Гаметогенез — обширная, но довольно простая тема, которая часто встречается на едином и основном госэкзаменах. В статье разбираемся в формировании половых клеток и отрабатываем задания из открытого банка ОГЭ и ЕГЭ на эту тему.
В этой статье:
Где гаметогенез затрагивается на ЕГЭ и ОГЭГаметогенезСперматогенезОвогенезОплодотворениеПренатальный период развитияПостнатальный онтогенезРазмножение у человекаРазбор заданий ОГЭ и ЕГЭ
Где гаметогенез затрагивается на ЕГЭ и ОГЭ
Эта тема не только интересная, но и полезная для сдачи ЕГЭ и ОГЭ. Она регулярно встречается по всему варианту ОГЭ и может попасться в заданиях на 1, 2 балла на и даже в заданиях второй части на 3 балла.
Что касается ЕГЭ, то за нее тоже можно получить баллы как в первой, так и во второй частях. По моему опыту встретить вариант ОГЭ или ЕГЭ, в котором эта тема хотя бы косвенно не затрагивается, крайне сложно.
А на почте вас ждет полезный
подарок 😊 Скачать файл
Гаметогенез
Формирование половых клеток — это гаметогенез. Запомнить термин легко: половые клетки называются гаметами, а «генезис» — это зарождение.
Что такое гамета? Это любая половая клетка, как мужская — сперматозоид, так и женская — яйцеклетка. Половые клетки имеют гаплоидный, то есть ординарный набор хромосом и образуются у животных мейозом. Мейоз не зря называют редукционным делением: в нем набор хромосом в клетке уменьшается в два раза. Происходит это благодаря одной интерфазе, в которую происходит репликация, то есть удвоение, ДНК, и двум делениям, следующим друг за другом. В итоге мы получаем клетку, набор хромосом в которой в два раза меньше, чем в исходной.
У организма образуются гаплоидные половые клетки, они сливаются при оплодотворении и образуют диплоидную зиготу. Чередование мейоза при формировании гамет и оплодотворения поддерживает постоянство числа хромосом в поколениях. Только представьте, у нас с вами по 46 хромосом в диплоидном наборе — ровно как у человека, который жил 5 000, 10 000 лет назад и даже намного раньше. Помимо такой удивительной способности к поддержанию набора, мейоз также приводит к перекомбинации признаков, поэтому каждый из нас генетический уникум.
Сходство половых клеток между собой заключается в том, что, во-первых, они содержат гаплоидный набор хромосом и образуются мейозом, а во-вторых, участвуют в половом размножении.
Различий значительно больше. Конечно, основное — это генетический материал, который несут гаметы. Каждая из половых клеток имеет по одной половой хромосоме, которые при слиянии дают одну из известных нам комбинаций: XX или XY. Если мы говорим о человеке и других млекопитающих, то яйцеклетка несет X-хромосому, а сперматозоид — X или Y. Поэтому пол потомства зависит только от мужчины.
Но это не всё: яйцеклетка крупная, а сперматозоид — мелкий. У человека яйцеклетка в среднем в 16 раз больше сперматозоида, а яйцеклетка страуса может достигать 80 мм. Эта разница в размерах легко объясняется тем, что в яйцеклетке хранится большой запас питательных веществ, а в сперматозоиде — нет. Питательные вещества яйцеклетки в дальнейшем использует зародыш для развития.
Почему так происходит? Яйцеклеток мало (у человека, например, чаще всего одна за цикл), а сперматозоидов много. Так как яйцеклеток несколько, только несколько мужских гамет поучаствуют в оплодотворении, а остальные нужны для естественного отбора и комбинативной изменчивости. Поэтому было бы слишком энергозатратно вкладывать в каждый из них питательные вещества.
Еще яйцеклетки неподвижны, а сперматозоиды имеют специальные приспособления для движения. Это тоже очень логичная особенность: на яйцеклетку расходуется много энергии и питательных веществ — организму будет обидно, если всё это зря. Поэтому двигаются к яйцеклетке сперматозоиды, в которых нет питательных веществ и потерю которых организм будет переживать не так остро.
