Significato biologico della riproduzione sessuale. La riproduzione sessuale, il suo significato evolutivo Qual è il significato biologico della riproduzione sessuale

La riproduzione sessuale comporta la formazione di nuovi individui non da parti dell'organismo genitore, come nella riproduzione asessuata, ma da uno zigote formato dalla fusione di cellule riproduttive maschili e femminili. La riproduzione sessuale in natura avviene nella maggior parte delle specie e presenta vantaggi rispetto alla riproduzione asessuata, poiché combina il materiale ereditario degli organismi genitori.

Gameti

Le cellule sessuali, o gameti, differiscono nella struttura dalle altre cellule del corpo.

I gameti hanno una quantità dimezzata di informazioni ereditarie (il numero di cromosomi). Ciò si ottiene attraverso la meiosi, un tipo speciale di divisione caratteristica dei gameti in via di sviluppo.

Nelle piante gli organi in cui avviene lo sviluppo delle cellule germinali (gametogenesi) sono chiamati gametangi. La pianta stessa su cui si sviluppano i gameti è chiamata gametofito.

I gameti femminili sono chiamati uova, mentre i gameti maschili sono chiamati spermatozoi o spermatozoi (se hanno un flagello).

Riso. 1. Cellule sessuali.

Negli animali maschi, i gameti si sviluppano nelle gonadi chiamate testicoli e nelle femmine - ovaie.

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I gameti variano in dimensioni e capacità di muoversi tra le specie. Nei mammiferi e nell'uomo, gli ovuli sono grandi e immobili, mentre gli spermatozoi sono piccoli e mobili.

Fecondazione

I gameti maturi possono combinarsi con gameti dell'altro sesso. Questo processo è chiamato fecondazione e in diversi animali avviene in due forme:

• fecondazione esterna , che si verificano all'esterno del corpo (anfibi, pesci);
• interno quando i gameti si incontrano nel corpo della femmina.

Un ovulo fecondato (zigote) ha un corredo completo di cromosomi, metà provenienti dal padre e metà dalla madre.

Dioezia ed ermafroditismo

In alcune specie di piante e animali, sia i gameti maschili che quelli femminili si sviluppano nel corpo di un individuo. Tali specie sono chiamate ermafroditi.

Esempi di specie ermafrodite sono:

• spigola;
• grande lumaca da stagno;
• lombrico;
• tenia del toro.

Se una specie ha organismi maschili e femminili separati, come accade nella maggior parte dei casi, allora questi animali sono detti dioici.

Quando gli organismi maschili e femminili della stessa specie presentano differenze evidenti nella struttura esterna o nel colore, si dice che la specie sia caratterizzata da dimorfismo sessuale.

Riso. 2. Dimorfismo sessuale.

Tipi di riproduzione sessuale

Oltre alla riproduzione sessuale stessa, ci sono anche la fusione delle cellule germinali altri tipi:

• partenogenesi;
• fusione di organismi unicellulari;
• coniugazione.

Nella partenogenesi, la prole si sviluppa da uova non fecondate.

La partenogenesi avviene in

• formiche;
• afidi;
• api;
• carassio, ecc.

Durante la partenogenesi non avviene alcuno scambio di materiale ereditario e tutta la prole è simile all'organismo materno.

La coniugazione è la riproduzione sessuale senza la formazione di cellule germinali. Caratteristico, ad esempio, delle alghe. Cellule di individui diversi crescono insieme per un certo periodo e si scambiano materiale genetico.

Nelle alghe unicellulari avviene la fusione di intere cellule madri, seguita dalla divisione in 4 cellule.

Riso. 3. Riproduzione sessuale delle alghe.

Nelle piante, la riproduzione sessuale è solitamente combinata con la riproduzione vegetativa. Ad esempio, le cipolle vengono solitamente propagate dai germogli: bulbi, ma le cipolle sono anche caratterizzate dalla riproduzione sessuale, fioriscono e formano semi dopo l'impollinazione.

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La riproduzione garantisce l'autoriproduzione degli organismi viventi, necessaria per l'esistenza della specie. La riproduzione si basa su informazioni genetiche crittografate nel DNA.

La riproduzione può essere asessuata o sessuata. Durante la riproduzione sessuale avviene un processo sessuale consistente nello scambio di materiale genetico tra le cellule. Molto spesso si formano cellule germinali specializzate con un set di cromosomi aploidi (singoli) - gameti, seguiti dalla loro fusione - fecondazione.

La riproduzione asessuata può avvenire per mitosi (nei microrganismi e altri organismi unicellulari), spore (nelle felci), gemmazione (nell'Idra), parti del corpo e organi vegetativi (propagazione vegetativa delle piante). La riproduzione asessuata garantisce la rapida formazione di numerosi figli con le stesse caratteristiche dei genitori. Che è utile in condizioni favorevoli, come le alghe in estate.

La riproduzione sessuale porta alla formazione di nuove combinazioni di geni, che aumentano le possibilità di sopravvivenza di alcuni figli quando cambiano le condizioni ambientali. La riproduzione sessuale rende possibile la selezione naturale basata sulla variazione ereditaria, il principale fattore trainante dell'evoluzione.

L'uomo utilizza la propagazione vegetativa delle piante da frutto (talee di ribes, innesti di mele, germogli di radici di lamponi, baffi di fragole) per preservare le pregiate qualità della varietà, che andranno perse durante la riproduzione sessuale. La riproduzione sessuale in tali piante è indispensabile quando si allevano nuove varietà.

Quando si incrociano diverse varietà di piante e razze animali, si verifica il fenomeno dell'eterosi: vigore ibrido. Tali discendenti hanno una maggiore resistenza (un mulo è un ibrido tra un asino e una cavalla), crescono più velocemente (polli da carne) e sono più produttivi (ibridi F1 nei cetrioli).

2. Vertebrati, loro classificazione. Crescente complessità dei mammiferi nel processo di evoluzione. Determinare il posto delle specie di volpe comune nel sistema del mondo animale (phylum, classe, ordine, famiglia, genere).

