Гаплоидная клетка: характеристика, деление, размножение. Гаплоидный Какие клетки имеют гаплоидные ядра

В биологии термин "плоидность" используется для определения количества наборов , содержащихся в . У разных организмов разное количество хромосом. Двумя типами клеток являются и диплоидные клетки, основное отличие которых заключается в количестве наборов хромосом в их ядрах.

Диплоидные клетки представляют собой клетки с двумя наборами хромосом. В диплоидных организмах каждый родитель передает один набор хромосом, которые объединяются в два набора у потомства. Большинство млекопитающих являются диплоидными организмами, что означает наличие двух гомологичных копий каждой хромосомы в клетках. У людей 46 хромосом. большинства диплоидных организмов, за исключением () являются диплоидными и содержат два набора хромосом.

Диплоидные клетки делятся с помощью , в результате которого образовывается полностью идентичная копия клетки. У людей соматические клетки (или неполовые клетки) - все диплоидные клетки. К ним относятся клетки, которые составляют органы, мышцы, кости, кожу, волосы и любую другую часть тела, кроме яйцеклеток (у женщин) или сперматозоидов (у мужчин).

Диплоидное число

Диплоидным числом клетки является количество хромосом в ядре клетки. Это число обычно обозначается как 2n , где n равно количеству хромосом. Для человека это уравнение имеет следующий вид 2n=46 . У людей есть 2 набора из 23 хромосом, в общей сложности 46 хромосом:

• Неполовые хромосомы: 22 пары аутосом.

Половые хромосомы: 1 пара гоносом.

Различие между гаплоидными и диплоидными клетками

Основное различие между гаплоидной и диплоидной клетками - это количество наборов хромосом, содержащихся в ядре. Плоидность - биологический термин, который характеризует число хромосом в клетке. Поэтому клетки с двумя наборами диплоидны, а клетки с одним набором гаплоидны.

В диплоидных организмах, таких как люди, гаплоидные клетки используются только для размножения, тогда как остальные клетки диплоидны. Другое различие между гаплоидной и диплоидной клетками заключается в том, как они делятся. Гаплоидные клетки воспроизводятся с помощью , тогда как диплоидные клетки проходят через митоз.

При половом размножении потомство получается в результате слияния генетического материала гаплоидных ядер. Обычно эти ядра содержатся в специализированных половых клетках-гаметах ; при оплодотворении гаметы сливаются, образуя диплоидную зиготу , из которой в процессе развития получается зрелый организм. Гаметы гаплоидны - они содержат один набор хромосом, полученный в результате мейоза; они служат связующим звеном между данным поколением и следующим (при половом размножении цветковых растений сливаются не клетки, а ядра, но обычно эти ядра тоже называют гаметами.)

Мейоз - важный этап жизненных циклов, включающих половое размножение, так как он ведет к уменьшению количества генетического материала вдвое. Благодаря этому в ряду поколений, размножающихся половым путем, это количество остается постоянным, хотя при оплодотворении оно каждый раз удваивается. Во время мейоза в результате случайного расхождения хромосом (независимое распределение ) и обмена генетическим материалом между гомологичными хромосомами (кроссинговер ) возникают новые комбинации генов, попавших в одну гамету, и такая перетасовка повышает генетическое разнообразие (см. разд. 22.3). Слияние содержащихся в гаметах гаплоидных ядер называют оплодотворением или сингамией ; оно приводит к образованию диплоидной зиготы, т. е. клетки, содержащей по одному хромосомному набору от каждого из родителей. Это объединение в зиготе двух наборов хромосом (генетическая рекомбинация ) представляет собой генетическую основу внутривидовой изменчивости. Зигота растет и развивается в зрелый организм следующего поколения. Таким образом, при половом размножении в жизненном цикле происходит чередование диплоидной и гаплоидной фаз, причем у разных организмов эти фазы принимают различные формы (см. рис. 20.13).