Акросомная реакция
В связи с таким необычным умением строение сперматозоида тоже очень интересное. Это одна клетка, состоящая из головки, средней части и хвоста. В головке находится ядро с генетической информацией. У человека она хранится в 23 хромосомах, из которых 22 неполовые и одна половая, X или Y.
Также в головке находится акросома — крупная структура, образованная из комплекса Гольджи. Она содержит ферменты, которые мужская гамета использует для оплодотворения, а именно для расщепления защитных структур яйцеклетки.
Во время контакта сперматозоида с яйцеклеткой проходит акросомная реакция — активация сперматозоида для проникновения через лучистый венец яйцеклетки. Средняя часть (шейка) содержит митохондрии, энергетические «станции» клетки — только представьте, сколько энергии нужно этой клетке, чтобы долгое время активно двигаться в агрессивной среде. Хвост (жгутик) осуществляет движение, регулирует направление и скорость благодаря микротрубочкам, из которых он состоит.
Сперматогенез
Несмотря на сходство в функциях, яйцеклетки и сперматозоиды сильно отличаются друг от друга, поэтому и образование этих клеток проходит с некоторыми отличиями. Процесс образования мужских гамет — это сперматогенез. Под влиянием мужских половых гормонов он начинается в пубертатный период и длится у мужчин до конца жизни.
В сперматогенезе выделяют четыре периода, или фазы:
1. Образование сперматогоний
Период размножения. Как интуитивно понятно из названия, клетки здесь увеличивают свое количество. Первичные половые диплоидные клетки делятся митозом. Получившиеся клетки — сперматогонии — имеют набор 2n2c, где n — количество хромосом, а с — количество молекул ДНК.
2–3. Образование сперматоцитов и сперматид
Период роста. В эту фазу клетка растет, незначительно, так как в итоге мужские гаметы небольшого размера, но всё-таки растет. Происходит накопление питательных веществ и АТФ, репликация ДНК, увеличивается количество органоидов и объем цитоплазмы. Когда такое может происходить с клеткой? Конечно же, в интерфазу. По факту в период роста клетка проходит через интерфазу перед последующим мейозом. В эту фазу образуются сперматоциты 1-го порядка с набором 2n4c.
Период созревания. Происходит мейоз. После первого деления мейоза образуются сперматоциты 2-го порядка с набором n2c, получившиеся клетки вступают во второе деление мейоза. Из одной исходной диплоидной клетки образуются четыре сперматиды с набором 1n1c.
4. Формирование сперматозоидов
Период формирования. Гаплоидные сперматиды — уже практически готовые гаметы, но им не хватает нескольких структур. В этой фазе из комплекса Гольджи формируется акросома, митохондрии концентрируются и начинают вырабатывать АТФ, а еще у сперматид образуется жгутик. После всех этих событий они с гордостью могут называться сперматозоидами, сохраняя набор 1n1c. В результате сперматогенеза из одной исходной клетки образуются четыре сперматозоида, готовые к оплодотворению.
Овогенез
Овогенез, или оогенез, — это формирование женских гамет. Процесс под действием женских половых гормонов активируется в период полового созревания и длится до менопаузы. Схема развития сперматозоидов и яйцеклеток крайне схожая, но есть и несколько отличий. Первое из них в том, что в овогенезе всего три периода вместо четырех.
- Период размножения. Как и в сперматогенезе, клетки делятся митозом для увеличения количества, но сами набор не меняют. Образуются овогонии с набором 2n2c.
- Период роста. Из-за того что яйцеклетки значительно крупнее сперматозоидов, то и увеличиться в размерах им нужно значительно больше, а еще не забываем про запас питательных веществ и энергии. Поэтому и фаза роста идет значительно дольше. Проходя через интерфазу перед мейозом, образуются овоциты 1-го порядка, набор в которых благодаря репликации ДНК — 2n4c .
- Период созревания. Овоциты 1-го порядка, которые образовались ранее, вступают в мейотическое деление. После первого деления мейоза образуются овоциты 2-го порядка и направительное, или редукционное, тельце.
