Гетерогамия

Что такое анизогамия

Анизогамия — это слияние двух гамет в разную морфологию: размер и форму. Это также называется гетерогамия, который является второй стадией эволюции в сексуальном процессе. Здесь маленькая гамета — это сперматозоид, а большая гамета — яйцеклетка. При одном типе анизогамии обе гаметы могут быть жгутиконосцами и, следовательно, подвижными. Альтернативно, у некоторых водорослей и растений обе гаметы могут быть не жгутиконосцами и, следовательно, неподвижны. Polysiphonia это красные водоросли, в которых обе гаметы неподвижны. У цветущих растений мужские и женские гаметы находятся внутри неподвижного гаметофита. У животных неподвижная яйцеклетка оплодотворяется подвижной сперматозоидом в процессе, называемом oogamy. Поэтому оогамия — это другой тип анизогамии. Три типа анизогамии показаны в Рисунок 1.

Рисунок 1: Типы анизогамииA — Анизогамия подвижных гамет, B — Оогамия, C — Анизогамия неподвижных гамет

Гаметы и оплодотворения

Оплодотворение происходит, когда мужские и женские гаметы сливаются. У животных организмов объединение спермы и яйцеклетки происходит в фаллопиевых трубах женского репродуктивного тракта. Миллионы сперматозоидов высвобождаются во время полового акта, которые попадают из влагалища в фаллопиевы трубы.

Сперма специально приспособлена для оплодотворения яйцеклетки. Головная область имеет колпачковое покрытие, называемое акросом, которое содержит ферменты, помогающие клетке спермы проникать в половую железу (наружное покрытие мембраны яичных клеток). По достижении клеточной мембраны яйцеклетки сперматозоидная головка сливается с яйцеклеткой. Проникновение сквозь zona pellucida (оболочка вокруг мембраны яйцеклетки) вызывает выброс веществ, которые изменяют zona pellucida, и предотвращает оплодотворение яйцеклетки другими сперматозоидами. Этот процесс имеет решающее значение, поскольку оплодотворение несколькими клетками спермы или полиспермия вызывает зиготу с дополнительными хромосомами. Это явление смертельно для зиготы.

После оплодотворения два гаплоидных гамета становятся одной диплоидной клеткой или зиготой. У людей это означает, что зигота будет иметь 23 пары гомологичных хромосом в общей сложности 46 хромосом. Зигота продолжит деление посредством митоза и в конечном итоге созревать в полностью функционирующий организм. Пол будущего ребенка, определяется наследованием половых хромосом. Клетки спермы могут иметь один из двух типов половых хромосом – X или Y. Яйцеклетка имеет только один тип половых хромосом – Х. Если клетка спермы с Y-хромосомой оплодотворит яйцеклетку то, в результате индивидуум будет мужского пола (XY). Если клетка спермы с X-хромосомой оплодотворит яйцеклетку то, в результате индивидуум будет женского пола (XX).

Мне нравится1Не нравится1

Характеристика овогенеза и сперматогенеза

Гаметогенез имеет несколько стадий. Сходство сперматогенеза и овогенеза как раз и заключается в том, что три стадии у них одинаковы.

1. Стадия размножения. Первичные клетки на этой стадии называются сперматогониями и овогониями, из них в последующем образуются мужские и женские половые клетки. Половые клетки несколько раз делятся путем митоза, и количество их значительно возрастает. Сперматогонии размножаются у мужчины в течение всего репродуктивного периода, а размножение овогоний происходит в эмбриональном периоде и наиболее интенсивно происходит во 2 — 5 месяц внутриутробного развития.

2. Стадия роста. В этот период клетки значительно увеличиваются в размерах. Сперматогонии и овогонии превращаются в сперматоциты и овоциты I порядка. Овоциты I порядка достигают больших размеров, поскольку накапливают питательные вещества.

