и окружает аксонему у ее основания. На шаге 15 анулус мигрирует дистально вдоль аксонемы к будущему месту соединения промежуточной и главной частей. Анулус представляет собой структуру в форме кольца, которая разделяет промежуточную и главную часть хвоста, тем самым участвуя в регуляции транспорта. В начале этапа 15 митохондрии в развивающейся промежуточной части мигрируют к аксонеме и конденсируются вокруг нее и внешних плотных волокон. На этапе 16 избыточная цитоплазма удаляется как остаточное тело. Затем зрелые сперматозоиды попадают в просвет и выходят из тестикул.

Зрелые сперматозоиды попадают в эпидидимис (придаток яичка). Сперматозоиды передвигаются за счет биения ресничек эпителия, при этом созревание сперматозоидов продолжается, они приобретают подвижность [10]. В итоге в эпидидимисе происходит накопление и хранение зрелых сперматозоидов. Около 23×10 6 сперматозоидов находится в эпидидимисе мышей, из которых 73% имеют нормальное строение, а остальные не пережили путешествие так успешно, и у них наблюдаются различные дефекты (отсутствие подвижности, наличие двух голов и т.д.).

В заключение хочется отметить, что различные поколения половых клеток связаны не случайным образом, а образуют клеточные ассоциации фиксированного состава. Так, например, сперматиды на данном этапе спермиогенеза всегда связаны с одними и теми же типами сперматоцитов и сперматогоний [11]. В определенный момент времени в семенном эпителии находится 3–4 типа клеток. В связи с этим у мышей выделяется 12 типов поперечных срезов семенного эпителия.

Словарик

Акросома органоид сперматозоида, в котором находятся ферменты, необходимые для успешного слияния сперматозоида с яйцеклеткой. Аксонема структурная основа хвоста сперматозоида, состоящая из тубулиновых микротрубочек. Анулус кольцевая структура, которая располагается между главной и промежуточной частями хвоста сперматозоидов и способствует регуляции транспорта белков внутри хвоста. Аутосомы хромосомы, которые одинаковы у мужских и женских особей. Волокнистая оболочка комплекс белков, окружающий аксонему в главной части хвоста сперматозоида. Гемато-тестикулярный барьер барьер, образованный плотно сомкнутыми клетками Сертоли и позволяющий избежать аутоиммунной реакции. Гетерохроматин хроматин, находящийся в неактивном состоянии (в этих участках не происходит транскрипция). Гистоны, протамины ядерные белки, участвующие в упаковке ДНК. Клетки Ледига тип клеток в межклеточном пространстве тестикул, секретирующих тестостерон и другие андрогенные соединения. Клетки Сертоли тип клеток, окружающих участвующие в сперматогенезе клетки и обеспечивающих их питательными веществами. Кроссинговер процесс обмена участками между гомологичными хромосомами. Манчета напоминающая юбку структура из микротрубочек и актиновых филаментов и играющая важную роль для транспорта белков из головы в хвост. Наружные плотные волокна комплекс белков, окружающий аксонему в промежуточной части хвоста сперматозоида. Половые хромосомы хромосомы, которые различны у мужских и женских особей. Семенные канальцы U-образные каналы, внутренняя поверхность которых выстлана семенным эпителием, в котором протекает сперматогенез. Сперматиды тип клеток, которые завершают сперматогенез. Претерпевают значительные морфологические преобразования во время спермиогенеза. Сперматогенез процесс созревания мужских половых клеток (сперматозоидов) из стволовых клеток. Сперматогонии неспециализированные диплоидные клетки, с которых начинается сперматогенез. Спермиогенез часть сперматогенеза, во время которой происходит сильное изменение морфологии клетки. Включает в себя стадии круглых и элонгированных сперматид. Сперматоциты тип клеток, которые образуются из сперматогоний и вступают в мейоз, давая начало сперматидам. Тестикулы (семенники) половой орган у мужских особей, в котором происходит сперматогнез. Тестостерон половой гормон, необходимый для сперматогенеза, а также возникновения вторичных половых признаков: увеличения мышечной массы, роста волос на теле по мужскому типу, полового влечения к женщинам, низкого голоса и др. Эпидидимис (придаток яичка) орган мужской половой системы, служащий для накопления сперматозоидов. Эухроматин хроматин, находящийся в активном состоянии (в этих участках происходит транскрипция).

