Число и размеры половых клеток различны у разных животных. Наблюдается такая закономерность: чем меньше вероятность встречи яйцеклетки и сперматозоида, тем большее число половых клеток образуется в организме. Например, рыбы мечут икру (яйцеклетки) и сперму прямо в воду (происходит наружное осеменение), и количество икринок у некоторых из них достигает громадной величины (треска выметывает около 10 млн. икринок). При внутреннем оплодотворении благодаря согласованному поведению самца и самки мужские половые клетки поступают непосредственно в женский организм. В этом случае вероятность оплодотворения очень высока и, как следствие, количество половых клеток резко уменьшается. Очень сильно уменьшено число производимых половых клеток у тех родителей, которые заботятся о потомках. Так, число икринок у живородящих рыб не превышает нескольких сотен, а одиночные осы, обеспечивающие будущих личинок кормом - парализованными насекомыми, откладывают всего около десяти яиц. На количество производимых яйцеклеток влияет множество других факторов. В частности, существует зависимость между размерами яиц и их количеством - чем крупнее яйца, тем их меньше (птицы). Процесс оплодотворения состоит из нескольких этапов: проникновения сперматозоида в яйцо, слияния гаплоидных ядер обеих гамет с образованием диплоидной клетки - зиготы и активации ее к дроблению и дальнейшему развитию. Яйца большинства животных должны быть оплодотворены почти сразу после овуляции. У большинства млекопитающих яйцо обычно сохраняет способность к оплодотворению на протяжении 24 ч, а у человека - 12-24 ч после овуляции. Сперматозоиды, оказавшиеся вне мужской половой системы, как правило, живут очень короткое время. Так, сперматозоиды форели погибают в воде уже через 30 с, в половых путях кур сперматозоиды живут 30-40 дней, в матке и яйцеводах женщины - 5-8 дней, а в семяприемнике самок пчел сперматозоиды сохраняют способность к оплодотворению на протяжении года и более. Нахождение яйцеклетки сперматозоидом и их взаимодействие обеспечивается специальными веществами - гамонами , вырабатываемыми половыми клетками. Предполагают, что существуют по крайней мере два типа гиногамонов - веществ, выделяемых яйцеклетками (один активирует движение сперматозоидов, другой агглютинирует их), и два типа андрогамонов , выделяемых мужскими половыми клетками (один парализует подвижность сперматозоидов, другой растворяет оболочку яйца). Оплодотворение происходит лишь при определенной концентрации сперматозоидов ( рис. 76). На кроликах было показано, что не происходит оплодотворения как в том случае, когда в осеменении самки участвует менее 1000 сперматозоидов, так и в том, когда их больше 100 млн. Это объясняют недостаточным или избыточным количеством выделяемой гиалуронидазы - фермента.
На примере лягушки рассмотрим, как происходит оплодотворение у животных. Неоплодотворенная икринка покрыта несколькими защитными оболочками, предохраняющими ее от внешних воздействий. Сперматозоиды активно передвигаются в воде и при встрече с яйцеклеткой с помощью гиалуронидазы, выделяемой акросомой, растворяют ее оболочки и проникают внутрь клетки. Как только один сперматозоид проникнет в яйцеклетку, ее оболочки приобретают свойства, препятствующие проникновению других сперматозоидов, а яйцо начинает готовиться к делению.
Эксперименты показывают, что для побуждения яйца к дроблению совсем не обязательно проникновение сперматозоида в яйцеклетку, достаточно их поверхностного взаимодействия. Если микропипеткой оттянуть начавший проникать внутрь яйцеклетки сперматозоид, то может начаться дробление. И наоборот, если микропипеткой ввести сперматозоид сразу внутрь яйца, то активации не произойдет. У некоторых видов, в частности у тутового шелкопряда, в яйцеклетку могут проникнуть несколько сперматозоидов, но сливается с ядром яйцеклетки в норме только один из них, остальные погибают.
Размножение – это процесс, который позволяет живым существам иметь потомство, непрерывно воспроизводить себе подобных, и следовательно, существовать виду. Оно бывает половым и бесполым. Простые клеточные организмы размножаются обычным делением клеток.
Половое размножение подразумевает слияние женских и мужских половых клеток различными способами. Для его осуществления необходимо предварительное созревание гамет (половых клеток), а затем требуются определенные условия для их встречи и слияния. Вследствие слияния половых клеток образуется зародыш (зигота), дальнейший рост и развитие которой дает возможность образоваться новому организму (потомству).
Виды полового размножения
Половое размножение осуществляется двумя способами: оплодотворение внутреннее и оплодотворение внешнее (наружное).
