- развить представление о способах деления эукариотической клетки, особенностях мейоза как этапа гаметогенеза, используя в работе с научной информацией предметные и метапредметные умения;
- показать практическую и личностную значимость изучения мейоза у человека для сохранения здоровья.
Развивающая:
- развивать логическое мышление (анализ, сравнение, обобщение, формулирование выводов) и коммуникативные компетенции у обучающихся.
Воспитательная:
- формировать ценностное отношение к человеку как объекту научных исследований, к жизни человека как высшей ценности на Земле;
- воспитывать чувство толерантности к «особенным» людям с наследственными заболеваниями, вызванными нарушением хода мейоза;
- воспитывать чувство взаимоуважения при работе в паре, ответственность за свой труд и общий результат.
Общедидактическая цель:
- создать условия для более глубокого осознания обучающимися механизма деления эукариотических клеток, понимания значимости данных процессов для развития организмов и сохранения разнообразия в природе, использования предметных знаний в профилактике наследственных заболеваний человека и пропаганде ЗОЖ.
Уровневые цели:
- репродуктивный уровень: усвоить этапы мейоза и гаметогенеза, их биологическое значение;
- конструктивный уровень: выявить особенности мейоза, причины комбинативной изменчивости в природе;
- творческий уровень: использовать полученные знания о механизме мейоза и митоза при решении конкретных жизненных проблем (задачи из жизни о причинах некоторых наследственных заболеваний человека, вызванных геномными мутациями)
Тип урока: комбинированный
Методы: частично-поисковый, проблемный
Формы работы: индивидуальная, парная и фронтальная
В процессе эволюции у эукариотических клеток возник ещё один способ деления - мейоз – редукционное деление. Его появление связано с ранним ароморфозом – половым размножением организмов.
Первое деление мейоза – редукционное, второе - эквационное (уменьшения числа хромосом не происходит). Наиболее существенные изменения происходят в профазу I: гомологичные хромосомы располагаются параллельно друг другу и соприкасаются, образуются биваленты. Каждый бивалент содержит 4 хроматиды. В это время пара хроматид из гомологичных хромосом может обменяться какими-то участками. Такой обмен участками ДНК называют кроссинговером. В результате первого деления мейоза в дочерние клетки попадает по одной гомологичной хромосоме из пары. По набору генов образующиеся клетки отличаются друг от друга: при кроссинговере хромосомы обменялись участками и появились новые сочетания генов. Таким образом, практически каждая из образующихся клеток имеет уникальный генотип, отличный от генотипа исходной клетки
Итак, особенности мейоза:
при мейозе дочерние клетки имеют половинный набор хромосом по сравнению с материнской (у диплоидных организмов 2 n – гаплоидный n);
при мейозе осуществляется 2 последовательных деления, в промежутке между которыми не происходит удвоения ДНК. Образуется 4 клетки (n);
в процессе мейоза происходит кроссинговер.
Итак, существует 2 основных способа деления клеток – митоз и мейоз. Митоз обеспечивает передачу дочерним клеткам всего генетического материала, который был в материнской клетке, и равное распределение этого материала между дочерними клетками. При мейозе число хромосом в дочерних клетках уменьшается вдвое по сравнению с материнской клеткой. Митоз обеспечивает бесполое размножение, мейоз – половое размножение организмов.
Причины нарушения гаметогенеза
Ионизирующие излучения
В настоящее время из-за интенсивного использования атомной энергии, рентгеновских лучей, радиоактивных веществ особое место среди самых частых причин бесплодия занимают ионизирующие излучения. Дело в том, что половые железы наиболее чувствительны к их действию. Облучение приводит не только к бесплодию, а также и к врожденным аномалиям развития потомков из-за мутагенного действия на хромосомы, являясь причиной их не расхождения во время мейоза.
