5. Клетка и организм: Размножение и развитие

На изображении показано сравнение растительной и животной клетки. В соматических клетках, к которым относятся и растительные, и животные клетки, хромосомы представлены в двойном (диплоидном) наборе — по одной копии от каждого родителя. Ядро управляет основными процессами жизнедеятельности клетки, включая хранение и передачу наследственной информации, синтез РНК и регуляцию клеточного цикла.

Номер 6 указывает на ядро клетки, которое содержит диплоидный набор хромосом.

Кроссинговер — это обмен участками между гомологичными хромосомами, в результате которого происходит рекомбинация генетического материала, нарушение сцепленного наследования и повышение генетического разнообразия.

Кроссинговер всегда происходит в профазе I мейоза.

Сцепленное наследование — это наследование генов, расположенных на одной хромосоме и обычно передающихся вместе. Нарушение сцепления происходит, когда гены, расположенные на одной хромосоме, обмениваются участками с гомологичной хромосомой.

Этот процесс называется кроссинговер и происходит в профазе I мейоза, когда гомологичные хромосомы сближаются и между ними происходит обмен участками.

Кариотипирование — это анализ числа и формы хромосом. Для этого хромосомы должны быть максимально спирализованы и упорядочены в клетке и четко различимы под микроскопом. Это соответствует метафазе — хромосомы располагаются в центре клетки по экватору, и легко видны.

В метафазу хромосомы выстраиваются в одну плоскость в центре клетки, формируя так называемую метафазную пластинку. Именно такие метафазные пластинки и изучаются в процессе цитогенетического исследования.

Кариотипирование — это анализ количества и структуры хромосом в клетке. Для этого нужно, чтобы хромосомы были максимально компактными, расправленными и видимыми под микроскопом.

Это состояние достигается в метафазе — хромосомы выстраиваются в экваториальной плоскости и чётко видны. Именно такие метафазные пластинки и изучаются в процессе цитогенетического исследования.

Мейоз I — это редукционное деление, в ходе которого образуются две клетки с гаплоидным набором хромосом ($n$), но двухроматидных.

Гаплоидные ядра формируются в телофазе первого деления мейоза. Образуются два ядра, в каждом — по одной хромосоме из каждой пары (гаплоидный набор).

Во время мейоза II происходит деление сестринских хроматид в гаплоидных клетках.

Гаплоидные ядра формируются в телофазе второго деления мейоза. Клетка завершает мейоз, образуются 4 гаплоидные клетки в итоге.

На изображении показаны стадии конъюгации инфузорий — это особая форма полового процесса, при котором происходит обмен генетической информацией между двумя клетками без увеличения их числа.

Во время конъюгации происходит редукционное деление микронуклеуса посредством мейоза и образуются гаплоидные ядра. Один гаплоидный микронуклеус от каждой клетки переходит в партнера. Далее слияние гаплоидных ядер из разных клеток восстанавливает диплоидный набор хромосом.

На рисунке это соответствует стадии 7.

На рисунке изображен зародыш млекопитающего с его оболочками. Структура, обеспечивающая газообмен между эмбрионом и материнским организмом, а также сбор и выведение азотистых отходов (мочевина, мочевая кислота), называется аллантоис.

На рисунке аллантоис обозначен номером 7. Он тянется от задней части зародыша (от кишки), соединен с хорионом, участвует в образовании плаценты у млекопитающих.

На изображении представлен жизненный цикл хламидомонады — одноклеточной зеленой водоросли, у которой возможны как бесполое, так и половое размножение.

На этапе 3 изображены маленькие подвижные клетки, идущие навстречу друг другу, — гаметы, участвующие в половом процессе (копуляции). Позже они сливаются, и образуется зигота (4).

На изображении представлена зародышевая стадия гаструлы — один из ключевых этапов эмбрионального развития многоклеточных животных. На этой стадии формируются три зародышевых листка: эктодерма (внешний слой), мезодерма (средний слой) и энтодерма (внутренний слой).

Мышцы развиваются из мезодермы — это средний зародышевый листок. На схеме мезодерма обозначена номером 4.

На изображении представлена зародышевая стадия развития животного, характерная для трехслойных организмов (например, хордовых) — это схема формирования вторичной полости тела (целома).

Вторичная полость тела (целом) — это полость, выстланная мезодермой со всех сторон.
Формируется она в мезодерме и располагается между эктодермой и энтодермой.

На схеме полости, окруженные слоем клеток мезодермы (розового цвета), находятся между стенками тела и внутренними органами. Именно такие замкнутые полости обозначены цифрой 5.

На изображении представлен жизненный цикл хвоща — спорового растения, у которого происходит чередование поколений: спорофита ($2n$) и гаметофита ($n$).

Мейоз у растений происходит при образовании спор из материнской клетки спор (мейоцита), в спорангии. У хвощей споры формируются в спорангиях спорофита (главного растения). В спорангиях клетки делятся мейозом, образуя гаплоидные споры.

Под номером 6 изображена клетка, из которой формируются споры — это стадия мейоза — в результате из одной диплоидной клетки образуются 4 гаплоидные споры.

На изображении представлен жизненный цикл покрытосеменного растения (цветкового).
Вопрос касается женского гаметофита — им у покрытосеменных является зародышевый мешок внутри семязачатка.

Под номером 2 показан зародышевый мешок внутри пестика, видны его компоненты — крупная центральная клетка и яйцеклетка.

На изображении показан процесс сперматогенеза — образования сперматозоидов из диплоидных клеток-предшественников. Сперматогенез включает 4 фазы (зоны):

• Зона размножения – митоз (№ 6).
• Зона роста – увеличение объёма клетки (№ 7).
• Зона созревания – мейоз I и II → сперматиды (№ 8).
• Зона формирования – превращение сперматид в сперматозоиды (№ 5).

Таким образом, в зоне 8 сначала происходит мейоз I → из сперматоцита I порядка образуются 2 сперматоцита II порядка. Далее мейоз II → из каждого сперматоцита II порядка образуются по 2 сперматиды.

Мейоз происходит в половых органах у взрослого диплоидного организма ($2n$). В результате мейоза образуются гаплоидные гаметы ($n$) — сперматозоиды или яйцеклетки.

На схеме клетка с обозначением $2n$ (справа, в кружке с сеткой) — это организм, из него по стрелке 6 формируются клетки с $n$ — гаплоидные гаметы.

На изображении представлена схема жизненного цикла растения, в котором происходит чередование поколений: гаплоидное поколение ($n$) — гаметофит, образует гаметы, и диплоидное поколение ($2n$) — спорофит, образует споры.

Гаметы, гаплоидные половые клетки ($n$) образуются митозом на гаметофите и участвуют в оплодотворении (стрелка 1), давая начало зиготе ($2n$).

На изображении представлена ранняя стадия эмбрионального развития млекопитающего (имплантированный зародыш). Пуповина формируется из соединительной ножки, которая соединяет эмбрион с хорионом. На рисунке эта структура расположена между зародышем (эмбрионом) и хорионом, и представлена как удлинённая структура, отходящая от эмбриона к оболочкам.

Амнион — это одна из внезародышевых оболочек эмбриона, представляющая собой замкнутый мешок, заполненный амниотической (околоплодной) жидкостью.

На схеме это номер 2 — амнион образует полость вокруг развивающегося эмбриона и состоит из тонкой оболочки, выстланной эпителием.

Репликация — это процесс удвоения молекулы ДНК, в результате которого из одной исходной молекулы образуются две идентичные дочерние молекулы.

На этой схеме точка начала репликации обозначена цифрой 6.