Оплодотворение внешнее
Оплодотворение внешнее предусматривает слияние половых клеток за пределами организма женской особи (самки). Ярким примером может служить оплодотворение у рыб, при котором самка мечет яйцеклетки (икру), а самец сперму (молоку) непосредственно в водоем и там же происходит их слияние.
Оплодотворение внешнее присуще большинству беспозвоночных водных животных и некоторым позвоночным (земноводные, моллюски, черви и пр). Оно требует для эффективности стечения многих внешних факторов, ведь сперматозоиды и яйцеклетки должны выбрасываться во внешнюю среду в одно время и в одном месте. Именно поэтому природа предусмотрела половые поведенческие реакции особей одного вида (например, сбор в определенных местах и время на нерест).
Кроме всего выше перечисленного, оплодотворение внешнее требует образования в организме самки и самца большого количества половых клеток для обеспечения успешного их слияния. Это обусловлено тем, что во внешней среде происходят большие их потери и расточительство, ведь большинство из них никогда не встретятся и просто погибнут. К примеру, лягушка озерная постоянно откладывает порядка 11 000 яйцеклеток (яиц), а рыба-луна около 30 миллионов.
Оплодотворение внутреннее
Любое дополнительное приспособление, которое может повысить вероятность встречи половых клеток особей разного пола, обеспечивает виду большую плодовитость, а следовательно, и выживаемость всего вида. Кроме того затраты, которые производит организм на выработку и созревание половых клеток в значительной мере снижаются.
Оплодотворение внешнее уступает внутреннему типу оплодотворения. Свое название внутреннее оплодотворение получило в связи с тем, что половые клетки мужского пола вводятся непосредственно в организм особи женского пола. Такой тип оплодотворения присущ видам, которые стоят на более высокой ступени эволюционного развития. Внутреннее оплодотворение предусматривает наличие у особей разных полов специальных приспособительных (половых) органов.
Чем выше ступень развития и эволюции, на котором стоит вид животных, тем больше дополнительных половых органов у них имеется. Это и дополнительные половые железы, органы (яйцеводы и пр.).
Примечателен тот факт, что количество образуемых половых клеток у самки напрямую зависит от степени её привязанности к потомству. Чем она выше, тем меньше яйцеклеток и, следовательно, потомков. На примере трески и африканской рыбы теляпии можно отследить эту закономерность наглядно. Первая мечет около 10 миллионов икринок за один раз и никогда больше не возвращается к месту кладки. Теляпия же во рту вынашивает икру в количестве не больше, чем 100 штук. Большинство млекопитающих вообще имеют всего несколько потомков, а их родительское поведение обеспечивает длительную заботу.
Оплодотворение у человека
Человек относится к видам, которым присуще только внутренне оплодотворение. Процесс оплодотворения происходит в маточных трубах, а оплодотворенная половая клетка, в дальнейшем продвигается по маточным трубам в полость матки.
Партеногенез – оплодотворение без оплодотворения
Еще один вид размножения – партеногенез. Его еще называют оплодотворением без оплодотворения. Он заключается в том, что дочерний организм развивается из генетического материала самой особи (неоплодотворенная яйцеклетка). Таким способом могут образоваться особи только одного пола. Партеногенез присущ пчелам, тле, некоторым низшим ракообразным, даже птицам (индейки) и скальным ящерицам.
В заключение обзорной статьи можно сделать выводы, что оплодотворение внешнее значительно уступает внутреннему оплодотворению и присуще низшим видам. Вместе с эволюционным развитием живых существ на земле и в воде происходило постепенное усовершенствование способов репродукции (продолжения рода). Ведь, как известно, чем больше здорового потомства производит на свет вид, тем больше у него шансов на выживание.
Механизм оплодотворения яиц сперматозоидами — сложный про-цесс, включающий следующие этапы:
- Физический контакт гамет.
- Акросомная реакция со стороны сперматозоида, проникающего в яйцо.
- Кортикальная реакция со стороны яйца — цитоплазматический процесс активации яйца.
- Образование пронуклеусов: преобразование ядра спермия в мужской пронуклеус и формирование женского пронуклеуса.
- Сингамия (непосредственно оплодотворение): сближение мужского и женского пронуклеусов и слияние гаплоидных ядер. В результате образуется диплоидное ядро зиготы (синкариона) — зародышевый пузырёк.
- Начало дробления .
Акросомная реакция
При акросомной реакции (рис. 40) происходит разрушение передней мембраны акросомного пузырька, вытягивание его задней стенки с преобразованием в акросомную трубочку, которая контактирует с поверхностью яйца и внедряется в цитоплазму (на поверхности трубочки находится гиалуронидаза). Ядро и проксимальная центриоль переходят по трубочке в цитоплазму.