Это клетка, которая не несет функционального значения и не участвует в размножении. Зачем же тогда она образуется? Для равномерного разделения хромосом в мейозе и переходу к гаплоидному набору. Что интересно, второе деление мейоза происходит уже после того, как сперматозоид проникнет внутрь овоцита 2-го порядка. После второго деления мейоза образуется яйцеклетка с набором 1n1c и редукционное тельце, которое тоже служит всего лишь контейнером для ненужных хромосом.
В результате овогенеза из одной исходной клетки образуется одна яйцеклетка, которая может быть оплодотворена, и три направительных тельца, которые дегенерируют.
Готовьтесь
к ОГЭ и ЕГЭ
за наш счет
C неделей пробного доступа к занятиям
Попробовать ООО «Юмакс», ИНН 7730681080, ERID 2Vtzqvtzoz6Оплодотворение
Теперь, когда мы знаем, как образуются половые клетки, разберемся, для чего они образуются. Оплодотворение — это слияние яйцеклетки и сперматозоида. При этом образуется диплоидная зигота, сочетающая в себе признаки обоих родителей. У разных животных оплодотворение может проходить разными способами. Выделяют наружное и внутреннее оплодотворение.
Типы оплодотворения
Эволюционно более древний способ — наружное оплодотворение. В этом случае сперматозоиды и яйцеклетки сливаются вне тела самки, в окружающей среде. Но это возможно не в каждой из сред жизни: если, например, выбросить гаметы на землю, то никакого слияния не произойдет, и они погибнут.
Внешнее оплодотворение возможно только в водной среде. Но тут появляется другая проблема: никак не повлиять на слияние гамет, поэтому требуется их огромное количество для повышения вероятности оплодотворения. Из позвоночных животных внешнее оплодотворение у рыб и земноводных.
При внутреннем оплодотворении самец вводит семенную жидкость со сперматозоидами в половые пути самки, где и происходит слияние гамет. Такое оплодотворение в основном у наземных животных: рептилий, птиц и млекопитающих. Количество половых клеток в этом случае меньше, так как вероятность встречи гамет больше в замкнутом пространстве.
| Наружное оплодотворение | Внутреннее оплодотворение |
|---|---|
| В водной среде | В полости тела самки |
| Много гамет | Меньше гамет |
| Рыбы, амфибии | Рептилии, птицы, млекопитающие |
Пренатальный период развития
После оплодотворения получившаяся зигота начинает интенсивно дробиться, последовательно превращаясь в бластулу, гаструлу и нейрулу. Нейрула — трехслойный зародыш, состоящий из эктодермы, мезодермы и энтодермы. Из каждого зародышевого листка формируются определенные ткани, органы и системы органов зародыша.
Строение эмбриона. Зародышевые оболочки
Эмбрионы у разных групп животных тоже разные. Всех позвоночных делят на анамний и амниот. Анамнии как будто отрицают зародышевые оболочки, отсюда приставка «ан». Зародыш анамний развивается в водной среде, поэтому сложностей, связанных с недостатком воды, не испытывает и зародышевые оболочки ему не нужны. К животным с таким зародышем относятся рыбы и амфибии.
Зародыши амниот развиваются на суше внутри яйца или тела матери, поэтому вода является для них лимитирующим фактором. Рептилии, птицы и млекопитающие живут в наземно-воздушной среде, а зародыш не может развиваться без воды. Ситуация кажется безвыходной, но на помощь приходят зародышевые оболочки, которые позволяют развиваться в жидкости, но не в водоеме.
Амниоты буквально создали «пруд» для развития вокруг зародыша благодаря зародышевым оболочкам. Основная оболочка, благодаря которой амниоты даже получили свое название, – это амнион. Рассмотрим эмбрион человека, строение которого стало встречаться в ЕГЭ по биологии, и подробнее разберем его зародышевые оболочки.
Цифрой 1 обозначен эмбрион — это зародыш, из него будет развиваться новый организм. Цифрой 2 отмечен амнион —специальная оболочка, которая защищает зародыш от пересыхания, механических повреждений и создает оптимальную среду для его развития. Внутри нее амниотическая полость, заполненная амниотической жидкостью, — под цифрой 3.
Цифра 4 — это пуповина, она соединяет зародыш с плацентой после того, как та образуется. Плацента — уникальная и характерная только для плацентарных млекопитающих структура. Эмбриональный орган, через который осуществляется обмен веществ между организмом зародыша и матери.