Температурный фактор
Температурный фактор имеет большое значение для физиологически нормального течения сперматогенеза. Т.к. яички расположены в мошонке вне тела, они имеют температуру ниже температуры тела. Их перегрев вызывает повреждение несозревших сперматогенных клеток и несвоевременное их слущивание в просвет канальца.
Этому придается большое значение, если человек работает в условиях повышенной температуры, а также при лихорадочных состояниях и инфекционных заболеваниях. Для восстановления сперматогенеза требуется почти 3 месяца. Низкая температура также отрицательно сказывается на образовании сперматозоидов.
Инфекционный фактор
Важная роль среди известных причин бесплодия принадлежит инфекционному фактору. К примеру, такие крайне нежелательные заболевания, как сепсис, эпидемический паротит, брюшной и сыпной тиф, генитальный герпес, гепатит, бруцеллез, малярия, а также те многочисленные инфекции, которые нередко передаются половым путем, в итоге являются причиной бесплодия. При инфекционных заболеваниях нарушения гаметогенеза способны провоцировать микробные токсины, органические повреждения печени, изменения состава крови, а особенно инфекционный гепатит, недолеченные заболевания, которые были переданы половым способом, как прямое следствие беспорядочных половых связей.
Злоупотребление алкоголем и табаком
Такие вредные привычки как злоупотребление алкоголем и курение очень сильно влияют на фертильность юношей и девушек. При употреблении алкоголя, в том числе и пива, в сперме повышается количество неподвижных и аномальных сперматозоидов. Даже разовое употребление большого количества алкоголя на много дней ухудшает качество спермы и яйцеклеток, приводит к различным дегенеративным изменениям в сперматогенном слое в результате сосудосуживающего и прямого токсического действия.
В настоящее время изучен состав табака, и стало известно, что, кроме никотина, при курении в организм попадает радиоактивный полоний-210, свинец-210, висмут-210. При выкуривании 30-40 сигарет в день организм получает дозу облучения, равную почти 100 рад, что значительно превышает безопасную дозу, и вызывает изменения в количественном и качественном состоянии сперматозоидов.
Никотин оказывает отрицательное влияние на центры эрекции и эякуляции, вызывает их угнетение, в результате чего может наступить понижение потенции, преждевременное извержение семени. Подвергается воздействию генетический аппарат половой клетки, в результате нарушаются процессы деления клеток, искажаются процессы формирования органов, особенно у плода женского пола. Уже внутриутробно намечаются изменения в развитии репродуктивных органов девочки – недоразвитие внутренних органов и как следствие бесплодие.
Другие факторы
Голодание может привести к гипоплазии (недоразвитию) половых желез с последующим развитием гипогонадизма. Пища должна содержать достаточное количество витаминов А, Е, С, В. При недостатке витамина Е возникают морфологические изменения сперматозоидов, а при недостатке витамина С наступает агглютинация сперматозоидов. Если этот процесс охватывает более 20% сперматозоидов, наступает бесплодие. При недостатке витаминов группы В нарушается ово- и сперматогенез.
Большое влияние на организм и, в частности, на репродуктивные органы имеет электромагнитное поле. Работа в электромагнитном поле напряженностью 0,5 кВ/м через 3,5 месяца приводит к изменениям в спермограмме. Напряжение электромагнитного поля до 70 кВ/м ведет к увеличению патологических сперматозоидов, особенно головки.
Следует заметить, что наличие неблагоприятных физических факторов, а также воздействие экологических и психосоциальных причин оказывает все более разрушающее действие на половую систему юноши и девушки, их фертильность, т.к. половая система является самой уязвимой в нашем организме.
Последствия не расхождения хромосом в мейозе.
Хромосомная патология может возникать вследствие нарушения расхождения всего набора хромосом в мейозе. Образуются гаметы с нередуцированным числом хромосом, которые имеют не по одному набору хромосом, а по два. При оплодотворении такой яйцеклетки гаметами с гаплоидным или диплоидным набором хромосом образуются полиплоидные зиготы.
