Статеві клітини. У кожної багатоклітинної істоти обов’язково утворюються статеві клітини, або гамети (від грец. гамете — жінка, гаметес — чоловік). їх єдине призначення — це участь у процесі статевого розмноження, а головна особливість будови — гаплоїдний набір хромосом. Гамети поділяють на дві групи: жіночі та чоловічі. У примітивних багатоклітинних істот (деякі водорості й гриби) жіночі та чоловічі статеві клітини зовні не розрізняються, тоді як в еволюційно просунутих істот (тварини й вищі рослини) гамети мають зовсім різну будову та розміри (іл. 24.1).

Особливості будови жіночих гамет. Жіночі гамети — це яйцеклітини, або науковою мовою — ооцити (від грец. оон — яйце і кітос — клітина). Вони зазвичай мають майже ідеальну форму кулі та властиві тваринам і вищим рослинам.

Яйцеклітини нерухомі. Особливістю їхньої клітинної організації є значна кількість запасної речовини — жовтка, що міститься в цитоплазмі (іл. 24.2).

Іл. 24.1. Яйцеклітина та сперматозоїд людини

Іл. 24.2. Схема будови яйцеклітини

Слід зазначити, що в яйцеклітинах різних тварин уміст жовтка неоднаковий. Більше його в яйцях плазунів, птахів, риб та членистоногих, найменше жовтка в молюсків. А в деяких видів наїзників, личинки яких живуть і розвиваються в тілі інших комах, жовтка немає зовсім.

Яйцеклітини — найбільші за розмірами клітини тварин. Це обумовлено тим, що в їхній цитоплазмі міститься дуже багато резервних речовин. Саме тому серед них трапляються і клітини-велетні. Діаметр яйцеклітини оселедцевої акули — близько 22 см (іл. 24.3). Однак власником найбільшої яйцеклітини й водночас клітини взагалі серед організмів, що зараз живуть на Землі, є африканський страус, маса яйця якого становить близько 1,6 кг (іл. 24.4). Діаметр яйцеклітини людини становить усього 0,2 мм.

Іл. 24.3. Яйце оселедцевої акули

Іл. 24.4. Яйця африканського страуса

Особливості будови чоловічих гамет. Чоловічі гамети — це, навпаки, дуже дрібні клітини, які зовні зовсім не схожі на жіночі. Чоловічі гамети тварин, водоростей і спорових рослин рухливі й мають спеціальний орган руху — джгутик. Зазвичай рухливі чоловічі гамети називають сперматозоїдами (від грец. сперма — насіння, зоон — жива істота, еідос — вигляд), а нерухливі, властиві насінним рослинам, — сперміями.

Сперматозоїд ссавців майже позбавлений цитоплазми (іл. 24.5) та має форму довгої нитки. У ньому розрізняють три відділи: головку, серединну частину та хвостик — джгутик.

Іл. 24.5. Будова сперматозоїда: 1 - головка; 2 - серединна частина (війка); 3 - хвостик (джгутик)

У головці розташовані: гаплоїдне ядро, клітинний центр, що формує цитоскелет сперматозоїда, та спеціальна органела — акросома (від. грец. акрос — вершина і сома — тіло). Вона розміщена на самому кінчику головки й містить особливі ферменти, що розчиняють поверхневу мембрану яйцеклітини. У серединній частині міститься величезна мітохондрія, яка виробляє значну кількість енергії, що вкрай необхідна для активного руху сперматозоїда. Рухається сперматозоїд завдяки обертанню джгутика.

Гаметогенез (від грец. гамета і генезис — походження). Це процес дозрівання та формування статевих клітин. Гаметогенез має загальні правила й водночас особливості, притаманні різним рослинам і тваринам. Нам уже відомо, що гамети тварин формуються внаслідок мейотичних поділів, тоді як мейоз у рослин спричиняється до утворення спор, з яких спочатку виростають гаплоїдні організми, що й продукують гамети, які виникають внаслідок мітотичних поділів.

Спільним для всіх живих істот є те, що утворення статевих клітин відбувається у спеціальних органах: спермії та сперматозоїди формуються в чоловічих статевих органах, а яйцеклітини — у жіночих статевих органах.

Утворення чоловічих статевих клітин у людини. На прикладі людини розглянемо процес утворення чоловічих гамет, який називають сперматогенезом (від грец. сперма і генезис). Цей процес відбувається в сім’яниках, точніше — у звивистих канальцях сім’яників і є серією перетворень одних клітин на інші, причому етапи сперматогенезу чітко прив’язані до певних зон сім’яникових канальців (іл. 24.6).

Перший етап (іл. 24.7), розмноження, відбувається на самому початку канальців, де розміщуються дуже дрібні первинні статеві чоловічі клітини — сперматогонії, що мають круглясту форму. У період розвитку організму вони постійно діляться за допомогою мітозу, збільшуючи свою кількість у мільйони разів. Цю частину канальців називають зоною розмноження.

Другий етап — ріст. У статевозрілих організмів частина сперматогоніїв збільшується в розмірах і стає готовою до мейотичного поділу. На цьому етапі майбутні чоловічі гамети називають сперматоцитами 1-го порядку. Цей процес відбувається в зоні росту.

Третій етап — дозрівання, який, відповідно, відбувається у зоні дозрівання. Він включає два мейотичні поділи. Після першого поділу мейозу сперматоцити 1-го порядку перетворюються на сперматоцити 2-го порядку, а ті, у свою чергу, проходять другий поділ мейозу. У результаті утворюється чотири гаплоїдні клітини. Їх називають сперматидами.