Il phylum Chordata comprende il sottophylum Craniale o Vertebrato. Nel corso scolastico vengono studiate le seguenti classi:

1. pesci cartilaginei,
2. pesce ossuto,
3. Anfibi, o Anfibi,
4. Rettili, o rettili,
5. Uccelli,
6. Mammiferi o bestie.

Le classi sono divise in ordini, famiglie, generi e specie. Il nome della specie è costituito dal nome del genere e dalla definizione della specie. Nella scienza, la tassonomia è usata in latino.

Quindi, la tassonomia della volpe sarà la seguente:

Phylum cordati,
Classe Mammiferi,
Predatore di squadra,
Canino di famiglia (lupo)
Rod Fox,
Specie: volpe comune.

Caratteristiche caratteristiche della classe Mammiferi

I mammiferi sono un gruppo evolutivamente avanzato. Hanno una serie di caratteristiche che consentono loro di adattarsi con successo all'ambiente:

• I mammiferi sono animali a sangue caldo con una temperatura corporea costante. La maggior parte è attiva tutto l'anno. Un alto livello di metabolismo è raggiunto dalla presenza di polmoni alveolari, un cuore a quattro camere e due sistemi circolatori.
• Danno alla luce piccoli vivi, li nutrono con il latte e si prendono cura della loro prole.
• I denti si differenziano in incisivi, canini e molari. Sono fissati negli alveoli (cellule nelle mascelle).
• I capelli e la pelle contengono ghiandole.
• L'alto livello di sviluppo del sistema nervoso, principalmente la corteccia cerebrale, garantisce il comportamento complesso degli animali.

3. Rivelare le caratteristiche dello scambio di gas nei polmoni e nei tessuti, la relazione tra i sistemi respiratorio e circolatorio. Qual è il primo soccorso in caso di arresto respiratorio?

Lo scambio di gas nei polmoni comporta l’arricchimento del sangue con ossigeno e la rimozione dell’anidride carbonica dal sangue. Questo è il ruolo del sistema respiratorio; l'ulteriore trasporto di ossigeno a tutte le cellule del corpo viene effettuato dal sistema circolatorio. In questo caso, l'ossigeno è legato all'emoglobina contenuta nei globuli rossi, che conferisce al sangue un colore scarlatto brillante.

Nei tessuti l'ossigeno nel sangue viene utilizzato per la cosiddetta respirazione tissutale: le sostanze organiche vengono ossidate con la partecipazione dell'ossigeno all'anidride carbonica e all'acqua, l'energia rilasciata viene immagazzinata sotto forma di ATP. L'anidride carbonica risultante viene trasportata dal sangue ed eliminata attraverso i polmoni.

Smettere di respirare anche per pochi minuti priva i tessuti di ossigeno e porta a cambiamenti irreversibili, soprattutto nelle cellule cerebrali. In questo caso è necessario eseguire la respirazione artificiale. Dovrebbe essere eseguito finché il paziente non inizia a respirare da solo o fino all'arrivo dell'ambulanza.

Per fare questo, la vittima giace sulla schiena, con la testa leggermente inclinata all'indietro. Successivamente si inala l'aria con il metodo “bocca a bocca” o “bocca a naso” attraverso un fazzoletto o una speciale maschera disponibile nella cassetta di pronto soccorso dell'auto. La frequenza dei respiri è di 10-12 al minuto per gli adulti, per un bambino più spesso con un'espirazione superficiale. (Allo stesso tempo, l'ossigeno entra nel sangue della vittima, il cui contenuto è di circa il 16% durante l'espirazione, e l'aumento del contenuto di anidride carbonica stimola il centro respiratorio).

Nei vecchi libri di testo si raccomandava di liberare le vie aeree dall'acqua e dal limo prima di iniziare la respirazione artificiale. Negli ultimi anni si consiglia di saltare questa fase perché inefficace, per non perdere secondi preziosi che possono salvare la vita di una persona.

Se l'incidente avviene durante un incendio, la vittima viene portata all'aria aperta; dopo aver ripreso la respirazione, è utile somministrare una maschera di ossigeno.

La riproduzione sessuale esiste sulla Terra da più di 3 miliardi di anni

Riproduzione sessuale- un processo nella maggior parte degli eucarioti associato allo sviluppo di nuovi organismi dalle cellule germinali (negli eucarioti unicellulari, durante la coniugazione, le funzioni delle cellule germinali sono eseguite dai nuclei sessuali).

Moduli PR

Unicellulare:

- copulazione- la fusione di due individui in uno, l'unione e la ricombinazione del materiale ereditario. Questo individuo si riproduce quindi per divisione.

- coniugazione- nel collegamento temporaneo di due individui allo scopo di scambio (ricombinazione) di materiale ereditario. Di conseguenza, gli individui appaiono geneticamente diversi dagli organismi genitori. Successivamente si riproducono asessualmente. Poiché il numero dei ciliati rimane invariato dopo la coniugazione, non vi è motivo di parlare di riproduzione in senso letterale

Schema di coniugazione nei ciliati: 1 - micronucleo (mi) e macronucleo (ma); 2 - prima divisione dei micronuclei, in ciascuno sono visibili 4 cromosomi; 3 - seconda divisione, in cui il numero di cromosomi è ridotto a 2; 4 - 3 dei micronuclei formati si compattano e muoiono; 5 - terza divisione del micronucleo; 6 e 7 - scambio di nuclei (♂ - nucleo mobile, ♀ - nucleo rimasto nella cellula; quando si fondono, viene ripristinato un doppio set di cromosomi); 8 - 10 - formazione di un nuovo macronucleo dovuta alla divisione del micronucleo.

Multicellulare:

Con fecondazione

Per tipo esterno la fecondazione avviene in acqua, e lo sviluppo dell'embrione avviene anche nell'ambiente acquatico (lancetta, pesci, anfibi).