3. Стадия созревания. На этой стадии происходят два следующих друг за другом деления — мейоз I и мейоз II. После первого деления образуются сперматоциты и овоциты II порядка, а после второго деления — сперматиды и зрелые яйцеклетки с тремя полярными тельцами, которые в процессе размножения не участвуют и погибают. При созревании один сперматоцит I порядка дает четыре сперматиды, а один овоцит I порядка образует одну яйцеклетку и три полярных тельца.

Эти особенности сперматогенеза и овогенеза имеют биологический смысл, который связан с разным назначением мужских и женских гамет. Неравномерное деление клеток при овогенезе (меньше) обеспечивает формирование крупной яйцеклетки, в ней накапливается большее количество питательных веществ, так как из оплодотворенного яйца будет развиваться новый организм.

При сравнительной характеристике овогенеза и сперматогенеза можно заметить, что сперматозоидов образуется значительно больше, и это также имеет биологический смысл.
Яйцеклетку достигает только один сперматозоид, проникает в нее и доставляет свой набор хромосом. Остальные же в процессе поиска яйцеклетки массово погибают.
При сравнении овогенеза и сперматогенеза становится понятным, почему сперматозоидам нет необходимости в запасании питательных веществ — их существование кратковременно, а подвижность должна быть высокой.

4. Стадия формирования. Она характерна только для сперматогенеза. Незрелая сперматида превращается в сперматозоид, приобретая свойственный ему вид. Образование сперматозоидов у мужчин начинается только в период полового созревания и происходит в течение всего года. Период развития сперматогоний в зрелые сперматозоиды составляет 74 дня.

Что такое изогамия

Изогамия — это слияние двух гамет с одинаковой морфологией: формой и размером. Они отличаются только своей физиологией. Обе изогамные гаметы жгутиконосцы; следовательно, подвижны. Они округлые или грушевидные и жгутики находятся в передней части. Изогамия — это первая стадия полового процесса. Он содержится в водорослях, грибах и низших растениях. Анизогамия развивается из изогамии. Изогамные гаметы нельзя отличить как мужские и женские гаметы.Вместо этого они обладают разными типами спаривания, обозначенными как «+» и «-». Типы спаривания встречаются среди грибов. Ни одна из спаривающихся гамет не жгутикована. Гамет двух разных типов спаривания сливаются вместе, образуя зиготу. Считается, что типы спаривания развились позже до анизогамии. В нитчатых водорослях, как только две нити из двух разных типов спаривания нитей сближаются, каждая нить создает сопряженные трубки. Эти волокна сопряжения соединяются вместе, образуя зиготу. Различные типы изогамии показаны в фигура 2.

Рисунок 2: Типы изогамииA — изогамия подвижных гамет, B — изогамия неподвижных гамет, C — сопряжение гаметангии

Типы:

С подвижными клетками

Существует несколько видов изогамии. Обе половые клетки могут быть жгу­ти­ко­нос­цами и, следовательно, подвижны. Этот тип встречается, например, у водорослей, таких как некоторые, но не все виды хламидомонада (Chlamydomonas).

С неподвижными клетками

При другом типе спаривания ни один из гамет не подвижен. Так обстоит дело, например, при скрещивании дрожжей. Типы спаривания дрожжей обычно обозначаются как «а» и «α (альфа)»  вместо «+» и «-».

Конъюгация

Другая, более сложная форма – это конъюгация (подобно обмену генетическим материалом через цитоплазматический мостик при конъюгации у бактерий, но с вовлечением репродукции). Такой тип спаривания наблюдается у некоторых зеленых водорослей, например, Спирогира (Spirogyra). Эти водоросли растут как нити клеток. Когда две нити противоположных типов спаривания сближаются, клетки образуют конъюгационные трубки между нитями. Как только трубки сформированы, протопласт из одной клетки перемещается по трубке в другую, чтобы слиться с ней, образуя зиготу.

У инфузорий деление клеток может сопровождаться самооплодотворением (аутогамия), или переносом ядер между двумя клетками без образования зиготы.