Под цифрой 5 еще одна зародышевая оболочка — аллантоис. Он участвует в газообмене зародыша, своеобразный эмбриональный орган дыхания, а еще через него происходит выделение жидких продуктов обмена плода. Цифрой 6 обозначены ворсинки хориона: хорион участвует в прикреплении зародыша к стенке матки, а позже — в образовании плаценты.
Постнатальный онтогенез
Типы развития
С эмбриональным этапом закончили — но есть еще и постэмбриональный. Постэмбриональный этап начинается с рождения или выхода из скорлуповых или яйцевых оболочек и заканчивается гибелью особи. Грубо говоря, постэмбриональный этап – это то, что мы называем «жизнь».
Есть два типа развития организма: прямое и непрямое. При прямом развитии новая особь похожа на взрослую и отличается в основном размерами. Мы чаще всего замечаем такое у пресмыкающихся, птиц и млекопитающих. Непрямое развитие характерно для насекомых, некоторых рыб и земноводных. При непрямом развитии из яйца выходит личинка, которая отличается от родителей строением, образом жизни и иногда даже средой обитания.
| Прямое развитие | Непрямое развитие |
|---|---|
 |  |
| Детеныш похож на взрослого | Детеныш отличается от взрослого |
| У всех особей одна экологическая ниша, используются одинаковые ресурсы | Разное строение, ресурсы и экологическая ниша |
| Повышается внутривидовая конкуренция | Снижается внутривидовая конкуренция |
| Рептилии, птицы, млекопитающие | Насекомые, рыбы, амфибии |
С непрямым развитием не всё так просто. Например, у насекомых бывает непрямое развитие с полным превращением (метаморфозом) и непрямое с неполным превращением. В полном превращении четыре стадии, и у каждой своя функция.
Первая — яйцо, эмбрион, в котором хранится и реализуется генетическая информация. Из яйца выходит личинка. Функция личинки — накопить питательные вещества, для этого ей нужно много и часто есть. Например, личинка бабочки имеет специальное название — гусеница — и съедает до 30 килограмм листьев!
Когда личинка набирает достаточно питательных веществ, она превращается в куколку. Именно на стадии куколки происходит метаморфоз. На него уходит большое количества веществ и энергии, поэтому личинка может быть в несколько десятков раз больше, чем куколка.
И наконец — взрослая особь. Кстати, у насекомых взрослая особь называется имаго. Главная функция взрослой особи — это размножение. У некоторых бабочек на стадии имаго даже не закладывается пищеварительная система. Как видите, развитие с превращением очень сложное, поскольку организм полностью перестраивается во время метаморфоза, но очень эффективное.
При неполном превращении стадий всего три, куколка отсутствует. Личинка отличается от взрослой особи размерами и отсутствием некоторых структур, у насекомых это чаще всего крылья.
| Полное превращение | Неполное превращение |
|---|---|
 |  |
| 4 стадии | 3 стадии |
| Яйцо → личинка → куколка → взрослая особь | Яйцо → личинка → взрослая особь |
| Есть метаморфоз | Нет метаморфоза |
| Бабочки, жуки, комары, мухи | Саранча, кузнечики, стрекозы, тараканы |
Размножение у человека
Теперь мы знаем, что человек — амниот, у которого внутреннее оплодотворение и прямое развитие. Возможность к размножению у человека появляется в пубертат, тогда же начинается формирование половых клеток. Пубертат — это переход от половой незрелости к зрелости, поэтому другое название пубертатного периода — половое созревание. В это время организм подростка перестраивается, включается функционал половой системы человека, начинаются овогенез или сперматогенез, меняется поведение и проявляются вторичные половые признаки. Сигналом к таким изменениям служат начало активного синтеза тропных гормонов передней доли гипофиза.
У юношей гормоны гипофиза стимулируют активную выработку гормонов семенников и коры надпочечников. Основной половой гормон мужчин — тестостерон, основные вторичные половые признаки: рост бороды и усов, оволосение по мужскому типу, «ломка» голоса, увеличение массы и силы мышц.