Per tipo interno la fecondazione avviene nel tratto genitale femminile e lo sviluppo dell'embrione può avvenire nell'ambiente esterno (rettili, uccelli) o all'interno del corpo della madre in un organo speciale: l'utero (mammiferi placentari, esseri umani).

Senza fecondazione

Partenogenesi- la cosiddetta “riproduzione verginale”, una delle forme di riproduzione sessuale degli organismi, in cui le cellule riproduttive femminili (uova) si sviluppano in un organismo adulto senza fecondazione. Sebbene la riproduzione partenogenetica non comporti la fusione dei gameti maschili e femminili, la partenogenesi è ancora considerata riproduzione sessuale, poiché l'organismo si sviluppa da una cellula germinale. Si ritiene che la partenogenesi sia nata durante il processo di evoluzione in forme dioiche.

Androgenesi- lo sviluppo di un uovo con un nucleo maschile introdotto dallo sperma durante il processo di fecondazione.

L'androgenesi si osserva in alcune specie di animali (baco da seta) e vegetali (tabacco, mais) nei casi in cui il nucleo materno muore prima della fecondazione, il che è falso, cioè i nuclei femminile e maschile non si fondono (pseudogamia) e solo quello maschile si partecipa al nucleo di frammentazione.

Ginogenesi- un caso speciale di partenogenesi, una forma speciale di riproduzione sessuale in cui, dopo che gli spermatozoi penetrano nell'uovo, i loro nuclei non si fondono e solo il nucleo dell'uovo partecipa allo sviluppo successivo, oppure non avviene la fecondazione. In questo caso non si ha unificazione del materiale ereditario dei genitori attraverso la fusione dei nuclei delle loro cellule germinali (api, formiche)

Significato biologico

Fornisce una significativa diversità genetica

Variabilità fenotipica della prole.

Grandi possibilità evolutive ed ecologiche (dispersione in ambienti diversi).

La combinazione nel materiale ereditario di un discendente di informazioni genetiche provenienti da due fonti diverse: i genitori.

Gli organismi emergenti possono combinare caratteristiche benefiche del padre e della madre.

Tali organismi sono più vitali

Selezione naturale. Decide quali adattamenti per un dato habitat sono favorevoli e quali non sono così desiderabili. Se l'adattamento è favorevole, allora gli organismi che hanno , che codificano quel tratto, vivranno abbastanza a lungo da riprodursi e trasmettere i loro geni alla generazione successiva.

Affinché la selezione naturale possa funzionare su una popolazione, deve esserci diversità. Per ottenere la diversità negli individui sono necessarie genetiche ed espressioni diverse. Tutto ciò dipende dal metodo di riproduzione di una particolare specie.

Riproduzione asessuata

La riproduzione asessuata è la produzione di prole da un genitore, che non è accompagnata da accoppiamento o mescolamento di geni. La riproduzione asessuata porta alla clonazione del genitore, il che significa che la prole ha il DNA identico a quello del suo antenato. Di norma, manca la diversità delle specie di generazione in generazione.

Un modo per ottenere una certa diversità di specie è attraverso le mutazioni a livello del DNA. Se si verifica un errore nel processo o nella copiatura del DNA, questo errore verrà trasmesso alla prole, eventualmente modificandone le caratteristiche. Tuttavia, alcune mutazioni non modificano il fenotipo, quindi non tutti i cambiamenti nella riproduzione asessuata comportano variazioni nella prole.

Riproduzione sessuale

La riproduzione sessuale avviene quando una cellula riproduttiva femminile (ovulo) si combina con una cellula maschile (sperma). Un figlio è una combinazione genetica di madre e padre, con metà dei suoi cromosomi provenienti da un genitore e l'altra metà dall'altro. Ciò garantisce che la prole sia geneticamente diversa dai genitori e persino dai fratelli.

Possono verificarsi mutazioni anche nelle specie che si riproducono sessualmente per aumentare ulteriormente la diversità della prole. Anche il processo che crea le cellule sessuali utilizzate per la riproduzione contribuisce ad aumentare la diversità. Garantisce che i gameti risultanti siano geneticamente diversi. Anche il reclutamento indipendente durante la meiosi e la fecondazione casuale influenzano la miscelazione dei geni e consentono alla prole di adattarsi meglio al proprio ambiente.

Riproduzione ed evoluzione

Si ritiene generalmente che la riproduzione sessuale contribuisca maggiormente all'evoluzione rispetto alla riproduzione asessuata, poiché ha molto di più. L'evoluzione di una popolazione asessuata è solitamente facilitata da una mutazione improvvisa.

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KGBOU ONLUS

Scuola professionale n. 80

Professione 110800.03 Elettricista per riparazioni e

Manutenzione di impianti elettrici

Nella produzione agricola

Gruppo n. 153

Argomento: Riproduzione sessuale e suo significato biologico

Studente: A.E. Petrenko

Insegnante: M.A. Varochkin

1. Riproduzione sessuale

Nella riproduzione sessuale, la prole viene prodotta dalla fusione di materiale genetico proveniente da nuclei aploidi. Di solito questi nuclei sono contenuti in cellule germinali specializzate: i gameti; Durante la fecondazione, i gameti si fondono per formare uno zigote diploide, che durante lo sviluppo produce un organismo maturo. I gameti sono aploidi: contengono una serie di cromosomi risultanti dalla meiosi; servono da collegamento tra questa generazione e quella successiva (durante la riproduzione sessuale delle piante da fiore, non le cellule, ma i nuclei, si fondono, ma di solito questi nuclei sono anche chiamati gameti.)

