§43. Репродуктивна система людини. Гаметогенез, статеві клітини

• До змісту

Поміркуйте й обговоріть ситуацію. У природі спостерігається так званий «статевий диморфізм»

Як ви вважаєте, чому виникає така різниця?

Різниця виникає через те, що чоловічий і жіночий організми виконують різні біологічні функції у процесі розмноження. Самці виробляють велику кількість дрібних рухливих гамет для передачі генетичного матеріалу, тоді як самиці утворюють більші яйцеклітини із запасом поживних речовин і часто забезпечують виношування та вигодовування потомства. Ці різні ролі вимагають відмінної будови тіла та фізіології.

Чи є такі відмінності адаптивними?

Так, ці відмінності є адаптивними, оскільки вони підвищують шанси на успішне розмноження та виживання виду. Спеціалізація статей дозволяє ефективніше виконувати свої функції: самцям — знаходити партнерів і запліднювати, а самицям — забезпечувати розвиток зародка та піклування про нащадків. Наприклад, розташування яєчок у мошонці забезпечує оптимальну температуру для сперматозоїдів, а будова матки дозволяє виносити дитину.

Знайдіть інформацію й виконайте завдання. Знайдіть інформацію про розміри яйцеклітин і сперматозоїдів у людини та час їхнього існування.

Яйцеклітина:

• Розмір: Це одна з найбільших клітин людського тіла, її діаметр становить близько 120–150 мкм (0,12–0,15 мм). Її можна побачити навіть неозброєним оком (як крапку).
• Час існування: Після овуляції яйцеклітина зберігає здатність до запліднення протягом 12–24 годин. Якщо запліднення не відбувається, вона гине.

Сперматозоїд:

• Розмір: Це дуже дрібна клітина. Загальна довжина становить приблизно 50–60 мкм (0,05–0,06 мм), з яких більшу частину займає хвіст.
• Час існування: У статевих шляхах жінки сперматозоїди можуть залишатися життєздатними та активними від 3 до 5 діб (іноді до 7 днів), очікуючи на овуляцію.

Поясніть, як будова статевих клітин допомагає виконувати їхні функції.

Будова статевих клітин ідеально пристосована до їхніх завдань:

• Яйцеклітина велика та нерухома, бо містить значний запас поживних речовин. Це необхідно для забезпечення енергією та матеріалами майбутнього зародка на початкових етапах розвитку (до прикріплення до стінки матки). Вона також має захисні оболонки, які запобігають проникненню більше ніж одного сперматозоїда.
• Сперматозоїд малий, легкий і рухливий, що дозволяє йому швидко долати великі відстані до яйцеклітини. Він має джгутик (хвіст) для активного руху та спеціальну органелу на голівці — акросому. Акросома містить ферменти, що розчиняють оболонки яйцеклітини, забезпечуючи проникнення генетичного матеріалу батька всередину.

Робота в групі. Розгляньте малюнок. Порівняйте будову чоловічої й жіночої статевих систем. Що в них подібного? Що їх відрізняє? Які спільні функції вони виконують?

Чоловіча система частково винесена назовні (яєчка в мошонці) і поєднана із сечовидільним каналом, тоді як жіноча розташована всередині тазу (яєчники, матка).

В обох системах є парні статеві залози, що виробляють клітини й гормони, а також система проток для виведення гамет.

Чоловічі органи пристосовані для доставки сперматозоїдів (зовнішнє розташування, рухливість), а жіночі — для виношування дитини (наявність матки, внутрішнє розташування для захисту).

Головні спільні функції — це утворення статевих клітин (гаметогенез) та секреція статевих гормонів, що забезпечує розмноження та продовження роду.

Розв’язання проблемних питань і завдань із теми. І яйцеклітини, і сперматозоїди містять по одній статевій хромосомі. У яйцеклітинах лише Х-хромосома. Половина сперматозоїдів містить Х-хромосому, половина — Y-хромосому. Усі нормальні сперматозоїди мають рівні шанси на запліднення. Користуючись текстом і малюнком, дайте відповідь на запитання: «Від кого залежить стать майбутньої дитини: від батька чи від матері?». Допоможе вам це з’ясувати скрайбінг «Хлопчик чи дівчинка?»