У грибов зигомицетов (Zygomycota) две гифы противоположных спаривающих типов образуют специальные структуры, называемые гаметангиями, где они касаются друг друга. Затем гаметангия сливается с зигоспорангием. У других грибов клетки из двух гиф с противоположными типами спаривания происходит слияния цитоплазмы (плазмогамия). Два ядра не сливаются, что приводит к образованию дикарион (клетки с двумя гаплоидными ядрами), образовывающих мицелий. Кариогамия (слияние ядер) встречается в спорангии и приводит к образованию диплоидных клеток (зигот), которые сразу же подвергаются мейозу, образуя споры.

Во многих случаях изогамовое оплодотворение используется организмами, которые также могут размножаться бесполым путем, через бинарное деление, почкование или бесполые споры. Переход к режиму полового размножения часто вызван изменением от благоприятных к неблагоприятным условиям среды. Оплодотворение часто приводит к образованию зиготических покоящихся спор с толстыми стенками, которые могут выдержать суровые условия и прорастают, как только они становятся снова благоприятными.

Мне нравитсяНе нравится

Сравнение гаметогенеза

Подытоживая все, можно привести сравнительную характеристику овогенеза и сперматогенеза. В сущности, это и будут особенности сперматогенеза и овогенеза.

1. Мы выяснили, что гаметогенез включает стадии размножения, роста и созревания клеток. Сперматогенез включает также стадию формирования (ее нет при овогенезе), в этом заключаются отличия сперматогенеза от овогенеза. Сперматозоиды проходят дополнительную четвертую стадию для того, чтобы приобрести своеобразную форму и сформировать аппарат движения.

2. Второе отличие сперматогенеза от овогенеза: из сперматоцита I порядка получается четыре половых клетки, а из ооцита I порядка получается одна полноценная половая клетка.

3. Яйцеклетки образуются циклически, процесс повторяется через 21-35 дней (менструальный цикл). После гибели яйцеклетки, что сопровождается кровотечением, изменившийся гормональный фон дает толчок к созреванию другой яйцеклетки.
Сравнительная характеристика овогенеза и сперматогенеза показывает, что у женщин мейоз начинается в период внутриутробного развития.
Ооциты I порядка у новорожденной девочки останавливаются в фазе мейоз I, и завершается созревание ооцита к моменту полового созревания. У мальчиков процесс образования сперматозоидов идет непрерывно и сохраняется в течение всей половой зрелости мужчины.

4. Из характеристики овогенеза и сперматогенеза следует, что существуют значительные различия в количестве образованных половых клеток в женском и мужском организме. Взрослый мужчина производит 30 миллионов спермиев в день, а женщина — порядка 500 зрелых яйцеклеток за всю свою жизнь.

5. Различия сперматогенеза и овогенеза заключаются также в том, что стадия размножения при сперматогенезе идет постоянно, а при овогенезе заканчивается после рождения.

6. Стадия роста при сперматогенезе короче, чем при овогенезе.

7. Стадия созревания при овогенезе имеет особенности, которые заключаются в неравномерности делений при созревании, что приводит к выделению полярных телец, что отсутствует при сперматогенезе.

8. Различия сперматогенеза и овогенеза заключаются в том, что сперматогенез более подвержен влиянию внешней среды, нежели овогенез, что связано с различием в расположении половых органов — семенники находятся вне брюшной полости.

9. Из сравнительной характеристики овогенеза и сперматогенеза можно увидеть, что, поскольку образование яйцеклеток начинается еще до рождения девочки, а завершается для яйцеклетки только после ее оплодотворения, то неблагоприятные факторы внешней среды могут повлечь генетические аномалии у потомства.

Размножение водорослей

Каким образом размножаются водоросли?

Водоросли размножаются половым и бесполым путем.

Как правило, бесполым путем водоросли размножаются в благоприятный период.

Бесполое размножение осуществляется вегетативно (у одноклеточных — делением надвое, у многоклеточных — частями слоевища), спорами (неподвижными клетками) и зооспорами (подвижными клетками). Рассмотрим для примера бесполое (зооспорами) и половое размножение одноклеточной водоросли. Если водоросль подвижна, то перед размножением она теряет жгутики. Ядро и цитоплазма делятся пополам; затем происходит еще одно или два деления, в результате которых в одной и той же оболочке образуются 4–8 клеток.