Гаметы обычно бывают двух типов - мужские и женские, но некоторые примитивные организмы производят гаметы только одного типа (см. в разд. 20.2 об изогамии, анизогамии и оогамии). У организмов, образующих гаметы двух типов, их могут производить соответственно мужские и женские родительские особи, а может быть и так, что у одной и той же особи имеются и мужские, и женские половые органы. Виды, у которых существуют отдельные мужские и женские особи, называются раздельнополыми ; таковы большинство животных и человек. Среди цветковых растений тоже есть раздельнополые виды; если у однодомных видов мужские и женские цветки образуются на одном и том же растении, как, например, у огурца (Cucumis ) и лещины (Corylus ), то у двудомных одни растения несут только мужские, а другие - только женские цветки, как у остролиста (Ilex ) или у тиса (Taxus ).

Гермофродитизм

Партеногенез

Партеногенез - одна из модификаций полового размножения, при которой женская гамета развивается в новую особь без оплодотворения мужской гаметой. Партеногенетическое размножение встречается как в царстве животных, так и в царстве растений, и преимущество его состоит в том, что в некоторых случаях оно повышает скорость размножения.

Существует два вида партеногенеза - гаплоидный и диплоидный, в зависимости от числа хромосом в женской гамете. У многих насекомых, в том числе у муравьев, пчел и ос, в результате гаплоидного партеногенеза в пределах данного сообщества возникают различные касты организмов. У этих видов происходит мейоз и образуются гаплоидные гаметы. Некоторые яйцеклетки оплодотворяются, и из них развиваются диплоидные самки, тогда как из неоплодотворенных яйцеклеток развиваются фертильные гаплоидные самцы. Например, у медоносной пчелы (Apis mellifera ) матка откладывает оплодотворенные яйца (2n = 32), которые, развиваясь, дают самок (маток или рабочих особей), и неоплодотворенные яйца (n = 16), которые дают самцов (трутней), производящих спермии путем митоза, а не мейоза. Развитие особей этих трех типов у медоносной пчелы схематически представлено на рис. 20.12. Такой механизм размножения у общественных насекомых имеет адаптивное значение, так как позволяет регулировать численность потомков каждого типа.

У тлей происходит диплоидный партеногенез , при котором ооциты самки претерпевают особую форму мейоза без расхождения хромосом (см. разд. 22.3) - все хромосомы переходят в яйцеклетку, а полярные тельца не получают ни одной хромосомы. Яйцеклетки развиваются в материнском организме, так что молодые самки рождаются вполне сформировавшимися, а не вылупляются из яиц. Такой процесс называется живорождением . Он может про-должаться в течение нескольких поколений, особенно летом, до тех пор пока в одной из клеток не произойдет почти полное нерасхождение, в результате чего получается клетка, содержащая все пары аутосом и одну Х-хромосому. Из этой клетки партеногенетически развивается самец. Эти осенние самцы и партеногенетические самки производят в результате мейоза гаплоидные гаметы, участвующие в половом размножении. Оплодотворенные самки откладывают диплоидные яйца, которые перезимовывают, а весной из них вылупляются самки, размножающиеся партеногенетически и рождающие живых потомков. Несколько партеногенетических поколений сменяются поколением, возникающим в результате нормального полового размножения, что вносит в популяцию генетическое разнообразие в результате рекомбинации. Главное преимущество, которое дает тлям партеногенез,- это быстрый рост численности популяции, так как при этом все ее половозрелые члены способны к откладке яиц. Это особенно важно в периоды, когда условия среды благоприятны для существования большой популяции, т.е. в летние месяцы.

Партеногенез широко распространен у растений, где он принимает различные формы. Одна из них - апомиксис - представляет собой партеногенез, имитирующий половое размножение. Апомиксис наблюдается у некоторых цветковых растений, у которых диплоидная клетка семязачатка - либо клетка нуцеллуса, либо мегаспора - развивается в функциональный зародыш без участия мужской гаметы. Из остального семязачатка образуется семя, а из завязи развивается плод. В других случаях требуется присутствие пыльцевого зерна, которое стимулирует партеногенез, хотя и не прорастает; пыльцевое зерно индуцирует гормональные изменения, необходимые для развития зародыша, и на практике такие случаи трудно отличить от настоящего полового размножения.

