Сперматогенез и овогенез – прелюдия к совершению основного предназначения человека – продолжению рода. На начальной стадии должно произойти формирование и вызревание сперматозоидов и яйцеклеток. Анатомически и физиологически репродуктивные системы женщины и мужчины имеют характерные особенности и очень отличаются друг от друга. А есть ли сходство и отличия в гаметогенезе? В чем особенности сперматогенеза и овогенеза? Сравнительная характеристика овогенеза и сперматогенеза поможет ответить на эти вопросы.
Гаметообразование
Для представителей млекопитающих характерен половой деморфизм – разделение гамет на женские яйцеклетки и мужские сперматозоиды. Отличия их обусловлены разницей в задачах, которые стоят перед самцом и самкой. Соматические клеточные структуры в человеческом организме делятся митотически, как только достигнут стадии зрелости. Половые же проходят в своем развитии несколько последовательных этапов, пока не достигнут зрелости, чтобы участвовать в оплодотворении.
Возникновение, формирование и развитие гамет человека происходит в репродуктивной системе. Процесс, при котором образуются мужские сперматозоиды, называется сперматогенезом, а женские – овогенез или оогенез. Гаметогенез мужчины происходит в семенных канальцах. Женские формируются в яичниках. Схема овогенеза и сперматогенеза отражает следующие стадии развития:
- Размножение.
- Рост.
- Созревание.
Сравнение внутриклеточных и дифференциальных процессов развития, которые происходят на этих этапах, позволяет отметить некоторое сходство отдельных моментов сперматогенеза, а также оогенеза. Приведенная схема показывает, что при размножении из сперматогониев и овогониев в результате митоза образуются сперматоциты и овоциты I порядка. Они вступают в активную фазу мейоза и дают популяцию спермоцитов и ооцитов II порядка, которые, в свою очередь, проходят следующую стадию мейоза, при которой формируются сперматиды и овотиды.
Сравнение процессов обнаруживает еще одну особенность и сходство – оба начинаются в период развития плода. Предшественники половых клеток – гоноциты – образуются раньше, чем органы репродуктивной системы, и транспортируются в зачатки гонад благодаря способности к амебоидному движению. По зародышевой спинной складке они мигрируют к месту образования гонад.
Женские гаметы формируются в яичниках.
Когда первичные оказываются в месте назначения, то они активно внедряются в мозговой слой будущих семенников или корковый в яичниках. Такие особенности сходства целенаправленного движения обусловлены хемотаксисом. Зачатки гонад синтезируют специфические вещества, которые «притягивают» первичные сперматоциты и овоциты. Внутри зачатков репродуктивных органов и происходит формирование сперматогониев и овогониев – стволовых клеток. После каждого митотического деления они:
- Изменяют форму.
- Увеличиваются в размерах.
- Становятся способными на регулярное, частое деление.
Там же они вступают в первую фазу мейоза (профаза). В профазе первичные сперматоциты и овоциты остаются до периода полового созревания. На этом сходство заканчивается. Так как задачи формирования и развития процессов разные, то каждый имеет характерные особенности. Сравнение образования сперматоцитов показывает, что у мужчин митоз начинается с пубертатного периода, и его развитие происходит в течение всей жизни. Тогда как у женщин овоциты делятся при помощи митоза только в периоде развития эмбриона. И, несмотря на то, что схема располагает эти стадии рядом, в реальности они имеют временные отличия.
Процесс роста
Также сравнение особенностей структуры и размеров сперматоцитов и ооцитов показывает их отличие друг от друга. На этапе роста отмечаются следующие особенности развития:
- Увеличение размеров почти в 4 раза.
- Удвоение (репликация) ДНК.
Женские гаметы содержат большое количество питательных веществ.