Сперматогенез и овогенез

Гаметогенезом называют процесс образования половых клеток (гамет). Этот процесс происходит у мужских и женских особей в гонадах (половых железах), представленных семенниками (яичками) и яичниками.

Гаметы (n) образуются в результате мейоза из клеток-предшественников (2n, как у соматических клеток). Половые клетки гаплоидны, то есть имеют в два раза меньшее число хромосом, чем клетки-предшественники. Мужская (n) и женская (n) гаметы, сливаясь друг с другом в процессе оплодотворения, образуют зиготу (2n).

Таким образом, за счет гаплоидности гамет (в результате мейоза) поддерживается постоянное количество хромосом в ряду поколений, не происходит их удвоения.

Процессы сперматогенеза и овогенеза (оогенеза) требуют нашего более детального изучения.

Сперматогенез (греч. sperma – семя + genesis – зарождение)

В ходе фазы размножения диплоидные сперматогенные клетки (2n2c) многократно делятся митозом, в результате образуются сперматогонии (2n2c) — стволовые клетки. Часть сперматогоний вступает в последующее митотическое деление, образуя такие же сперматогонии (2n2c).

Половые клетки в этой фазе называются сперматоцитами I порядка, они теряют способность к митотическому делению.

В этот период клетка растет, увеличивается количество органоидов и цитоплазмы. Происходит подготовка к мейозу, который начинается в следующей фазе — созревания.

На фазу роста приходится S-период: происходит удвоение ДНК, в результате чего набор хромосом сперматоцита I порядка становится (2n4c).

Происходит первое деление мейоза (мейоз I). В результате из сперматоцитов I порядка (2n4c) образуются сперматоциты II порядка (n2c). Между мейозом I и мейозом II практически отсутствует интерфаза, поэтому сперматоциты II порядка (n2c) сразу же вступают в мейоз II, в результате которого образуются сперматиды (nc).

Итак, в фазу созревания происходят первое и второе деления мейоза, которые приводят к тому, что образовавшаяся клетка — сперматида — имеет гаплоидный набор хромосом (nc).

В этой фазе у каждой сперматиды отрастает жгутик, после чего они получают полное право называться сперматозоидами. У основания жгутика концентрируются митохондрии — «энергетические станции клетки», которые всегда будут готовы предоставить АТФ для его активной работы.

Овогенез, или оогенез (греч. ōón — яйцо + genesis – зарождение)

Оогенезом называют процесс формирования женских гамет (половых клеток) — яйцеклеток. Он активируется в женском организме в период полового созревания (под действием женских половых гормонов) и длится до менопаузы (45-55 лет).

В результате многократных делений клеток яичника образуются стволовые клетки — овогонии (2n2c).

Половые клетки в этой фазе называются ооцитами I порядка, они теряют способность к митотическому делению.

В овогенезе эта фаза отличается более длительной продолжительностью, по сравнению с такой же фазой в сперматогенезе. Клетки накапливают большой запас питательных веществ. В этот период происходит удвоение ДНК в S-периоде — набор хромосом и ДНК ооцитов I порядка становится 2n4c.

Ооциты I порядка (2n4c) вступают в первое деление мейоза, в результате которого образуются ооциты II порядка (n2c) и первое полярное (направительное) тельце, которое не несет большой функциональной значимости и подвергается дегенерации.

Второе деление мейоза начинается только после взаимодействия овоцита II порядка (n2c) со сперматозоидом. В результате этого образуется яйцеклетка (nc) и второе полярное тельце, которое также подвергается дегенерации.

Строго говоря, при овуляции из яичников выходит не «яйцеклетка», а ооцит II порядка, который ждет встречи со сперматозоидом для продолжения деления и развития будущего зародыша. Если такого взаимодействия не происходит, то яйцеклетка подвергается дегенерации.

Оплодотворение

Оплодотворение — ключевой процесс полового размножения, обусловленный слиянием сперматозоида и яйцеклетки. После оплодотворения в результате ряда стадий образуется эмбрион.

Сперматозоид (nc) обладает положительным химическим таксисом к яйцеклетке (nc). Оплодотворение — слияние сперматозоида с яйцеклеткой и образование зиготы (2n2c).