Гаплоидная клетка представляет собой клетку, которая содержит одинарный набор , к примеру, (половые клетки) являются гаплоидными клетками, образованные делением посредством мейоза.

Гаплоидное число

Гаплоидное число - это количество хромосом в ядре , которое составляет один набор хромосом. Это число обычно обозначается как n, где n равняется количеству хромосом. Для разных организмов, гаплоидное число будет отличатся. У людей гаплоидное число выражается как n=23.

Гаплоидные клетки человека имеют 1 набор из 23 хромосом:

• Неполовые хромосомы: 22 аутосомы.
• Половые хромосомы: 1 гоносома.

Диплоидные клетки людей содержат 23 пары или 46 хромосом:

• Неполовые хромосомы: 22 пары, состоящие из 44 аутосом.
• Половые хромосомы: 1 пара, включающая 2 гоносомы.

Репродукция гаплоидной клетки

Гаплоидные клетки продуцируются в процессе мейоза. В мейозе делится дважды, чтобы образовать четыре гаплоидных дочерних клетки. До начала мейотического цикла, клетка реплицирует ДНК, увеличивает свою массу и количество в стадии, известной как интерфаза.

Когда клетка делится посредством мейоза, она проходит два этапа (мейоз I и мейоз II) профазы, метафазы, анафазы и телофазы. В конце мейоза I клетка делится на две. разделены, однако остаются вместе. Затем клетки входят в мейоз II и снова делятся.

В конце мейоза II сестринские хроматиды отделяют каждую из четырех клеток с половиной числа хромосом относительно родительской (исходной) клетки. В процессе полового размножения гаплоидные объединяются при оплодотворении и становятся диплоидными клетками.

В организмах, таких как растения, водоросли и грибы, бесполое размножение осуществляется при помощи продуцирования гаплоидных спор.

Эти организмы имеют жизненные циклы, которые могут чередоваться между гаплоидной и диплоидной фазами. Такой тип жизненного цикла известен как . В растениях и водорослях гаплоидные в гаметофитные структуры без оплодотворения.

Гаметофит производит гаметы и считается гаплоидной фазой в жизненном цикле. Диплоидная фаза цикла состоит в образовании спорофитов. Спорофиты - диплоидные структуры, которые развиваются из оплодотворенных половых клеток.