La meiosi è una fase importante nei cicli vitali che coinvolgono la riproduzione sessuale, poiché porta alla riduzione della metà della quantità di materiale genetico. Grazie a ciò, in una serie di generazioni che si riproducono sessualmente, questo numero rimane costante, anche se durante la fecondazione raddoppia ogni volta. Durante la meiosi, a seguito della divergenza casuale dei cromosomi (distribuzione indipendente) e dello scambio di materiale genetico tra cromosomi omologhi (crossing over), nuove combinazioni di geni compaiono in un gamete e tale mescolamento aumenta la diversità genetica. La fusione dei nuclei aploidi contenuti nei gameti è detta fecondazione o singamia; porta alla formazione di uno zigote diploide, cioè una cellula contenente un set cromosomico di ciascun genitore. Questa combinazione di due serie di cromosomi nello zigote (ricombinazione genetica) rappresenta la base genetica della variazione intraspecifica. Lo zigote cresce e si sviluppa in un organismo maturo della generazione successiva. Pertanto, durante la riproduzione sessuale nel ciclo di vita, si verifica un'alternanza di fasi diploidi e aploidi e in organismi diversi queste fasi assumono forme diverse.

I gameti solitamente sono di due tipi, maschile e femminile, ma alcuni organismi primitivi producono solo un tipo di gamete. Negli organismi che producono due tipi di gameti, questi possono essere prodotti rispettivamente da genitori maschi e femmine, oppure può darsi che lo stesso individuo abbia organi riproduttivi sia maschili che femminili. Le specie in cui sono presenti individui maschili e femminili separati sono dette dioiche; tali sono la maggior parte degli animali e degli esseri umani. Tra le piante da fiore esistono anche specie dioiche; Se nelle specie monoiche si formano fiori maschili e femminili sulla stessa pianta, come, ad esempio, nel cetriolo e nel nocciolo, allora nelle specie dioiche alcune piante portano solo fiori maschili, altre solo fiori femminili, come nell'agrifoglio o nel tasso.

Ermafroditismo.

Partenogenesi.

La partenogenesi è una delle modificazioni della riproduzione sessuale in cui il gamete femminile si sviluppa in un nuovo individuo senza fecondazione da parte del gamete maschile. La riproduzione partenogenetica avviene sia nel regno animale che in quello vegetale e in alcuni casi ha il vantaggio di aumentare il tasso di riproduzione.

Esistono due tipi di partenogenesi: aploide e diploide, a seconda del numero di cromosomi nel gamete femminile. In molti insetti, tra cui formiche, api e vespe, varie caste di organismi sorgono all'interno di una data comunità come risultato della partenogenesi aploide. In queste specie avviene la meiosi e si formano gameti aploidi. Alcune uova vengono fecondate e si sviluppano in femmine diploidi, mentre le uova non fecondate si sviluppano in maschi aploidi fertili. Ad esempio, nell'ape mellifera, la regina depone uova fecondate (2n = 32), che si sviluppano in femmine (regine o operaie), e uova non fecondate (n = 16), che producono maschi (fuchi) che producono spermatozoi per mitosi, e non meiosi. Lo sviluppo degli individui di questi tre tipi nell'ape mellifera è presentato schematicamente in. Questo meccanismo di riproduzione negli insetti sociali ha un significato adattivo, poiché consente di regolare il numero di discendenti di ciascun tipo.

Negli afidi si verifica la partenogenesi diploide, in cui gli ovociti femminili subiscono una forma speciale di meiosi senza segregazione cromosomica: tutti i cromosomi passano nell'uovo e i corpi polari non ricevono un singolo cromosoma. Le uova si sviluppano nel corpo della madre, in modo che le giovani femmine nascano completamente formate, anziché schiudersi dalle uova. Questo processo è chiamato viviparità. Può continuare per diverse generazioni, soprattutto in estate, fino a quando non si verifica una non-disgiunzione quasi completa in una delle cellule, dando come risultato una cellula contenente tutte le coppie di autosomi e un cromosoma X. Da questa cellula il maschio si sviluppa partenogeneticamente. Questi maschi autunnali e femmine partenogenetiche producono gameti aploidi attraverso la meiosi che partecipano alla riproduzione sessuale. Le femmine fecondate depongono uova diploidi, che svernano e in primavera si schiudono in femmine che si riproducono partenogeneticamente e danno alla luce prole vivente. A diverse generazioni partenogenetiche segue una generazione risultante dalla normale riproduzione sessuale, che introduce la diversità genetica nella popolazione attraverso la ricombinazione. Il vantaggio principale che la partenogenesi conferisce agli afidi è la rapida crescita della popolazione, poiché tutti i suoi membri maturi sono in grado di deporre le uova. Ciò è particolarmente importante nei periodi in cui le condizioni ambientali sono favorevoli all’esistenza di una popolazione numerosa, cioè durante i mesi estivi.

La partenogenesi è diffusa nelle piante, dove assume varie forme. Uno di questi, l'apomissi, è la partenogenesi, che simula la riproduzione sessuale. L'apomissia si osserva in alcune piante da fiore in cui la cellula diploide dell'ovulo, una cellula nucello o una megaspora, si sviluppa in un embrione funzionale senza la partecipazione di un gamete maschile. Il resto dell'ovulo forma il seme e l'ovaio si sviluppa nel frutto. In altri casi è richiesta la presenza di un granello di polline, che stimola la partenogenesi, pur non germinando; il granello di polline induce cambiamenti ormonali necessari allo sviluppo dell'embrione, e in pratica tali casi sono difficilmente distinguibili dalla vera riproduzione sessuale.