Схема отражает не только сходство и различие стадии деления, но и показывает то, что происходит внутри клеточной структуры. Схема дает возможность провести сравнение овогенеза и сперматогенеза на уровне деления хромосом. Сравнивая внутренние процессы развития, которые показывает схема, можно найти гораздо больше сходства, чем при анализе предыдущей схемы. Отличие сперматоцита от овоцита I порядка отражается и в их размерах, что обусловлено накоплением женскими гаметами большего количества питательных веществ, необходимых для последующих делений. Однако, сравнивая их размеры, можно заметить одну особенность – женские больше мужских сперматозоидов. В чем же причина такого отличия?
Овоциты должны обеспечить питание процессов после оплодотворения, а для сперматоцитов, из которых впоследствии появятся сперматозоиды, важно сохранить подвижность, которой будет мешать большой запас. Да и продолжительность жизни у них имеет отличие. Сперматозоид сохраняет жизнеспособность после эякуляции несколько суток в благоприятных условиях. А из оплодотворенной яйцеклетки в течение длительного периода развивается эмбрион, что требует большого количества запасов.
На этой стадии гаметогенеза сходство в том, что каждый овоцит и сперматоцит содержит полный набор хромосом и является диплоидным. Данная схема отмечает сходство процессов. Отличие состоит в дифференцировке, изменениях, которые происходят в клеточной цитоплазме и ядре. В так называемый период S происходит удвоение всех молекул ДНК. Различают несколько стадий перераспределения наследственного материала в ядрах половых клеток, которые видны при сравнении схемы:
- Лептотенная – на этой стадии видно оформленное ядро и спирально закрученные нити хромосом. При этом отцовские и материнские хромосомы не сближаются.
- Зиготенная – сравнительной характеристикой этой стадии является сближение хромосом и обмен генами.
- Пахитенная – гомологичные хромосомы перекручиваются друг с другом, формируют плотные спирали и, соответственно, утолщаются.
- Диплотенная – стадия удвоения и разъединения двух пар хромосом.
Приведенная выше схема полно отражает все, что происходит в ядре на этапе роста. Завершение его знаменуется образованием сперматоцитов и овоцитов I порядка, готовых вступить в следующий этап – созревание.
Созревание
Особенностью созревания является мийотическое деление сперматоцитов и овоцитов. При этом из одной гаметы образуется 4 клетки. Сперматогония делится пополам, образуя сперматоцит второго порядка с гаплоидным (половинным) набором хромосом. Второй этап дает образование двух равноценных сперматид. В соответствии с приведенной выше схемой видно, что 1 диплоидный сперматоцит за 2 деления образует 4 гаплоидных сперматиды.
Хромосомы, отвечающие за пол (X и Y), расходятся в разные сперматиды, что обуславливает особенности гетерогаметности мужского материала. Сравнение овогенеза при созревании показывает, что женские клетки гомогаметные, то есть содержат только ХХ хромосомы. В этом и есть отсутствие сходства процессов деления. В остальном, сравнение данных процессов развития показывает их полное сходство.
Отличия сперматогенеза от овогенеза в период созревания в том, что цитоплазма сперматогония делится поровну, а при делении первичного ооцита происходит неравномерное перераспределение внутриклеточного материала. Схема овогенеза ясно показывает, что образуется большая клетка – вторичный овоцит – и меньшая по размеру – редукционное тельце. Вторичный овоцит мигрирует в фаллопиеву трубу, где происходит вторая фаза мейоза овогенеза. Она заканчивается после внедрения сперматозоида в клетку, при этом образуется овотида. Яйцеклетка снова делится на 2 дочерние. Схема показывает, как в результате деления:
- Основная часть цитоплазмы отходит в яйцеклетку.
- Меньшая – в направительную.
Женские клетки содержат только ХХ хромосомы.
В результате двух стадий редукционного деления образуется 1 зрелая яйцеклетка и 3 небольших тельца. В этом и состоит одно из отличий и особенностей развития овогенеза и сперматогенеза. Если особенностью сперматогенеза является направленность на увеличение количества равноценных сперматозоидов, то характерной особенностью развития оогенеза является образование одной зрелой яйцеклетки. Сравнение особенностей овогенеза и сперматогенеза показывает, что отличие прослеживается в задачах гамет и в особенности течения периода созревания.