ГАПЛОИДНЫЙ , диплоидный (от греч. haploos-простой.и diploos-двойной), термины, обозначающие числовые отношения хромосом в ядре (введены Strassburger "ом в 1907 г.). В гаплоидном ядре имеется по одной хромосоме каждого типа, в диплоидном-по паре. Г. число хромосом имеется в половых клетках после редукционного деления (см.)-в «зрелых» половых клетках. Диплоидные ядра получаются в результате оплодотворения, после слияния двух Г. (мужского и женского) ядер, и встречаются как правило во всех соматических клетках. В некоторых случаях при партеногенетич. размножении мы находим Г. число хромосом и в соматических клетках (трутень). Правило, что диплоидное число=удвоенному гаплоидному, безусловно действительно только в тех случаях, когда у обоих полов хромосомы по числу и форме одинаковы. Если же имеются половые хромосомы, это правило действительно только для одного пола (в большинстве случаев-женского), где в гаплоидном ядре половые хромосомы (ж-хро-мосомы) имеются в одиночном числе, а в диплоидном - в двойном. У другого пола все хромосомы, кроме половых, представлены в гаплоидном ядре в одиночном числе, в диплоидном - в двойном. Что же касается половых хромосом, то в одних случаях в диплоидных клетках имеется одна непарная половая хромосома (ш-хромосома); в других случаях имеются две непарные половые хромосомы (ж и 1/). Гаплоидные ядра в таких случаях бывают двух типов: в 1-м случае- с ж-хромосомой и без нее, во 2-м-одни ядра с ж-хромосомой, другие-с «/-хромосомой. Таким образом, число хромосом в диплоидном ядре для пола с разными гаплоидными ядрами можно представить в следующем виде: 2п+х+у (если у имеется), где п-число аутосом; гаплоидное число в одних клетках п+х. в других п+у. Для другого пола диплоидное число 2п+2ж, Г. число п +х во всех клетках. При наличии нескольких ж-хромосом двойное отношение между числом хромосом Г. и диплоидного ядра еще более нарушается. Тогда это отношение можно представить в след. виде: для одного пола с разными Г. ядрами диплоидное число = 2п + ах + у (если у есть), где а - число ж-хромосом; гаплоидное=п+аж и п +у. Для другого пола диплоидное 2п + +2аж, гаплоидное n+аж. Напр., у клопа Gelastocoris oculatus у мужского пола Г. число 16 = 15+2/ и 19 = 15+4ж, диплоидное 35=30 +4х+у; у женского пола Г.-19= = 15+4ж, диплоидное 38=30+8ж; у другого клопа Syromastes margmatus, у которого нет ^/-хромосомы, у самцов Г. число 10 и 12 = 10 +2х, диплоидное 22 = 20+2ж; у самок Г. число 12 = 10 +2ж, диплоидное 24=20+4ж. У женщины гаплоидное число хромосом 24=23 +ж, а у мужчины или тоже 24 = 23 +х или же 24=23 +у (по другим авторам 23, у нет).п. Косминсвий. У животных Г. ядра имеются только в половых клетках, а все тело является диплоидным. У растений имеются более сложные отношения, т. к. и Г. и диплоидное состояния могут разрастаться до размеров самостоятельных особей, правильно чередующихся в цикле развития (смена генераций). В частности, у семенных растений преобладает диплоидное состояние, а Г. представлено только пыльцевой трубкой и зародышевым мешком, состоящими из немногих клеток и не имеющими самостоятельного существования. У папоротников и то и другое состояния существуют самостоятельно, хотя и здесь Г. состояние (заросток) уступает в размерах и сложности организации диплоидному (собственно папоротник). У нек-рых морских бурых и красных водорослей оба состояния развиты в общем одинаково и часто неотличимы по внешности, но отличаются тем, что Г. состояние развивает половые органы (половая генерация), а диплоидное-органы бесполого размножения (бесполая генерация). У зеленых водорослей как правило все тело является Г., и диплоидное ядро содержится только в зиготе. При ее прорастании происходит редукционное деление. Наконец, у высших грибов (см. Грибы) чередующееся с гаплоидным диплоидное состояние содержит в своих клетках Г. ядра, но сближенные попарно и делящиеся одновременно. Каждая такая пара Г. ядер соответствует одному диплоидному. Лит.: Wilson, The cell in development ant) heredity, N. Y., 1928 (там же лит.). Л. Курсанов.

Гаплоидная клетка — это та, в ядре которой содержится одинарный набор хромосом. Это, в основном, гаметы - то есть клетки, предназначенные для размножения. Также гаплоидным набором хромосом обладают большинство прокариотических организмов. эукариотов (все, кроме половых) — диплоидные, у растений могут быть полиплоидными.

Строение прокариотической клетки

Прокариоты являются организмами, в которой нету ядра. К таким относятся только бактерии. Большинство из них имеют одинарный набор хромосом.

Структура их клетки отличается от эукариотической тем, что в ней отсутствуют некоторые органоиды. К примеру, в них нет митохондрий, лизосом, комплекса Гольджи, вакуолей, Однако, как и эукариотическая, гаплоидная клетка прокариотов обладает состоящей из белков и фосфолипидов; рибосомами, которые участвуют в выработке белков; которая в большинстве случаев построена из муреина. Также в строении такой клетки может присутствовать капсула, в состав которой входят такие вещества, как белки и глюкоза. Их хромосомы свободно плавают в цитоплазме, не защищены ядром или какой-либо другой структурой. Чаще всего наследственный материал бактерий представлен лишь одной хромосомой, на которой записана информация о белках, которые должны продуцироваться клеткой. Способ размножения таких организмов — простое деление гаплоидных клеток. Это позволяет им в кратчайшие сроки заметно увеличить свою численность.

Клетки эукариотов, обладающие одинарным набором хромосом

У такого рода организмов гаплоидные ядра содержат клетки под названием гаметы. Они могут весьма отличаться от соматических. Размножение гаплоидными клетками является половым, и новый организм может начать развиваться только при слиянии двух гамет, синтезированных разными особями одного и того же вида.