2. Riproduzione sessuale nell'uomo

Sistema riproduttivo maschile.

spermatozoi aploidi sessuali

Il sistema riproduttivo maschile è costituito da testicoli accoppiati (testicoli), vasi deferenti, una serie di ghiandole accessorie e il pene (pene). Il testicolo è una ghiandola tubolare complessa di forma ovoidale; è racchiuso in una capsula - la tunica albuginea - ed è costituito da circa un migliaio di tubuli seminiferi altamente contorti, immersi in un tessuto connettivo che contiene cellule interstiziali (Leydig). I tubuli seminiferi producono gameti - sperma (spermatozoi) e le cellule interstiziali producono l'ormone sessuale maschile testosterone. I testicoli si trovano all'esterno della cavità addominale, nello scroto, e quindi gli spermatozoi si sviluppano ad una temperatura di 2-3°C inferiore rispetto alla temperatura delle zone interne del corpo. La temperatura più bassa dello scroto è determinata in parte dalla sua posizione e in parte dal plesso coroideo formato dall'arteria e dalla vena del testicolo e che funge da scambiatore di calore in controcorrente. Le contrazioni di muscoli speciali avvicinano o allontanano i testicoli dal corpo, a seconda della temperatura dell'aria, per mantenere la temperatura nello scroto a un livello ottimale per la produzione di sperma. Se un uomo ha raggiunto la pubertà e i testicoli non sono scesi nello scroto (una condizione chiamata criptorchidismo), rimane sterile per sempre, e negli uomini che indossano mutande troppo strette o fanno bagni molto caldi, la produzione di sperma può essere così ridotta da portare a all'infertilità. Solo pochi mammiferi, tra cui balene ed elefanti, tengono i testicoli nella cavità addominale per tutta la vita.

I tubuli seminiferi raggiungono i 50 cm di lunghezza e i 200 µm di diametro e sono localizzati in aree chiamate lobuli del testicolo. Entrambe le estremità dei tubuli sono collegate alla regione centrale del testicolo - la rete testis - tramite tubuli seminiferi corti e diritti. Qui gli spermatozoi vengono raccolti in 10-20 tubuli efferenti; lungo di essi si trasferisce alla testa dell'epididimo, dove si concentra per effetto del riassorbimento del liquido secreto dai tubuli seminiferi. Nella testa dell'epididimo maturano gli spermatozoi, dopodiché passano lungo un tubulo efferente contorto di 5 metri fino alla base dell'epididimo; qui rimangono per breve tempo prima di entrare nei dotti deferenti. Il dotto deferente è un tubo dritto lungo circa 40 cm che, insieme all'arteria e alla vena del testicolo, forma il funicolo spermatico e trasporta lo sperma nell'uretra (uretra), che passa all'interno del pene. Viene mostrata la relazione tra queste strutture, le ghiandole accessorie maschili e il pene.

Sviluppo degli spermatozoi (spermatogenesi).

Gli spermatozoi (spermatozoi) si formano attraverso una serie di successive divisioni cellulari, collettivamente chiamate spermatogenesi, seguite da un complesso processo di differenziazione chiamato spermiogenesi. Il processo di formazione dello sperma dura circa 70 giorni; per 1 g di peso del testicolo vengono prodotti 107 spermatozoi al giorno. L'epitelio del tubulo seminifero è costituito da uno strato esterno di cellule epiteliali germinali e da circa sei strati di cellule formatisi a seguito di ripetute divisioni cellulari di questo strato; questi strati corrispondono a fasi successive di sviluppo degli spermatozoi. Innanzitutto, la divisione delle cellule epiteliali germinali dà origine a numerosi spermatogoni, che aumentano di dimensioni e diventano spermatociti del primo ordine. Questi spermatociti, a seguito della prima divisione meiotica, formano spermatociti aploidi del secondo ordine, dopo di che subiscono la seconda divisione meiotica e si trasformano in spermatidi. Tra i "filamenti" delle cellule in via di sviluppo si trovano grandi cellule del Sertoli, o cellule trofiche, situate in tutto lo spazio dallo strato esterno del tubulo al suo lume.

Gli spermatociti sono localizzati in numerose invaginazioni sulle superfici laterali delle cellule del Sertoli; qui si trasformano in spermatidi, per poi spostarsi in quel margine della cellula del Sertoli, che si affaccia sul lume del tubulo seminifero, dove maturano, formando gli spermatozoi. Apparentemente, le cellule del Sertoli forniscono supporto meccanico, protezione e nutrimento allo sperma in maturazione. Tutti i nutrienti e l'ossigeno forniti ai gameti in via di sviluppo attraverso i vasi sanguigni che circondano i tubuli seminiferi, e i rifiuti metabolici rilasciati nel sangue, passano attraverso le cellule del Sertoli. Queste cellule secernono anche il fluido con cui lo sperma viaggia attraverso i tubuli.

Sperma.

Gli spermatozoi, o spermatozoi, sono gameti maschili molto piccoli e mobili, prodotti dalle gonadi-testicoli maschili; il loro numero è nell'ordine dei milioni. La forma degli spermatozoi varia nei diversi animali, ma la loro struttura è la stessa. Ogni spermatozoo può essere diviso in cinque sezioni. Nella testa dello spermatozoo è presente un nucleo contenente il numero aploide di cromosomi e ricoperto da un acrosoma. L'acrosoma, una speciale struttura delimitata da una membrana, contiene enzimi idrolitici che facilitano la penetrazione degli spermatozoi nell'ovocita immediatamente prima della fecondazione; quindi, funzionalmente può essere considerato come un lisosoma ingrandito. Il collo corto dello spermatozoo contiene una coppia di centrioli disposti ad angolo retto tra loro. I microtubuli di uno dei centrioli si allungano, formando un filamento assiale del flagello, che corre lungo il resto dello sperma. La parte centrale è espansa per i numerosi mitocondri che contiene, riuniti a spirale attorno al flagello. Questi mitocondri forniscono energia per i meccanismi contrattili che forniscono il movimento del flagello. Le parti principali e posteriori dello sperma hanno una struttura caratteristica dei flagelli: una sezione trasversale mostra una tipica struttura “9 + 2” - 9 paia di microtubuli periferici che circondano una coppia di microtubuli centrali.

Se guardi la testa di uno spermatozoo umano dall'alto, appare rotonda e, se vista di lato, appare appiattita. Il solo movimento flagellare non è sufficiente affinché lo sperma possa percorrere la distanza dalla vagina al sito in cui avviene la fecondazione. Il compito locomotore principale degli spermatozoi è sciamare attorno all'ovocita e orientarsi in un determinato modo prima di penetrare nelle membrane dell'ovocita.

Sistema riproduttivo femminile.

