Основные типы полового процесса: изогамия, гетерогамия и оогамия. Гаметы, зигота, биологическая роль полового размножения

Половое размножение происходит в результате слияния двух половых клеток – гамет с образованием зиготы. Процесс слияния гамет называется оплодотворением. Растение, на котором образуются гаметы – гаметофит. Процесс формирования гамет – гаметогенез – происходит в особых органах – гаметангиях. Гаметофиты равноспоровых  растений обоеполые, несут и мужские и женские гаметангии. У разноспоровых растений из микроспор развиваются гаметофиты с мужскими гаметангиями, а из мегаспор – с женскими.

Гаметы всегда гаплоидны. При оплодотворении происходит слияние цитоплазмы и ядра гамет, но хромосомы сохраняют свою индивидуальность, не сливаются, и ядро зиготы содержит диплоидный набор хромосом. Биологическая роль полового процесса, возникающего на определенном этапе эволюции, состоит в обеспечении генетического разнообразия потомства. При половом процессе в одном ядре объединяются хромосомы, а следовательно, и наследственные свойства двух разных клеток, а большинстве случаев происходящих от разных особей. В диплоидном ядре зиготы одна гомологичная хромосома каждой пары внесена первой гаметой, другая – второй. Объединение в зиготе двух наборов хромосом – генетическая основа внутривидовой изменчивости. При половом процессе создаются новые генетические сочетания, что увеличивает возможность приспособления, изменчивости и эволюции. Именно поэтому половое размножение встречается и у тех видов, где основной способ размножения бесполый, обеспечивающий благодаря скорости и простоте процесса быстрое распространение вида при благоприятных условиях. В результате полового размножения возникают организмы, которые могут сочетать полезные признаки отца и матери. Такие организмы более жизнеспособны. В сельскохозяйственной практике человек очень широко использует половое размножение.

Если сущность и значение полового процесса едины для всех организмов, то его формы (ход гаметогенеза, тип гамет, оплодотворение, половые органы и т.д.) разнообразны и зависят от уровня эволюционного развития, среды обитания (вода, суша) и некоторых других особенностей. Различают следующие типы полового процесса.

Формы полового процесса (схема): А – изогамия, Б – гетерогамия, В – оогамия, Г – соматогамия; 1 – изогаметы, 2 – гетерогаметы, 3 – яйцеклетка, 4 – сперматозоид, 5 – зигота, 6 – копуляционный канал.

Хологамия – слияние гаплоидных одноклеточных организмов, внешне неотличимых друг от друга. Такой простейший половой процесс существует у некоторых примитивных грибов и водорослей. Половое размножение возникло у эукариотных организмов. Первые эукариоты были гаплоидны и размножались, как и прокариоты, только бесполым путем.

Для большинства растений характерно формирование специализированных клеток – гамет, которые и учавствуют в оплодотворении. Гаметы голые (не имеют твердой клеточной стенки), зачастую со жгутиками.

Изогамия – обе гаметы одинаково малы и подвижны, их попарное слияние основано лишь на физиологическом различии. Встречается у наиболее просто организованных грибов и водорослей.

Гетерогамия – обе гаметы подвижны, различаются по величине (одна превосходит другую в несколько раз).

Оогамия – женская гамета (яйцеклетка) неподвижна, имеет крупные размеры, запас питательных веществ; мужская гамета (сперматозоид) подвижна и мала, состоит из крупного ядра и очень небольшого количества цитоплазмы. Оогамия характерна для некоторых грибов, сложноорганизованных водорослей и высших растений. Яйцеклетки образуются или в одноклеточных оогониях (у некоторых грибов и водорослей), ил в многоклеточных архегониях (у высших растений, исключая покрытосеменные).

Колбообразный архегоний состоит из удлиненной шейки, расширенного брюшка и ножки. Стенка архегония однослойная, многоклеточная. В брюшке формируются яйцеклетка и брюшная канальцевая клетка, шейка заполнена шейковыми канальцевыми клетками. К моменту оплодотворения все канальцевые клетки расслизняются и сперматозоиды беспрепятственно проникают к яйцеклетке. Происходит оплодотворение, и образуется зигота.

Сперматозоиды созревают в антеридиях: одноклеточных у грибов и водорослей, многоклеточных у высших растений. Сперматозоиды подвижны лишь в воде. Наличие воды – обязательное условие для осуществления оплодотворения у всех растений, исключая семенные. У большинства семенных растений, наиболее приспособленных к условиям суши, мужские гаметы утратили жгутики и носят название спермии.

Оогамия – эволюционно наиболее продвинутый тип полового процесса, так как крупная яйцеклетка обеспечивает запас пищи для развития зиготы, а ее неподвижность способствует внутреннему оплодотворению и защите зиготы, что очень важно в условиях суши; очень мелкие сперматозоиды могут передвигаться в тонких пленках воды при выпадении росы, дождя, в увеличение их числа повышает вероятность оплодотворения.