Эти мелкие подвижные клетки — зооспоры — выходят из оболочки материнской клетки и вырастают во взрослую особь.

В неблагоприятный период (высокая или низкая температура, накопление продуктов обмена в среде обитания при высокой плотности заселения, загрязнение водоемов) происходит половое размножение. Каждая клетка делится на много мелких половых клеток — гамет, которые потом попарно сливаются с гаметами другой особи, образуя зиготу, несущую в результате признаки обеих родительских особей.

Последняя покрывается плотной оболочкой и зимует. Весной из зиготы выходит 4 зооспоры. Каждая из них дает начало новому растению.

Эволюция анизогамии

Анизогамия — это процесс оплодотворение мелкими мужскими гаметами (сперматозоиды) крупных женских гамет (яйцеклетки). Разница в размере гамет является принципиальным различием между самцами (мужчинами) и самками (женщинами). Гетерогамия впервые развилась у многоклеточных гаплоидных видов, когда была установлена ​​дифференциация различных типов спаривания.

Для эволюции анизогамии были предложены две теории

Основное внимание уделяется теории конкуренции спермы; другой акцент делается на взаимодействие различных типов спаривания для борьбы с рисками оплодотворения. Обе теории предполагают, что анизогамия возникла из-за дизруптивного (разрывающего) отбора, действующего на предковую изогамную популяцию, и что существует компромисс между большим числом гамет и меньшим приспособлением каждой отдельной гаметы, поскольку общий ресурс, который один организм может вложить в воспроизведение фиксируется. Теория конкуренции спермы была первой теорией, объясняющей эволюцию анизогамии, предложенную Джеффом Паркером

Он предположил, что, поскольку размер зиготы определяется размерами обоих гамет, то меньший размер гаметы, уменьшит размер зиготы не менее чем на половину. Поэтому существует большая выгода для уменьшения размера гамета, чтобы значительно увеличить их количество

Теория конкуренции спермы была первой теорией, объясняющей эволюцию анизогамии, предложенную Джеффом Паркером. Он предположил, что, поскольку размер зиготы определяется размерами обоих гамет, то меньший размер гаметы, уменьшит размер зиготы не менее чем на половину. Поэтому существует большая выгода для уменьшения размера гамета, чтобы значительно увеличить их количество.

Затем множество более мелких гамет способны «паразитировать» на более крупных для передачи своих генов, а большие гаметы должны увеличить свои размеры, чтобы компенсировать потерю питательных веществ зиготами. Таким образом, конкуренция сперматозоидов, которая послужила силой отбора для значительного увеличения числа гамет, была предложена как причина дифференциации размеров разных гамет и, в конечном счете, эволюции спермы и яйцеклеток.

Однако конкуренция существует не только среди спермы, но также и среди яйцеклеток. Паркер не дал объяснений, почему именно сперма стала меньше, а не яйцеклетки, или что привело к тому, что прото-сперма и прото-яичники стали неравными. Фактически, недавняя математическая модель показывает, что конкуренция сперматозоидов не является ни необходимой, ни достаточной для эволюции анизогамии. Конкуренция сперматозоидов приводила только к тому, что сперматозоиды становились все меньше и меньше.

Предполагается, что реальной причиной эволюции анизогамии являются риски оплодотворения

Важной проблемой для размножения многоклеточных организмов является перенос гамет с места на место для оплодотворения. Однако транспортировка имеет вероятность отказа и создает риски оплодотворения. Когда риск возрастает, гаметы одного типа спаривания должны уменьшаться, чтобы увеличить число для преодоления этого риска, а гаметы другого типа спаривания должны стать больше, чтобы компенсировать потери питательных веществ у зигот

Когда риск возрастает, гаметы одного типа спаривания должны уменьшаться, чтобы увеличить число для преодоления этого риска, а гаметы другого типа спаривания должны стать больше, чтобы компенсировать потери питательных веществ у зигот.