Il ruolo della donna nel processo riproduttivo è molto più ampio di quello dell'uomo e coinvolge le interazioni tra la ghiandola pituitaria, le ovaie, l'utero e il feto. Il sistema riproduttivo femminile è costituito da ovaie accoppiate e tube di Falloppio, utero, vagina e genitali esterni.

Le ovaie sono attaccate alla parete della cavità addominale mediante una piega del peritoneo e svolgono due funzioni: producono gameti femminili e secernono ormoni sessuali femminili. L'ovaio è a forma di mandorla, è costituito da una corteccia esterna e da un midollo interno ed è racchiuso in una membrana di tessuto connettivo chiamata tunica albuginea. Lo strato esterno della corteccia è costituito da cellule epiteliali germinali da cui si formano i gameti. La corteccia è formata dallo sviluppo dei follicoli e il midollo è composto da stroma contenente tessuto connettivo, vasi sanguigni e follicoli maturi.

La tuba di Falloppio è un tubo muscolare lungo circa 12 cm attraverso il quale i gameti femminili lasciano l'ovaio ed entrano nell'utero. L'apertura della tuba di Falloppio termina con un'estensione, il cui bordo forma una fimbria, che si avvicina all'ovaio durante l'ovulazione. Il lume della tuba di Falloppio è rivestito da epitelio ciliato; Il movimento dei gameti femminili verso l'utero è facilitato dai movimenti peristaltici della parete muscolare delle tube di Falloppio.

L'utero è una sacca a pareti spesse lunga circa 7,5 cm e larga 5 cm, composta da tre strati. Lo strato esterno è chiamato sierosa. Sotto di esso c'è lo strato intermedio più spesso: il miometrio; è formato da fasci di cellule muscolari lisce sensibili all'ossitocina durante il parto. Lo strato interno, l'endometrio, è morbido e liscio; è costituito da cellule epiteliali, ghiandole tubolari semplici e arteriole spirali che forniscono sangue alle cellule. Durante la gravidanza, la cavità uterina può aumentare di 500 volte, da 10 cm3 a 5000 cm3. L'ingresso inferiore dell'utero è la cervice, che collega l'utero alla vagina. L'ingresso della vagina, l'apertura esterna dell'uretra e il clitoride sono coperti da due pieghe della pelle: le grandi e le piccole labbra, che formano la vulva. Il clitoride è una piccola formazione capace di erezione, omologa al pene maschile. Nelle pareti della vulva ci sono le ghiandole di Bartolini, che secernono muco durante l'eccitazione sessuale, che idrata la vagina durante il rapporto.

Ciclo mestruale.

Negli uomini, la formazione e il rilascio dei gameti è un processo continuo, che inizia con l'inizio della pubertà e continua per tutta la vita. Nelle donne, questo è un processo ciclico, che si ripete circa ogni 28 giorni ed è associato a cambiamenti nella struttura e nelle funzioni dell'intero sistema riproduttivo. Questo processo è chiamato ciclo mestruale e può essere suddiviso in quattro fasi. Gli eventi che si verificano durante il ciclo mestruale coinvolgono le ovaie (ciclo ovarico) e l'utero (ciclo uterino) e sono regolati da ormoni ovarici, la cui secrezione è a sua volta regolata dalle gonadotropine ipofisarie.

Ciclo ovarico.

In una donna adulta, il ciclo ovarico inizia con lo sviluppo di numerosi follicoli primari (contenenti ovociti del primo ordine) sotto l'influenza dell'ormone follicolo-stimolante (FSH) secreto dalla ghiandola pituitaria anteriore. Di questi follicoli, solo uno continua a crescere, mentre i restanti vengono distrutti a seguito di un processo degenerativo (atresia follicolare). Le cellule della membrana della granulosa del follicolo in crescita proliferano, formando uno strato fibroso esterno spesso diverse cellule, chiamato teca extema, e uno strato interno ricco di vasi sanguigni, teca interna. Le cellule della granulosa secernono il liquido follicolare, che si accumula nella cavità follicolare. L'ormone luteinizzante (LH), secreto dalla ghiandola pituitaria, stimola le cellule, inducendole a produrre steroidi, principalmente estradiolo. L'aumento dei livelli di estradiolo durante la fase follicolare agisce sull'ipofisi secondo il principio del feedback negativo, provocando una diminuzione dei livelli di FSH nel sangue (giorni 4-11); I livelli di LH rimangono invariati. I livelli di estrogeni raggiungono il picco circa tre giorni prima dell'ovulazione e agiscono in questo momento sulla ghiandola pituitaria secondo il principio del feedback positivo, stimolando il rilascio sia di FSH che di LH. Si ritiene che l'FSH sia necessario per stimolare la crescita follicolare, ma l'ulteriore sviluppo follicolare è controllato principalmente dall'LH. Le cellule della granulosa si trovano alla periferia, l'ovulo è spostato su un lato del follicolo, ma è ancora circondato da uno strato di cellule della granulosa. Il follicolo maturo, chiamato vescicola di Graaf, raggiunge circa 1 cm di diametro e sporge sopra la superficie dell'ovaio sotto forma di tubercolo. L'esatto meccanismo dell'ovulazione non è noto, ma si ritiene che siano coinvolti LH, FSH e prostaglandine.

Durante l'ovulazione, un ovocita di secondo ordine si separa dalla parete del follicolo rotto, esce nella cavità addominale ed entra nelle tube di Falloppio.

