Як хромосоми визначають стать

Хромосоми — це довгі сегменти генів , які несуть спадкову інформацію. Вони складаються з ДНК і білків і знаходяться в ядрі наших клітин. Хромосоми визначають усе: від кольору волосся та очей до статі. Чоловік ви чи жінка залежить від наявності чи відсутності певних хромосом. Клітини людини містять 23 пари хромосом із загальною кількістю 46. Існує 22 пари аутосом (нестатевих хромосом) і одна пара статевих хромосом. Статевими хромосомами є X-хромосома і Y-хромосома .

Статеві хромосоми

Під час статевого розмноження людини дві різні гамети зливаються, утворюючи зиготу. Гамети — це репродуктивні клітини, що утворюються в результаті поділу клітин, що називається мейозом . Гамети ще називають статевими клітинами. Вони містять лише один набір хромосом і тому називаються гаплоїдними .
Чоловіча гамета, яка називається сперматозоїдом, відносно рухлива і зазвичай має джгутик . Жіноча гамета, яка називається яйцеклітиною, є нерухомою та відносно великою порівняно з чоловічою гаметою. Коли гаплоїдні чоловічі та жіночі гамети об’єднуються в процесі, який називається заплідненням, вони розвиваються у те, що називається зиготою. Зигота є диплоїдною , що означає, що вона містить два набори хромосом.

Статеві хромосоми XY

Чоловічі гамети, або сперматозоїди, у людини та інших ссавців є гетерогаметними і містять один із двох типів статевих хромосом. Сперматозоїди несуть статеву хромосому X або Y. Жіночі статеві клітини або яйцеклітини, однак, містять лише Х статеву хромосому і є гомогаметними. У цьому випадку сперматозоїд визначає стать особини. Якщо сперматозоїд, що містить Х-хромосому, запліднить яйцеклітину, отримана зигота буде XX, або жіночою. Якщо сперматозоїд містить Y-хромосому, то отримана зигота буде XY, або чоловічою. Y-хромосоми несуть необхідні гени для розвитку чоловічих статевих залоз або яєчок. У особин, які не мають Y-хромосоми (XO або XX), розвиваються жіночі статеві залози або яєчники. Для повноцінного розвитку яєчників необхідні дві Х-хромосоми.

Гени, розташовані в Х-хромосомі, називаються Х-зчепленими генами, і ці гени визначають ознаки Х, зчеплені зі статтю . Мутація в одному з цих генів може призвести до розвитку зміненої ознаки. Оскільки чоловіки мають лише одну Х-хромосому, змінена ознака завжди буде виражена у чоловіків. У самок, однак, ознака не завжди може бути виражена. Оскільки жінки мають дві Х-хромосоми, змінена ознака може бути замаскована, якщо лише одна Х-хромосома має мутацію, а ознака є рецесивною. Прикладом Х-зчепленого гена є червоно-зелений дальтонізм у людей.

Статеві хромосоми XO

Схожа система визначення статі особини у коників, плотви та інших комах. Дорослі чоловіки не мають статевої хромосоми Y, яка є у людей, і мають лише Х-хромосому. Вони виробляють сперматозоїди, які містять або Х-хромосому, або не містять статевої хромосоми, яка позначається як О. Самки мають XX і виробляють яйцеклітини, які містять Х-хромосому. Якщо сперматозоїд X запліднить яйцеклітину, отримана зигота буде XX, або жіночою. Якщо сперматозоїд, що не містить статевої хромосоми, запліднить яйцеклітину, отримана зигота буде XO, або чоловічою.

Статеві хромосоми ZW

Птахи, деякі комахи, наприклад метелики, жаби , змії та деякі види риб мають іншу систему визначення статі. У цих тварин саме жіноча статева клітина визначає стать особини. Жіночі гамети можуть містити або Z-хромосому, або W-хромосому. Чоловічі гамети містять лише Z-хромосому. Самки цих видів – ZW, а самці – ZZ.

Партеногенез

А як щодо тварин, таких як більшість видів ос, бджіл і мурах, які не мають статевих хромосом? У цих видів запліднення визначає стать. Якщо яйцеклітина запліднюється, з неї розвивається самка. Незапліднена яйцеклітина може розвинутися в самця. Самка диплоїдна і містить два набори хромосом, а самець гаплоїдний. Такий розвиток незаплідненої яйцеклітини в самця і заплідненої яйцеклітини в самку є типом партеногенезу , відомого як аренотоковий партеногенез.

Визначення статі в середовищі

У черепах і крокодилів стать визначається температурою навколишнього середовища в певний період розвитку заплідненої яйцеклітини. Яйця, інкубовані вище певної температури, розвиваються в одну стать, тоді як яйця, інкубовані нижче певної температури, розвиваються в іншу стать. Як самці, так і самки розвиваються, коли яйця інкубуються при температурах, які коливаються між тими, що викликають лише одностатевий розвиток.