Таким образом, риски оплодотворения и взаимодействие различных типов спаривания могли вызвать эволюцию анизогамии. Сперма развивается, чтобы увеличить вероятность оплодотворения, а яйцеклетка развиваются, чтобы компенсировать потерю питательных веществ. Кроме того, сперматозоиды могут становится еще меньше, если яйцеклетки станут более крупными, чтобы обеспечить питательными веществами зиготы. Это взаимодействие может служить причиной того, что многие организмы имеют микроскопических сперматозоидов и чрезвычайно крупные яйцеклетки.

Самоопыление растений

Гомогамия используется как определение одновременного созревание рыльца и пыльников у обоеполого, то есть, имеющего гермафродитизм цветка. В растительном мире ситуация самооплодотворения встречается у многих видов грибов, водорослей и цветковых растений (самоопыление у самофертильных растений).

>Передача одинаковых комбинаций генов

Гомогамия является термином обозначающим передачу одинаковых комбинаций генов как от особей мужского, так и женского пола.

>См. также

• Гомогамия (социология)
• Клейстогамия
• Гетерогония
• Изогамия
• Самоопыление

>Напишите отзыв о статье «Гомогамия (биология)»

Половое размножение

Сущность полового и бесполого размножения различаются. В результате полового размножения образуются особи, получившие генетический материал от двух организмов. Основным признаком данного типа размножения является наличие полового процесса, который заключается в слиянии клеток – гамет.

Различают несколько способов полового размножения.

Наиболее простейшие формы полового размножения осуществляются без участия гамет, но при этом обязательно присутствуют две особи. К таким способам относятся конъюгация и копуляция.

Своеобразной формой размножения у инфузорий и некоторых бактериальных клеток считается конъюгация.

В процессе конъюгации количество особей не увеличивается, но происходит обновление их наследственного материала. Рассмотрим на примере инфузорий. 

Разновидностью полового процесса у одноклеточных организмов считается копуляция.

В данном случае две особи приобретают половые различия, то есть превращаются в гаметы и полностью сливаются, образуя зиготу. Соответственно из зиготы уже образуется новый  организм. Такой тип полового размножения как копуляция встречается у раковинной корненожки, а также некоторых жгутиковых.

Основным способом полового размножения считается развитие новой особи из зиготы, сформировавшейся при слиянии гамет. Здесь также можно выделить несколько видов размножения.

Наиболее примитивной формой полового размножения считается гермафродитизм. При этом у одной особи имеются и женские и мужские гаметы, поэтому они способны к самооплодотворению.

Гермафродитизм имеет значение для многих организмов, ведущих паразитический образ жизни. Встретить полового партнера для размножения они не могут, так как ведут одиночный образ жизни в теле хозяина. А такой способ позволяет им размножаться самостоятельно.

К гермафродитам относятся многие кишечнополостные, черви, ракообразные, моллюски, некоторые рыбы и пресмыкающиеся, а также большинство растений.

Партеногенез считается одной из модификаций полового размножения, вследствие которой развитие новой особи происходит из неоплодотворенной яйцеклетки.

Партеногенез наблюдается у различных организмов: насекомых, червей, ракообразных.

Формой полового размножение считается изогамия, при которой формируются абсолютно одинаковые гаметы. При этом нет деления на мужские и женские. Изогамия характерна для некоторых видов жгутиковых и грибов.

Часто наблюдается при размножении гетерогамия. Гаметы обладают резкими отличительными чертами, соответственно возможно отметить две их разновидности: сперматозоиды и яйцеклетки. В процессе гетерогамии объединяются половые клетки, что сопровождается зарождением зиготы, дающей начало дочерней особи.

В течение становления природы половое размножение стало преобладающим, так как обладает некоторым превосходством перед другим способом.

Вследствие данного размножения обеспечивается большое разнообразие индивидов, обладающих уникальными наследственными качествами. Преимущественным значением полового размножения для эволюции считается обновление организмов в связи с объединением генетического материала двух родительских особей. Данный факт расширяет адаптивные возможности существ в ситуации модифицирующейся внешней среды, что необходимо в борьбе за существование.