In genere, ogni mese viene rilasciato un solo ovocita da una delle ovaie, in modo che l'ovulazione avvenga alternativamente nell'una o nell'altra ovaia. Un ovocita ovulato è una cellula il cui nucleo è nella metafase 1 della meiosi; è circondato da uno strato di cellule chiamato zona pellucida e da uno strato di cellule della granulosa (corona radiata), che protegge l'ovocita fino alla fecondazione. Dopo l'ovulazione, il livello di LH scende al livello caratteristico della fase follicolare e, sotto l'influenza di un'altra gonadotropina, la prolattina, le cellule del follicolo rotto cambiano, formando il corpo luteo. Il corpo luteo inizia a secernere un altro ormone femminile, il progesterone, e piccole quantità di estrogeni. Questi due ormoni mantengono la normale struttura dell'endometrio che riveste l'utero e inibiscono il rilascio di FSH e LH, agendo secondo il principio del feedback negativo sull'ipotalamo. Se la fecondazione non avviene, sotto l'influenza di fattori che verranno descritti in seguito, il corpo luteo subisce un'involuzione e rimane solo una piccola cicatrice: corpo albicans; questo è accompagnato da una diminuzione dei livelli di progesterone ed estrogeni, a seguito della quale cessa l'inibizione della secrezione di FSH, il suo livello aumenta e inizia un nuovo ciclo di sviluppo del follicolo.

Ciclo uterino.

Il ciclo uterino è diviso in tre fasi associate ad alcuni cambiamenti strutturali e funzionali nell'endometrio.

1. FASE MESTRUALE. In questa fase lo strato epiteliale dell'endometrio viene rifiutato. Poco prima delle mestruazioni, l'afflusso di sangue in quest'area diminuisce a causa del restringimento delle arteriole spirali nella parete uterina, causato dalla diminuzione del livello di progesterone nel sangue dopo l'involuzione del corpo luteo. Un apporto sanguigno insufficiente porta alla morte delle cellule epiteliali. Quindi il restringimento delle arteriole a spirale viene sostituito dalla loro espansione e, sotto l'influenza dell'aumento del flusso sanguigno, l'epitelio viene rifiutato e i suoi resti vengono espulsi insieme al sangue sotto forma di flusso mestruale.

2. FASE PROLIFERATIVA. Questa fase coincide con la fase follicolare del ciclo ovarico e consiste in una rapida proliferazione delle cellule endometriali, che porta al suo ispessimento sotto il controllo degli estrogeni secreti dal follicolo in via di sviluppo.

H. FASE SECRETORIA. Durante questa fase il progesterone secreto dal corpo luteo stimola la secrezione di muco da parte delle ghiandole tubulari; ciò mantiene il rivestimento dell'utero in una condizione in cui può essere impiantato un ovulo fecondato.

3. Cosa succede se la fecondazione non avviene?

Se la fecondazione non avviene entro 24 ore dall'ovulazione, l'ovocita di secondo ordine subisce autolisi nelle tube di Falloppio; la stessa cosa accade con lo sperma rimasto nel tratto genitale della donna. Il corpo luteo persiste per 10-14 giorni dopo l'ovulazione (di solito fino al 26° giorno del ciclo), ma poi smette di secernere progesterone ed estrogeni a causa di livelli insufficienti di LH nel sangue e va incontro ad autolisi. Come hanno dimostrato recenti studi, in alcune specie la parete uterina, che non contiene un ovulo fecondato, sembra secernere un fattore chiamato luteoliasi; questo fattore è una prostaglandina (prostaglandina F2?). Si ritiene che la luteolisina entri nel sangue nell'ovaio, dove provoca l'involuzione del corpo luteo, distruggendo i lisosomi nelle cellule della granulosa di quest'ultimo, provocandone l'autolisi.

Risultati della fecondazione.

Se avviene la fecondazione, dallo zigote risultante si sviluppa una blastocisti, che 8 giorni dopo l'ovulazione affonda nella parete dell'utero. Le cellule esterne della blastocisti, formando il trofoblasto, iniziano quindi a secernere un ormone, il gonadotropio cornonico, che ha una funzione simile all'ormone luteinizzante. Questa funzione include la prevenzione dell'autolisi del corpo luteo e l'induzione della secrezione di grandi quantità di progesterone ed estrogeni, che causano un aumento della crescita endometriale. Il rigetto del rivestimento epiteliale dell'endometrio viene soppresso e non si verificano le mestruazioni successive, che sono il primo segno di gravidanza. (La gonadotropina corionica stimola anche le cellule interstiziali dei testicoli nell'embrione maschile e induce loro a produrre testosterone, che induce la crescita degli organi genitali maschili.) Il ruolo della placenta aumenta intorno alla decima settimana di gravidanza, quando inizia a secernono la maggior parte del progesterone e degli estrogeni necessari per il normale decorso della gravidanza. La cessazione prematura dell'attività del corpo luteo (prima che la placenta dimostri pienamente la sua capacità secretoria) è una causa comune di aborto spontaneo nella 10a-12a settimana di gravidanza.

Durante la gravidanza, la gonadotropina corionica umana può essere rilevata nelle urine e i test di gravidanza si basano su questo. Attualmente viene utilizzato un test basato sulla soppressione dell'agglutinazione: particelle di lattice rivestite con gonadotropina corionica umana vengono aggiunte a una miscela di urina con un antisiero che agglutina questo ormone. Se presente nelle urine, reagirà con l'antisiero agglutinante e non con le particelle di lattice. L'assenza di agglutinazione al lattice è un indicatore di gravidanza; questo test può essere utilizzato già 14 giorni dopo la mancata mestruazione.

Copulazione.