На этом сравнении особенности и отличие овогенеза от сперматогенеза не заканчиваются, так как в сперматогенезе есть еще один период, которого нет в овогенезе. Это стадия формирования половозрелых сперматозоидов. Схема сравнения устройства, размера и количества, получившихся в результате целого ряда делений половых клеток, показывает, насколько они различны. Сравнение особенностей численности половых гамет показывает:
- У мужчины в 1 см3 эякулята содержится около 100 млн сперматозоидов.
- У женщины к началу полового созревания в фолликулах образуется около 300 тыс. ооцитов I порядка.
В сравнении этих цифр видно, насколько больше образуется мужских гамет. Это происходит постоянно, до самой старости. У женщин во время полового созревания большая часть яйцеклеток гибнет, и остается около 500. Особенностью их развития является и то, что клетка в результате мейоза покрывается оболочками, между которыми скапливается питательная жидкость, образуя фолликул. Зрелый фолликул достигает диаметра 1 см.
В сперматогенезе на один период созревания больше чем в овогенезе.
Анализ этапов гаметогенеза
Сравнение сперматогенеза с овогенезом указывает, что сходств между ними гораздо меньше, чем различий, на что указывает и схема. Овогенез и сперматогенез кратко можно отразить в сводной таблице, наглядно отображающей сходство и отличие сперматогенеза от овогенеза:
|
Сравнение |
Мужчины |
Женщины |
|
Место образования |
Семенники |
Яичники |
|
Гаметы |
Сперматозоиды |
Яйцеклетки |
|
Размеры |
50-54 мк |
120-138 мк |
|
Сравнение подвижности |
Активно подвижны |
Неподвижны |
|
Форма |
«Ложкообразные» со жгутиком |
Овальные |
|
Депонирование питательной жидкости |
Не накапливают |
Накапливают |
|
Тип деления в период размножения |
В результате митоза развиваются спермациты |
В результате митоза развиваются ооциты |
|
Характеристика фазы роста |
Увеличение объема клеток |
Увеличение объема клеток |
|
Характеристика этапа созревания |
При мейозе формируются, образуются сперматиды |
При мейозе развиваются овоциты |
|
Общее количество фаз |
4 |
3 |
Сравнение сходства и различия сперматогенеза и овогенеза заключаются в следующем:
- Фазы, которые проходят женские гаметы и спермии, во многом совпадают, кроме дополнительной фазы формирования сперматозоидов (имеющей определенные особенности), в которой они приобретают характерную форму и формируют двигательный аппарат.
- Сравнение фазы деления гамет I порядка указывает на отличия, так как из сперматоцита развиваются 4 половые клетки, а из овоцита – 1 зрелая яйцеклетка.
- Сравнение овогенеза показывает цикличность образования яйцеклетки. Цикл составляет 20-34 дня. Если яйцеклетка не оплодотворяется, то она гибнет, а образовавшиеся вещества запускают созревание новой яйцеклетки. Сперматозоиды формируются постоянно.
- Существуют отличия и в количестве половых клеток. В сутки у мужчины в результате сперматогенеза образуется порядка 30 млн сперматозоидов. У женщины за всю жизнь – не более 500 яйцеклеток.
- Если сравнить длительность стадии размножения, то выясняется, что она тоже имеет свои особенности – при овогенезе она заканчивается сразу после появления девочки на свет, а размножение при сперматогенезе идет весь период жизнедеятельности.
- Сравнение стадий роста указывает на отличия по времени в различных видах гаметогенеза – сперматогенез короче.
- При митозе или мейозе в стадии созревания овогенеза происходит неравномерное перераспределение клеточного содержимого.
- Сравнение степени влияния внешних факторов на гаметообразование имеет следующие особенности – наиболее подвержен такому влиянию сперматогенез, так как половые органы, в которых он происходит, находятся вне полости тела.
Таким образом, если детально анализировать гаметогенез, то сперматогенез, овогенез имеют больше различий, чем сходства, что обусловлено разницей в тех задачах, которые возлагаются на яйцеклетки и сперматозоиды при половом деморфизме.