Виды размножения

Разделяют вегетативный и генеративный метод репликации растений. Во втором случае размножение может осуществляться бесполым или половым типом, кроме того, выделяют и двойное оплодотворение.

Половое размножение

В основе данного типа лежит слияние мужских и женских половых элементов – гамет. В результате этого образуется зигота – специальная клетка, которая дает начало новой жизни. В ней содержится определенный генетический материал набор хромосом, полученных от родительских растений.

Выделяют различные типы полового процесса и оплодотворения:

1. Хологамия – слияние гаплоидных структур, когда в качестве гамет выступают не отдельные клетки, а целый организм (этот процесс характерен для одноклеточных водорослей). В результате такого слияния формируется зигота, которая быстро делится мейотическим типом, образуя 4 дочерних организма.
2. Конъюгация. В основе данного процесса лежит слияние клеток нитевидных выростов, расположенных вблизи друг к другу. В месте такого соприкосновения перегородки этих выростов растворяются, в результате чего содержимое одного из них (мужского) переходит в тело другого (женского). Этот процесс приводит к формированию диплоидной зиготы. Такой процесс характерен для нитчатых водорослей.
3. Изогамия. Гаметы в данном случае имеют одинаковую форму и размеры, но они различаются между собой физиологически (делятся на мужские и женские). Изогамия происходит только во влажной среде, в воде, в которой гаметы, снабженные специальными жгутиками, могут передвигаться навстречу друг другу, а затем и сливаться между собой.
4. Гетерогамия. Данный метод идентичен предыдущему, однако мужские и женские гаметы различаются по размерам и умению передвигаться. Женские гаметы более крупные и менее подвижные. Данный процесс также может происходить только в воде. Изогамия и гетерогамия характерны для сложных водорослей.
5. Оогамия. Метод характерен для некоторых типов водорослей и высших растений. Выделяют мужские и женские гаметы. Женская – крупная и неподвижная, формируется в одноклеточных оогониях (у водорослей) или в многоклеточных архегониях (у высших растений, за исключением покрытосемянных). Мужская половая клетка – сперматозоид, или спермий, — более мелкая и подвижная, образуется в многоклеточных антеридиях. Сперматозоиды могут передвигаться только в воде, поэтому они присутствуют у растений, обитающих во влажной среде. Спермии – мужские гаметы.

Бесполое

Если оплодотворение происходит без участия второго организма, этот метод называют бесполым. Такое размножение осуществляется при помощи особых клеток, которые образуются в специальных половых органах растения. Они могут быть одноклеточными (это характерно для большинства видов водорослей) или многоклеточными, но не разделенными на ткани (у некоторых сложных водорослей).

У высших растений они имеют более сложную структуру, в их состав входят клетки, имеющие различное строение и функции: защиту, накапливание питательных веществ, формирование тела спор. Клетки состоят из оболочки, под которой находится цитоплазма и крупное ядро. В цитоплазме содержатся активные вещества, пропластиды, жиры. Для того чтобы из нее сформировалось полноценное растение, требуется влажная среда.

Двойное оплодотворение

Данный тип оплодотворения характерен только для цветковых растений (например, у голосемянных также имеет место формирование семени, но двойного оплодотворения не происходит). Оплодотворению предшествует процесс опыления, когда пыльца с тычинок одного цветка распространяется на пестики другого. При этом в зачаток проникает не 1 спермий, а сразу 2. Один из них соединяется с яйцеклеткой, а другой – с центральной клеткой этой структуры.

Эволюция

Похоже, что изогамия была первой стадией полового размножения. В некоторых эволюционных линиях животных и растений эта форма размножения независимо эволюционировала до анизогамии (с гаметами мужского и женского типа) и оогамии (женская гамета намного больше, чем гамета самца, и не может двигаться). Существует хороший аргумент в пользу того, что эта закономерность была обусловлена ​​физическими ограничениями на механизмы, с помощью которых два гамета сливаются вместе при половом размножении. У грибов аскомицетов (Ascomycota), анизогамия развилась от изогамных типов спаривания.