La fecondazione interna è una parte importante del ciclo riproduttivo negli organismi terrestri e in molti di essi, compreso l'uomo, è facilitata dall'organo copulatore, il pene maschile, che viene inserito nella vagina e trasporta i gameti il ​​più profondamente possibile nel pene. tratto genitale femminile. L'erezione del pene si verifica a causa di un aumento locale della pressione sanguigna nel tessuto erettile a causa del restringimento delle vene e della dilatazione delle arterie. Questa reazione è dovuta all'attivazione del sistema nervoso parasimpatico durante l'eccitazione sessuale: in questo stato il pene può essere inserito nella vagina, dove l'attrito creato dai movimenti ritmici durante il rapporto sessuale produce una stimolazione tattile delle cellule sensoriali del glande. pene. Ciò attiva i neuroni simpatici che causano la contrazione dello sfintere interno della vescica, della muscolatura liscia dell'epididimo, dei vasi deferenti e delle ghiandole accessorie (vescicola seminale, prostata e ghiandole bulbouretrali). Come risultato di tutto ciò, i futuri componenti del liquido seminale vengono spinti nella parte prossimale dell'uretra, dove si mescolano. L’aumento della pressione nell’uretra prossimale provoca l’attività riflessa dei motoneuroni che innervano i muscoli alla base del pene. Le contrazioni ritmiche ondulatorie di questi muscoli spingono il liquido seminale attraverso la parte distale dell'uretra e avviene l'eiaculazione (il rilascio dello sperma), il culmine del rapporto sessuale. Le sensazioni associate a questo momento sia negli uomini che nelle donne sono collettivamente chiamate orgasmo. La lubrificazione durante il rapporto sessuale è fornita principalmente dalle secrezioni delle ghiandole della vagina e della vulva, e in parte anche dal muco chiaro secreto dalle ghiandole bulbouretrali maschili dopo l'erezione. Le secrezioni delle ghiandole accessorie maschili sono alcaline e contengono muco, fruttosio, vitamina C, acido citrico, prostaglandine e vari enzimi; aumentano il pH dell'ambiente vaginale, solitamente acido, a 6-6,5, ottimale per la motilità degli spermatozoi dopo l'eiaculazione. La quantità di liquido seminale eiaculato durante l'eiaculazione è di circa 3 ml, di cui solo il 10% è sperma. Nonostante questa bassa percentuale, lo sperma contiene circa 108 spermatozoi per 1 ml.

Fecondazione.

Lo sperma viene rilasciato in profondità nella vagina, vicino alla cervice. Gli studi hanno dimostrato che lo sperma passa dalla vagina nell'utero e raggiunge l'estremità superiore delle tube di Falloppio in cinque minuti a causa delle contrazioni dell'utero e delle tube. Si ritiene che queste contrazioni siano avviate dall'ossitocina rilasciata durante il rapporto sessuale e dall'azione locale delle prostaglandine contenute nel liquido seminale sull'utero e sulle tube di Falloppio. Gli spermatozoi rimangono vitali nel tratto genitale femminile per 24-72 ore, ma rimangono altamente fertili solo per 12-24 ore. Uno spermatozoo è in grado di fecondare un ovocita solo dopo che questo ha trascorso diverse ore nelle vie genitali, subendo un processo chiamato capacitazione; in questo caso vengono modificate le proprietà della membrana che ricopre l'acrosoma, il che rende possibile la fecondazione, che solitamente avviene nella parte superiore delle tube di Falloppio.

Quando lo spermatozoo si avvicina all'ovocita, la sua membrana esterna che copre l'area dell'acrosoma e le membrane dell'acrosoma stesso vengono strappate e gli enzimi situati nell'acrosoma - ialuronidasi e proteasi - "digeriscono" gli strati cellulari che circondano l'ovocita. Questi cambiamenti nella testa dello sperma sono chiamati reazione acrosomiale. Come risultato di ulteriori cambiamenti nella testa dello sperma, la membrana interna dell'acrosoma viene capovolta, consentendo agli spermatozoi di penetrare nella membrana plasmatica nell'ovocita; Negli esseri umani, lo sperma entra interamente nell'ovocita. Dopo che uno spermatozoo è entrato nell'ovulo, i granuli corticali situati sotto la sua membrana plasmatica, a partire dal punto di ingresso dello spermatozoo, si rompono e rilasciano una sostanza, sotto l'influenza della quale la zona pellucida si ispessisce e si separa dalla membrana plasmatica dell'ovulo. uovo. Questa cosiddetta reazione corticale si diffonde in tutta la cellula, per cui la zona pellucida forma una barriera impenetrabile di membrana di fecondazione, che impedisce ad altri spermatozoi di penetrare nell'ovocita, cioè il fenomeno della polispermia.

La penetrazione dello sperma serve come stimolo per il completamento della seconda divisione meiotica e l'ovocita di secondo ordine diventa un uovo maturo. In questo caso si forma anche un secondo corpo polare, che degenera immediatamente, e la coda dello spermatozoo viene riassorbita nel citoplasma dell'ovulo. I nuclei di entrambi i gameti si trasformano in pronuclei e si avvicinano. Le membrane dei pronuclei vengono distrutte e i cromosomi paterni e materni sono attaccati ai fili del fuso risultanti. A questo punto, entrambi i gruppi aploidi, contenenti 23 cromosomi nell'uomo, si sono già replicati e le 46 paia di cromatidi risultanti sono allineate lungo l'equatore del fuso, come nella metafase della mitosi. La fusione dei pronuclei si chiama cariogamia. In questa fase, il numero diploide dei cromosomi viene ripristinato e l'ovulo fecondato viene chiamato zigote.

Lo zigote attraversa le fasi di anafase e telofase e completa la sua prima divisione mitotica. La conseguente citocinesi porta alla formazione di due cellule figlie diploidi.

Conclusione

La variabilità genetica è benefica per la specie, poiché fornisce “materie prime” per la selezione naturale, e quindi per l’evoluzione. La prole più adattata al proprio ambiente avrà un vantaggio nella competizione con gli altri membri della stessa specie e avrà maggiori possibilità di sopravvivere e di trasmettere i propri geni alla generazione successiva. Grazie a questa specie sono in grado di cambiare, cioè il processo di speciazione è possibile. Una maggiore variazione può essere ottenuta mescolando i geni di due individui diversi, un processo chiamato ricombinazione genetica, che è una caratteristica importante della riproduzione sessuale; In una forma primitiva, il consiglio genetico è già presente in alcuni batteri.

Letteratura

1. Slyusarev A.A. - Biologia con genetica generale. 1978.

2. Bogen G. -Biologia moderna. - M.: Mir, 1970.

3. Willie K. - Biologia (leggi e processi biologici). 1974.

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