При внутреннем оплодотворении сперматозоид сливается с яйцеклеткой в женских половых путях, куда самец вводит семенную жидкость со сперматозоидами.

При внешнем оплодотворении сперматозоид сливается с яйцеклеткой вне половых путей самки, например, у двустворчатых моллюсков оплодотворение происходит в мантийной полости самки.

Внешнее оплодотворение характерно для рыб, земноводных, моллюсков. Внутреннее — для пресмыкающихся, птиц и млекопитающих.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2022

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Причины появления незрелых яйцеклеток

«Незрелые яйцеклетки» – этот термин хорошо знаком многим женщинам, которые столкнулись с проблемой бесплодия и проходят ЭКО. Итак, половые клетки не созревают должным образом, – почему это происходит и к чему приводит?

В каждой клетке тела человека находится 46 хромосом, причем все из них, кроме двух половых, одинаковы у мужчин и женщин и являются парными. Ребенок получает половину генетического материала от мамы и половину от папы, а «смешивание» родительских генов происходит во время оплодотворения. Сперматозоид и ооцит несут по 23 хромосомы. Чтобы получились такие «половинчатые» наборы, должно произойти особое деление клетки-предшественницы – мейоз. Собственно, после него яйцеклетка и становится зрелой, готовой к оплодотворению.

На самом деле это очень упрощенная схема. Процесс развития яйцеклеток (оогенез) в реальности сложен и состоит из многих этапов. Врачи-репродуктологи выделяют три степени зрелости ооцитов:

• стадия зародышевого пузырька (germinal vesicle – GV): при изучении такой клетки под микроскопом в ней видно крупное, хорошо заметное ядро;
• стадия метафазы I мейоза (M1): в такой клетке не видно ядро;
• стадия метафазы II мейоза (M2): обнаруживается полярное тельце – небольшая клетка-спутник рядом с яйцеклеткой, которая образовалась в результате делений и в будущем исчезнет.

Во время овуляции, произошедшей слишком рано, из яичников могут выделяться незрелые ооциты. Это может произойти при ранней овуляции, когда яйцеклетка покидает яичник до 11-го дня менструального цикла.

По статистике, ранняя овуляция, ановуляция и другие нарушения овуляции ответственны примерно за 30% случаев женского бесплодия. В половине случаев при ановуляции нормальные фолликулы вообще не образуются и, соответственно, не могут созреть и выпустить яйцеклетку.

Почему нарушается созревание ооцитов?

Чаще всего это связано с гормональными нарушениями при синдроме поликистозных яичников (СПКЯ). Вообще это заболевание является одной из самых распространенных причин женского бесплодия и встречается примерно у 25% женщин, которые обращаются к врачу из-за того, что не могут забеременеть.

Нарушения в репродуктивной системе при СПКЯ начинаются с повышения уровня мужских половых гормонов – андрогенов. Они оказывают влияние на яичники и мешают им вырабатывать гормоны, необходимые для созревания яйцеклетки. В результате фолликулы превращаются в кисты – пузырьки, заполненные жидкостью, диаметром до 8 мм. Из-за того, что отсутствуют овуляции, в организме женщины перестает вырабатываться гормон прогестерон. В норме синтез этого гормона происходит в желтом теле – структуре, которая остается на месте фолликула, выпустившего яйцеклетку. А без прогестерона менструальные циклы становятся нерегулярными или вовсе прекращаются.

Синдром поликистозных яичников можно заподозрить по следующим симптомам:

• нерегулярность или отсутствие месячных;
• выпадение волос на голове и их рост в других местах, например, на лице;
• потемнение кожи или ее избыток на шее, в подмышечных впадинах;
• боли в области таза;
• частые смены настроения;
• увеличение веса.

Среди других распространенных причин нарушения созревания яйцеклеток – снижение овариального резерва (запаса ооцитов) и возраст женщины старше 35 лет, различные гормональные нарушения, эндометриоз.

Описаны ситуации, когда созревание яйцеклеток не просто нарушается, они покидают яичники незрелыми. Это иногда происходит у 8,6–15,2% женщин с бесплодием, но у некоторых проблема приобретает постоянный характер. Это состояние называется синдромом повторной задержки созревания ооцитов. Неизвестно, как часто он встречается и чем вызван. Основные признаки данной патологии:

• первичное бесплодие;
• повторное образование незрелых ооцитов;
• не получается «дозреть» эти ооциты в лаборатории во время цикла ЭКО;
• неудачные попытки ИКСИ.