Полиплоидные организмы обычно имеют грубые пороки развития и погибают в раннем эмбриональном периоде. Возможно нарушение расхождения отдельных хромосом в наборе; образуются гаметы, в которых отсутствует или имеется лишняя хромосома. Поэтому возникающая при оплодотворении зигота характеризуется моно-, три- или тетрасомией. Чаще всего такие расстройства несовместимы с жизнью организма и приводят к спонтанным выкидышам.
Нарушения структуры или числа хромосом в половых клетках могут касаться аутосом или половых хромосом.
Из всех синдромов, возникающих вследствие нерасхождения аутосом, наиболее распространенной патологией является болезнь Дауна (95 % от числа всех трисомий по аутосомам). При болезни Дауна наблюдается трисомия 21-й хромосомы. Клиническими признаками болезни являются низкий рост, широкое круглое лицо, близко расположенные глаза с узкими глазными щелями, полуоткрытый рот.
Для болезни характерны также идиотия и дефекты сердечно-сосудистой системы (пороки сердца и крупных сосудов). При синдроме Эдвардса, характеризующемся трисомией по 18-й хромосоме, имеются множественные физические пороки развития: общая гипотрофия новорожденного, задержка психомоторного развития, крипторхизм, порок сердца, грыжи и многие другие. Синдром Патау, трисомия по 13-й хромосоме, характеризуется микроцефалией, полидактилией, наличием расщелины верхней губы и неба.
Частичные трисомии и частичные моносомии выявляются при анализе причин врожденных дефектов развития новорожденных детей. Несбалансированность по генам каждой из хромосом проявляется у новорожденных в виде специфических признаков. Так, например, частичная моносомия короткого плеча 5-й хромосомы дает патологию, описанную как синдром "кошачьего крика" при котором имеются аномалии развития нижней челюсти и гортани, что сопровождается характерным изменением голоса, а также микроцефалия, пороки сердца, четырехпалость и др.
При не расхождении половых хромосом формируется группа синдромов, для которых с клинической точки зрения наиболее характерны интеллектуальное и половое недоразвитие наряду с физическими дефектами. Так, при синдроме Тернера — Шерешевского у пациента женского пола (генотип ОХ) обнаруживаются отставание в развитии (низкий рост), половой инфантилизм, бесплодие, иногда умственная отсталость, пороки сердца и др.
У женщины при трисомий X (генотип XXX) имеются умственная отсталость и нарушения физического развития. При синдроме Клайнфелтера (генотип XXY) или сверх Клайнфелтера — (XXXY) наблюдается высокий рост с непропорционально длинными конечностями, гипоплазия яичек, недоразвитие вторичных половых признаков, бесплодие, склонность к асоциальному поведению.
Причиной не расхождения одной из пар хромосом (аутосом или половых хромосом) при образовании гамет могут быть дистрофические процессы, возникающие с возрастом. Имеются данные, что суммарный риск иметь ребенка с трисомией по 13-й, 18-й, 21-й хромосоме для женщин после 45 лет увеличивается в 60 раз. В хромосомной патологии выделяют синдромы, связанные с несбалансированными хромосомными перестройками, т.е. с избытком или недостатком генетического материала одной из парных хромосом (Н.П.Бочков).
Появление несбалансированных хромосомных перестроек генотипа потомков возникает у фенотипически нормальных родителей, имеющих сбалансированные хромосомные нарушения (например, транслокацию участка одной хромосомы на другую непарную ей хромосому). При оплодотворении яйцеклетки гаметами, содержащими транслоцированные участки, после образования диплоидного набора хромосом дополнительный, транслоцированный, участок дает эффект частичной трисомии по содержащимся в нем генам. Вместе с тем в одной из мужских гамет возникает дефицит соответствующего участка хромосомы, и при образовании зиготы возникает эффект частичной моносомии по этому участку хромосомы у потомка.