Стать майбутньої дитини залежить від батька.

Яйцеклітини матері завжди містять лише Х-хромосому. У сперматозоїдах батька половина клітин має Х-хромосому, а інша половина — Y-хромосому. Усі нормальні сперматозоїди мають рівні шанси на запліднення.

Якщо яйцеклітина (Х) зливається зі сперматозоїдом, що містить Х-хромосому, утворюється дівчинка (ХХ). Якщо ж яйцеклітина (Х) зливається зі сперматозоїдом, що містить Y-хромосому, утворюється хлопчик (XY).

Відкритий мікрофон. Чому в яйцеклітини та сперматозоїда така різна будова, хоча функція — одна: відтворення? Що було б, якби обидві статеві клітини були однаковими?

Це результат «поділу праці» для успішного продовження роду. Сперматозоїд виконує функцію доставки спадкової інформації, тому він максимально полегшений, малий і має джгутик для швидкого руху. Яйцеклітина забезпечує життєдіяльність майбутнього зародка, тому вона велика, нерухома і заповнена поживними речовинами, необхідними для перших днів розвитку.

Якби обидві гамети були малими й рухливими, утвореному зародку не вистачило б енергії та поживних речовин для виживання. Якби ж обидві були великими й нерухомими, вони б просто не змогли зустрітися, і запліднення стало б неможливим. Різниця в будові — це ідеальний компроміс між мобільністю та запасом ресурсів.

Дослідження мікроскопічної будови статевих клітин (дослідження може бути проведене у віртуальному форматі)

1. Підготовка та пошук сперматозоїдів

При розгляді мікропрепарату сперми під мікроскопом ви побачите велику кількість дуже дрібних клітин, здатних до активного руху.

2. Вивчення будови сперматозоїда

При великому збільшенні можна розрізнити три основні частини сперматозоїда:

• Головка: У ній розташоване ядро (носій спадкового матеріалу). На передньому кінці головки помітна одномембранна органела — акросома, яка містить ферменти для розчинення оболонок яйцеклітини.
• Шийка: Містить мітохондрії, що виробляють енергію для руху.
• Хвіст: Це джгутик, який забезпечує швидкий рух клітини. Цитоплазми у сперматозоїда дуже мало.

3. Пошук яйцеклітини

На іншому мікропрепараті (зріз яєчника) можна знайти яйцеклітину. Візуально вона виділяється своїм великим розміром порівняно з іншими клітинами.

4. Вивчення будови яйцеклітини

При великому збільшенні в яйцеклітині спостерігаються:

• Ядро.
• Цитоплазма: Займає великий об’єм і містить запас поживних речовин (жовток), необхідний для розвитку зародка.
• Оболонки: Яйцеклітина оточена кількома оболонками, які виконують захисну функцію та забезпечують живлення.

5. Відмінності між будовою яйцеклітини і сперматозоїда

Пояснення необхідності відмінностей:

Різна будова зумовлена різними функціями. Сперматозоїд повинен доставити спадковий матеріал до яйцеклітини, тому він “полегшений”, мобільний і має акросому для проникнення. Яйцеклітина повинна забезпечити зиготу ресурсами для початкового розвитку, тому вона велика й містить запас поживних речовин

6. Зробіть висновки.

Статеві клітини людини (гамети) мають унікальну спеціалізовану будову, яка повністю відповідає їхнім функціям у процесі запліднення. Сперматозоїд забезпечує доставку генетичної інформації та активний рух, а яйцеклітина — збереження поживних речовин та захист для майбутнього зародка.

Запитання і завдання

1. Як будова жіночої статевої системи пов’язана з її функціями?

Яєчники — це парні залози, де утворюються яйцеклітини (жіночі гамети) і виробляються статеві гормони. Фаллопієві труби (маткові труби) проводять яйцеклітину до матки, і там відбувається запліднення. Матка є м’язовим органом, який забезпечує розвиток зародка й плода. Піхва є каналом, через який в організм потрапляють сперматозоїди й крізь який народжується дитина.

2. Як будова чоловічої статевої системи пов’язана з її функціями?