Часто ли встречаются незрелые яйцеклетки во время ЭКО?

Во время ЭКО могут быть получены незрелые яйцеклетки, это довольно распространенное явление. В среднем их 10–15% от общего количества. Иногда этот показатель выше. В редких случаях незрелыми являются большинство или вообще все ооциты. У женщин с предрасположенностью к такому нарушению несколько изменяют протокол гормональной стимуляции.
Яйцеклетки не созревают по разным причинам: процесс может начаться слишком поздно или остановиться на определенной стадии. Кроме того, фолликулы растут с разной скоростью, и тут уже играет роль искусство врача: он должен поймать момент, когда большинство фолликулов созрело, но не слишком поздно, пока не потеряны самые крупные.

У женщин с синдромом поликистозных яичников во время ЭКО обычно получается много незрелых яйцеклеток, потому что при гормональной стимуляции в целом получается много фолликулов. Если в норме их 15–20, то при СПКЯ – 30–40. И все они на разных стадиях развития.

Может ли сперматозоид оплодотворить незрелую яйцеклетку?

Чтобы яйцеклетка приобрела необходимые качества и могла быть оплодотворена сперматозоидом, она должна до конца пройти мейоз и сократить число своих хромосом вдвое – до 23. Если она содержит полный набор хромосом, то не сможет дать начало жизнеспособному эмбриону. Иногда образуются зародыши с анеуплоидией – измененным набором хромосом. Они не могут имплантироваться в стенку матки, нормально развиваться и быстро погибают.

Что делать с незрелыми яйцеклетками?

При синдроме поликистозных яичников проводят лечение гормональными препаратами. Если 4–5 циклов терапии неэффективны, то прибегают к хирургическому лечению. Выполняют операции, которые помогают выходу яйцеклеток: клиновидную резекцию, дриллинг (электротермокоагуляцию), декортикацию (удаление утолщенной капсулы яичника), каутеризацию (рассечения на поверхности яичника).

В рамках ЭКО можно получить из яичников незрелые ооциты и затем применить технологию созревания in vitro (in vitro maturation – IVM). Яйцеклетки дозревают в лаборатории в специальных условиях, после чего их можно использовать для оплодотворения. Незрелые ооциты, так же как и зрелые, можно заморозить и использовать в будущем.

Технология IVM особенно полезна в следующих случаях:

• При синдроме поликистозных яичников IVM позволяет не проводить активную гормональную стимуляцию и избежать синдрома гиперстимуляции яичников, риск которого повышен у таких женщин.
• У женщин с онкологическими заболеваниями, у которых нет времени на полный цикл ЭКО. Кроме того, у пациенток с эстроген-позитивным раком молочной железы IVM помогает избежать повышения уровня эстрогенов во время стимуляции.
• У всех женщин, которым противопоказана гормональная стимуляция из-за высокого риска осложнений.

Во время обычного цикла ЭКО с помощью IVM можно «спасти» несозревшие ооциты и тем самым повысить шансы на наступление беременности. Однако эта технология тоже не всесильна: выход зрелых яйцеклеток всё равно не будет стопроцентным, потому что и тут работает естественный механизм избавления от клеток с некачественным генетическим материалом.

На сегодняшний день данная процедура не является рутинной, ее относят к экспериментальным методам.

Источники:

• https://licey.net/free/6-biologiya/21-lekcii_po_obschei_biologii/stages/270-lekciya__16_ontogenez_mnogokletochnyh_zhivotnyh__razmnozhayuschihsya_polovym_sposobom.html
• https://biologia.my-dict.ru/q/354532_ajcekletka-krolika-v-3000-raz-mense/
• https://www.probirka.org/eko/embrio/2604-razvitie-kletok-pri-oplodotvorenii
• https://biomolecula.ru/articles/spermatogenez-vse-chto-vy-khoteli-znat-no-boialis-sprosit
• https://studarium.ru/article/130
• https://reprobank.ru/novosti/stati/nezrelye-yajtsekletki