Будова і розвиток чоловічих і жіночих статевих клітин

Організми, які розмножуються статевим шляхом, виробляють статеві клітини, також звані гаметами. Ці клітини значно відрізняються у чоловіків і жінок. У чоловіків статеві клітини або сперматозоїди мають хвостоподібні вирости (джгутики) і є відносно рухливими. Жіночі статеві клітини, звані яйцеклітинами, не рухомі і набагато більше щодо чоловічих гамет. Коли ці клітини зливаються в процесі, званому заплідненням, результуюча клітина (зигота) містить суміш успадкованих генів від батька і матері. Статеві клітини людини виробляються органами репродуктивної системи – гонадами. Гонади продукують статеві гормони, необхідні для росту і розвитку первинних і вторинних репродуктивних органів і структур.

Будова статевих клітин людини

Чоловічі і жіночі статеві клітини сильно відрізняються один від одного за розміром і формою. Чоловічі сперматозоїди нагадують довгі, рухливі снаряди. Це невеликі клітини, які складаються з головки, середньої і хвостової частин. Головка містить ковпачкове покриття, зване акросомою. Акросома включає ферменти, які допомагають клітині сперми проникати в зовнішню оболонку яйцеклітини. Ядро розташоване в голівці сперматозоїда. ДНК в ядрі щільно упаковано і клітина не містить багато цитоплазми. Середня частина включає кілька мітохондрій, які забезпечують енергію для руху клітини. Хвостова частина складається з довгого виросту, званого жгутиком, який допомагає в клітинної локомоції.

Жіночі яйцеклітини є одними з найбільших клітин в організмі і мають округлу форму. Вони виробляються в жіночих яєчниках і складаються з ядра, великий цитоплазматичної області, зони пеллюціда (zona pellucida) і променистого вінця. Zona pellucida – це мембранне покриття, яке оточує плазматичну мембрану яйцеклітини. Вона пов’язує клітини сперми і допомагає в заплідненні. Променистий вінець є зовнішнім захисним шаром фолікулярних клітин, що оточує zona pellucida.

Утворення статевих клітин

Статеві клітини людини продукуються за допомогою двоетапного процесу поділу клітин, званого мейозом. Через серію послідовних подій, реплікований генетичний матеріал у батьківській клітині розподіляється між чотирма дочірніми клітинами. Оскільки ці клітини мають половину числа хромосом від батьківської клітини, вони є гаплоїдний клітинами. Статеві клітини людини містять один набір з 23 хромосом.

Існують два етапи мейозу: мейоз I і мейоз II. До мейозу хромосоми реплікуються і існують у вигляді сестринських хроматид. В кінці мейозу I утворюється дві дочірні клітини. Сестринські хроматиди кожної хромосоми в дочірніх клітинах все ще пов’язані центромерою. В кінці мейозу II утворюються сестринські хроматиди і чотири дочірні клітини. Кожна клітина містить половину хромосом від батьківської клітини.

Мейоз подібний до процесу розподілу нестатевих клітин, відомому як мітоз. Мітоз продукує дві дочірні клітини, які генетично ідентичні і містять таку ж кількість хромосом, як і батьківська клітина. Ці клітини є диплоїдними, тому що включають два набору хромосом. Людські диплоїдні клітини включають 23 пари або 46 хромосом. Коли статеві клітини об’єднуються під час запліднення, гаплоїдні клітини стають диплоидной кліткою.

Виробництво сперматозоїдів відомо як сперматогенез. Цей процес відбувається безперервно всередині чоловічих яєчок. Сотні мільйонів сперматозоїдів повинні бути випущені, щоб відбулося запліднення. Переважна більшість сперматозоїдів не доходять до яйцеклітини. При оогенезі або розвитку яйцеклітин, дочірні клітини діляться нерівномірно в мейозі. Такий асиметричний цитокинез призводить до утворення однієї великої яйцеклітини (ооцита) і менших клітин, які називаються полярними тілами, які деградують і не запліднюються. Після мейозу I, яйцеклітина називається вторинним ооцитом. Вторинний ооцит завершить другу стадію мейозу, якщо почнеться процес запліднення. Як тільки завершиться мейоз II, клітина стає яйцеклітиною і може зливатися з кліткою сперми. Коли запліднення завершено, об’єднана сперма і яйцеклітина стають зиготою.

Статеві хромосоми

Чоловічі сперматозоїди у людини та інших ссавців є гетерогаметичнимимістять один з двох типів статевих хромосом: Х або Y. Однак жіночі яйцеклітини містять тільки X-хромосому і тому гомогаметичні. Сперматозоїд визначає стать індивідуума. Якщо клітина сперми, що містить Х-хромосому, запліднює яйцеклітину, результуюча зигота буде XX або жіноча стать. Якщо клітина сперми містить Y-хромосому, тоді результуюча зигота буде XY або чоловіча стать.