Іл. 24.6. Будова яєчка та розвиток сперматозоїдів: 1 — придаток яєчка; 2 — сполучнотканинна перегородка; 3 — часточка; 5 — кровоносний капіляр; 6 — недозрілі сперматозоїди; 7 — сперма

Іл. 24.7. Етапи сперматогенезу в людини: 1 — розмноження (сперматогонії); 2 — ріст (сперматоцит 1-го порядку); 3 — дозрівання (а — сперматоцит 2-го порядку; 6 — сперматиди); 4 — перетворення сперматид на сперматозоїди

Четвертий етап, що відбувається в зоні формування, є перетворенням сперматид на сперматозоїди. Цей процес супроводжується різким зменшенням розмірів ядра та об'єму цитоплазми, а також виникненням джгутика, завдяки якому сперматозоїд активно рухається.

Утворення жіночих статевих клітин у людини. Процес утворення жіночих статевих клітин називають оогенезом (від грец. оон і генезис). У людини, як і в усіх тварин, він відбувається у три етапи (іл. 24.8).

Перша стадія — період розмноження, що відбувається під час ембріонального розвитку людини та являє собою розмноження зародкових клітин — оогоній шляхом мітозу. Зазвичай цей період закінчується після народження, отже, немовля жіночої статі вже має певну кількість незрілих статевих клітин.

Друга стадія — період росту, що являє собою розвиток ооцитів 1-го порядку, що вступили до профази-І мейозу й утратили здатність до мітозу. У період росту, що може тривати роками, розмір клітини збільшується в тисячі разів. У людини ця стадія збігається з періодом статевого дозрівання, коли раз на чотири тижні один з ооцитів починає рости. Цей процес супроводжується початком утворення жовтка.

Третя стадія — період дозрівання — включає поділи мейозу. Після першого мейотичного поділу ооцита 1-го порядку утворюються ооцит 2-го порядку і первинне полярне тільце. Далі відбувається другий поділ мейозу за участю ооцита 2-го порядку, за якого утворюється гаплоїдне яйце — оотида, яка, власне, вже і є зрілою яйцеклітиною і три полярних тільця, два з яких утворюються з первинного полярного тільця. Ці полярні тільця мають такі самі гаплоїдні набори хромосом, що й оотнда, однак у них немає жовтка. З часом вони розпадаються.

Іл. 24.8. Схема оогенезу в людини: 1 — оогонії; 2 — ооцит 1-го порядку; 3 — перше полярне тільце; 4 — ооцит 2-го порядку; 5 — друге полярне тільце; 6 — оотида; 7 — зріла яйцеклітина

Отже, унаслідок мейотичних поділів у процесі оогенезу з однієї зародкової клітини утворюється лише одна яйцеклітина, яка вбирає весь накопичений за період розвитку жовток. Утворення жіночих статевих клітин відбувається послідовно по зонах яєчників відповідно до зон дозрівання сперматозоїдів у сім'яниках.

Утворення статевих клітин у квіткових рослин. Статевими чоловічими органами квіткових рослин слід вважати пиляки, у яких у великій кількості містяться так звані материнські клітини пилку (іл. 24.9, А). Саме ці клітини проходять мейоз і кожна з них перетворюється на чотири мікроспори, з яких формуються пилкові зерна. Спочатку пилкові зерна одноклітинні, а після першого мітотичного поділу стають двоклітинними. Одна клітина, вегетативна, перестає ділитися, з неї утворюється пилкова трубка, а в другій — генеративній — відбувається ще один мітоз, унаслідок чого в ній утворюються два ядра. У результаті цих подій визріває пилкове зерно, що складається з двох клітин, одна з яких є двоядерною.

Іл. 24.9. Утворення чоловічих (А) та жіночих (Б) гамет у квіткових рослин

А: 1 — материнська мікроспора; 2 — метафаза-1; 3 — телофаза-1; 4 — метафаза-2; 5 — стадія чотирьох спор; 6 — перший мітоз у мікроспорах; 7 — двоклітинні пилкові зерна; 8 — вегетативна клітина; 9 — генеративна клітина; 10 — зрілі пилкові зерна; 11 — ядро пилкової трубки; 12 — спермії.

Б: 1 — материнська макроспора; 2 — метафаза-1; 3 — телофаза-1; 4 — метафаза-2; 5 — стадія чотирьох макроспор; 6 — дегенерація трьох макроспор; 7 — три міотичні поділи зародкового мішка, що ведуть до утворення зрілої жіночої гамети; 8 — яйцеклітина; 9 — ядра, що утворюють центральне тіло

Жіночим статевим органом рослин є насінний зачаток, у якому містяться материнські клітини макроспор, з яких шляхом мейотичного поділу утворюється чотири дочірні макроспори, три з яких гинуть (іл. 24.9, Б). Макроспора, що залишилася і яку називають зародковим мішком, проходить три стадії мітозу, в результаті чого в ній утворюється вісім ядер, які формуються у три групи: дві полярні, що містять по три ядра, в одній з яких перебуває яйцеклітина, та одна центральна, що складається із двох центральних ядер, які, зливаючись, дають диплоїдне центральне тіло.

Гамети, або статеві клітини, поділяються на чоловічі (сперматозоїди) та жіночі (яйцеклітини). Жіночі гамети є нерухомими клітинами кулястої форми, величезними за розмірами; їх цитоплазма заповнена жовтком.