Образованная при слиянии двух гаплоидных клетка называется зиготой, она уже обладает двойным набором хромосом. Несмотря на то что половые клетки отличаются от соматических диплоидных, они все же могут иметь некоторые органоиды, присущие эукариотам.

Гаметы животных

Половые клетки организмов, принадлежащих к этому царству, называются сперматозоидами и яйцеклетками. Первые вырабатываются в организме самца, вторые — самки. Яйцеклетки продуцируются в яичниках, а сперматозоиды — в яичках. И те и другие — специализированные гаплоидные клетки, которые имеют различные функции.

Строение яйцеклеток

Женские половые клетки обладают намного большими размерами, нежели мужские. Они являются неподвижными. Основная их задача — обеспечить зиготу на первое время питательными веществами, необходимыми для деления. Яйцеклетка состоит из цитоплазмы, мембраны, студенистой оболочки, полярного тельца и ядра, в котором находятся хромосомы, несущие наследственную информацию. Также в ее строении присутствуют кортикальные гранулы, в которых содержатся ферменты, предотвращающие попадание в клетку других сперматозоидов после ее оплодотворения, иначе могла бы образоваться полиплоидная зигота (с тройным и более набором хромосом), что повлекло бы за собой разного рода мутации.

Яйцо птиц также можно считать яйцеклеткой, однако в ней содержится намного больше питательных веществ, чтобы их хватило для полного развития эмбриона. Женская половая клетка млекопитающих не содержит столько органических химических соединений, так как на более поздних этапах развития эмбриона через плаценту он получает все необходимое из материнского организма.

В случае же с птицами этого не происходит, поэтому весь запас питательных веществ должен изначально присутствовать в яйцеклетке. Яйцо имеет и более сложную структуру. Поверх желточного мешка и белковой оболочки оно покрыто скорлупой, которая играет защитную функцию, также в структуре присутствует воздушная камера, которая необходима для обеспечения зародыша кислородом.

Строение сперматозоидов

Это также гаплоидная клетка, предназначенная для размножения. Главной ее функцией является сохранение и передача отцовского наследственного материала. Эта гаплоидная клетка подвижна, обладает намного меньшими размерами, чем яйцеклетка, за счет того, что не содержит питательных веществ.

Сперматозоид состоит из нескольких основных частей: хвоста, головки и промежуточного отдела между ними. Хвост (жгутик) состоит из микротрубочек — структур, построенных из белков. Благодаря ему сперматозоид может передвигаться к своей цели — яйцеклетке, которую он должен оплодотворить.

Промежуточный отдел между головкой и хвостом содержит митохондрии, которые располагаются по спирали вокруг средней части жгутика, и пару центриолей, лежащих перпендикулярно друг другу.

Первые — это органеллы, которые вырабатывают энергию, которая нужна для передвижения гаметы. В головке сперматозоида находится ядро, которое обладает гаплоидным набором хромосом (23 у человека). На внешней стороне этой части мужской половой клетки находится аутосома. По сути, это слегка видоизмененная, увеличенная лизосома. В ней находятся ферменты, которые необходимы для того, чтобы сперматозоид мог растворить часть внешних оболочек яйцеклетки и оплодотворить ее. После того как мужская половая клетка сливается с женской, образуется зигота, которая обладает диплоидным набором хромосом (46 у человека). Она уже способна делиться, из нее и образуется зародыш.

Гаплоидные клетки растений

У организмов этого "царства" вырабатываются похожие половые клетки. Женские тоже называются яйцеклетками, а мужские — спермиями. Первые находятся в пестике, а вторые — на тычинках, в пыльце. При попадании ее на пестик происходит оплодотворение, и затем образуется плод с семенами внутри.

У низших растений (споровых) — мхов, папоротников — наблюдается чередование поколений. Одно из них размножается бесполым способом (спорами), а другое — половым. Первое называется спорофитом, а второе — гаметофитом. У папоротников спорофит представлен растением с большими листками, а гаметофит — небольшой зеленой структурой в форме сердца, на ней и образуются половые клетки.