Яєчка (сім’яники) — парні статеві залози, які утворяють сперматозоїди й синтезують статеві гормони (наприклад, тестостерон). Вони розташовані у мошонці, де нижча температура потрібна для дозрівання сперматозоїдів. У звивистих сім’яних канальцях яєчок утворюються сперматозоїди. Придатки яєчок забезпечують дозрівання сперматозоїдів. Передміхурова залоза (простата) виробляє секрет, який підтримує рухливість чоловічих гамет і захищає їх.

3. Чому сперматозоїд і яйцеклітина мають таку різну будову? Які функції вони виконують?

Різна будова гамет сприяє заплідненню, формуванню зиготи й подальшому розвитку зародка. Яйцеклітина значно більша, бо містить запас поживних речовин — жовток, і оточена оболонками для захисту та живлення. Сперматозоїд має джгутик, що забезпечує його швидкий рух. Його функція — доставлення спадкового матеріалу до яйцеклітини.

4. Навіщо парна залоза — яєчко (сім’яник) — із часом переміщується до шкірного мішечка — мошонки?

Яєчка переміщуються в мошонку, бо для дозрівання сперматозоїдів необхідна температура, нижча, ніж усередині тіла. Нижча температура в мошонці сприяє нормальному розвитку гамет.

5. Знайдіть інформацію та підготуйте коротку доповідь-презентацію про (на вибір): Те, що таке кріобіологія, кріомедицина, кріотехнології.

Тема: Холод на варті життя: Кріобіологія, Кріомедицина та внесок України

Слайд 1: Що вивчають «науки про холод»?

Кріобіологія (від грец. kryos — холод) — це наука, що вивчає вплив низьких і наднизьких температур на живі організми.

Головна мета: Зрозуміти, як холод впливає на клітини, та навчитися зберігати біологічні об’єкти живими протягом тривалого часу (анабіоз).

Кріомедицина — це практичне застосування досягнень кріобіології у лікуванні.

Напрями:

• Кріотерапія: лікування холодом (наприклад, при травмах, запаленнях).
• Кріохірургія: руйнування хворих тканин (пухлин, бородавок) наднизькими температурами.
• Репродуктивна медицина: збереження статевих клітин та ембріонів.

Кріотехнології — це технічні засоби та методи створення низьких температур для зберігання біоматеріалів (кріобанки, дюари з рідким азотом).

Слайд 2: Валентин Грищенко — видатний акушер-гінеколог, кріобіолог

Валентин Іванович Грищенко (1928–2011) — видатний український вчений, академік НАН України, який поєднав акушерство з кріобіологією.

Ключове досягнення: Під його керівництвом у 1991 році в Україні вперше народилася дитина, зачата методом екстракорпорального запліднення (ЕКЗ) — знаменита “дівчинка з пробірки” Катя.

Внесок у науку:

• Створив першу в Україні лабораторію репродукції людини.
• Розробив методи кріоконсервації (заморожування) сперми та ембріонів, що дозволило лікувати безпліддя на новому рівні.
• Заснував унікальну наукову школу, що досліджує вплив холоду на репродуктивну систему.

Слайд 3: Унікальний науковий центр у Харкові

Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України (заснований у 1972 р.) — це унікальна установа, аналогів якій довгий час не було у світі.

Історія: Створений у Харкові, інститут став піонером у вивченні впливу холоду на біологічні об’єкти. Валентин Грищенко очолював його майже 30 років.

Чим займається інститут:

• Досліджує механізми адаптації живого до холоду.
• Розробляє методи консервування клітин, тканин та органів.
• Створив Низькотемпературний банк біологічних об’єктів — національне надбання, де зберігаються зразки генофонду рослин і тварин, а також клітини людини.

Слайд 4: Чому це важливо для нас? (Висновки)

1. Лікування безпліддя: Завдяки кріотехнологіям люди, які не могли мати дітей, отримують шанс на батьківство.
2. Збереження життя: Кріобанки дозволяють зберігати стовбурові клітини пуповинної крові, які можуть врятувати життя при тяжких хворобах.
3. Науковий престиж: Україна має потужну наукову школу кріобіології, визнану у всьому світі.