У девушек гонадотропные гормоны гипофиза увеличивают секрецию яичниками эстрогенов — женских половых гормонов. Начинают развиваться млечные железы, оволосение по женскому типу, половое созревание завершается появлением менструаций, что свидетельствует о готовности организма к вынашиванию потомства.
Чтобы понять, что такое менструация, разберем менструальный цикл в целом. При овогенезе у женщин в яичниках образуется яйцеклетка. Но там она не остается, а выходит в маточную трубу, где происходит (или не происходит) оплодотворение. Выход яйцеклетки случается примерно в середине цикла и называется овуляцией. Если после овуляции яйцеклетка оплодотворяется, то у человека происходит зачатие, зигота доходит до матки и там закрепляется. Если нет, то происходит отторжение эндометрия матки, которое сопровождается кровотечением.
После изучения теории предлагаю перейти к практике и порешать задания на гаметогенез. Все они взяты из открытых банков ФИПИ, а значит, максимально приближены к вопросам, которые могут встретиться вам на ОГЭ и ЕГЭ.
Разбор заданий ОГЭ и ЕГЭ
ОГЭ
Пример 1
Решение. Типичное для первой части ОГЭ задание с выбором одного верного ответа из четырех. Овуляция — это выход яйцеклетки из фолликула, приобретение способности к оплодотворению, но еще не оплодотворение.
Ответ: 1.
Пример 2
Решение. Это задание уже посложнее, но и приносит 2 балла. Советую такие задания решать по определенному алгоритму. Для начала прочитайте текст целиком и осознайте, о чем он. Далее читайте каждое предложение с начала до конца: обязательно не до пропуска, а до точки. Далее используйте свои знания и предположите, какой термин мог бы быть на месте прочерка. Уже после этого прочитайте список элементов и вставьте те, что совпали с вашими предположениями.
В этом примере текст про развитие насекомых. В первом предложении рассказывается о насекомых, имеющих четыре стадии развития, — речь о полном превращении. Далее у насекомых отсутствует какая-то из стадий: конечно, при неполном превращении отсутствует стадия куколки. Личинка бабочки — гусеница.
Ответ: 6531.
Пример 3
Решение. Необходимо сравнить гаметы разного пола. Яйцеклетка — крупная, неподвижная, с большим количеством питательных веществ и цитоплазмы. Сперматозоид — мелкий, подвижный, имеет сложное строение.
Ответ: 121221.
ЕГЭ
Пример 1
Решение. Это простое задание принесет вам 2 балла. Овогенез — это образование яйцеклеток. Происходит он в яичниках, в зоне созревания клетки делятся мейозом, в результате образуется яйцеклетка и три полярных тельца. Обратите внимание на пятый пункт: зоны растяжения нет в гаметогенезе — это название одной из зон корня.
Ответ: 146.
Пример 2
Решение. Полное превращение включает 4 стадии и метаморфоз, неполное — 3 стадии и отсутствие метаморфоза. Куколка есть у жука, мухи и бабочки, у них полное превращение. Кузнечик и саранча развиваются с неполным превращением.
Ответ: 22121.
Пример 3
Решение. Это простое задание вы решите меньше чем за минуту и легко получите 1 балл. У человека набор XX — у женщин, XY — у мужчин. Соответственно, соматическая (неполовая) клетка мужчины содержит одну Y-хромосому.
Ответ: 1.
Хотя тема объемная и часто встречающаяся на экзамене, она совсем несложная. Мы подробно разобрали теорию и прорешали практические задания. Теперь вы без проблем справитесь с гаметогенезом на ОГЭ и ЕГЭ и станете на шаг ближе к максимальному результату!
Если хотите так же подробно изучить остальные разделы экзамена, приходите на курсы подготовки к ОГЭ и ЕГЭ по биологии в MAXIMUM Education. Опытный преподаватель простым языком объяснит сложные темы и поможет набить руку на экзаменационных заданиях, которые составляют наши методисты по рекомендациям ФИПИ. Вы сможете учиться полностью онлайн, повторять термины с помощью базы знаний и регулярно писать пробники, чтобы отслеживать свой прогресс. С таким подходом любая задачка на ОГЭ и ЕГЭ будет вам по плечу 💪