Кортикальная реакция
При соприкосновении акросомной трубочки с цитоплазмой яйца возникает кортикальная реакция (рис. 41) — выброс содержимого кортикальных вакуол, образование оболочки оплодотворения.
После наружного оплодотворения из яиц морских беспозвоночных часто разви-ваются подвижные планктонные личинки, живущие в толще воды и питающиеся фитопланктоном, обычно мелкими водорослями . Это об-легчает выживание и расселение, уменьшает конкуренцию из-за пищи и предоставляет потомству разнообразие местообитаний. И все же процесс наружного оплодотворения очень расточителен, поскольку животным приходится производить огромное количество гамет, чтобы гарантировать развитие немногих зигот. Поэтому в процессе эволю-ции животных наружное оплодотворение сменяется наружно-внутрен-ним или внутренним. Материал с сайта
Наружно-внутреннее оплодотворение
Наружно-внутреннее оплодотворение состоит в том, что самец выводит сперму в виде капелек жидкости или в виде мешочка-сперматофора в наружную среду на субстрат, после чего его захватывает самка. Такое осеменение присуще наземным членистоногим .
Внутреннее оплодотворение
Внутреннее оплодотворение происходит во время копуляции, при которой сперма вводится самцом в половые пути самки либо с помощью специального копулятивного органа, либо опять же посредством сперматофора, который подвешивается к половому отверстию самки или же вводится в него. И в этом случае копуляции может предшествовать стимуляция самки определённым, характерным для каждого вида, «брачным» поведением самца. Иногда стимуляция необходима из-за агрессивного поведения самки, которая может даже съесть самца во время или после копуля-ции, как это бывает у пауков. Препятствием для межвидовой копуля-ции является форма копулятивного органа самца (у насекомых), соот-ветствующая строению влагалища самки. Такое соответствие получи-ло название принципа «ключа и замка». Это такой же видовой признак, как форма и окраска тела, число хромосом и т. д.
Оплодотворение - это проникновение сперматозоида в яйцеклетку и их слияние - процесс, характерный для полового . У животных оплодотворение бывает внешнее и внутреннее. В первом случае половые продукты откладываются в воду ( , земноводные, иглокожие и др.) или на твердые субстраты (клещи и др.). При внутреннем оплодотворении - яйцеклетка и соединяются внутри материнского организма.
Обычно яйцо оплодотворяется только одним сперматозоидом, ядра остальных разрушаются. Сперматозоид проникает в яйцеклетку через мельчайшее отверстие ее оболочки - микропиле или выпячивающийся навстречу ему «воспринимательный бугорок». В него погружается головка (ядро) сперматозоида, двигающаяся к центру яйцеклетки; навстречу продвигается ядро женской клетки. В результате оплодотворения достигается стимуляция яйца, его дробление, развитие и образование (см.). В процессе оплодотворения осуществляется восстановление диплоидного набора (см.), соединение наследственной информации обоих родителей (см. Генетика), обеспечивается материальная непрерывность между поколениями (см. Наследственность).
Оплодотворение - проникновение сперматозоида или его головки в яйцеклетку и слияние ядра яйца с ядром сперматозоида.
У водорослей, иглокожих, большинства моллюсков, рыб и земноводных оплодотворение происходит вне организма; у других рыб и земноводных, всех пресмыкающихся, птиц, млекопитающих, насекомых, у большей части растений - в теле самки. Сперматозоиды вносятся в тело самки самцом либо выделяются им (тритон) в окружающую среду в сперматофоре, который самка активно вбирает в свои половые пути. Лучше изучено оплодотворение, протекающее вне организма (морские ежи, моллюски и др.). В эксперименте возможно оплодотворять соответствующими спермиями извлеченные из яйцепроводов яйца млекопитающих (например, кролика). После оплодотворения они могут быть возвращены в матку и продолжать полное развитие. Процесс оплодотворения регулируется вырабатываемыми половыми клетками химическими веществами, которые привлекают спермии к яйцеклетке (см.), а также оказывают другое влияние на оплодотворение. Эти вещества получили название гамонов (гиногамоны и андрогамоны - соответственно двум полам).
В результате оплодотворения достигается стимуляция яйца, его дробление, развитие, образование зародыша (см.), соединение наследственной информации обоих родителей (см. Генетика). Процесс стимуляции связан с изменениями физических и химических свойств протоплазмы яйца и оболочки, которая после оплодотворения становится более проницаемой для низкомолекулярных соединений и непроницаемой для сперматозоидов. Еще до оплодотворения из ядра яйца в рибосомы переходит РНК, которая в неоплодотворенном яйце находится в заблокированном состоянии. После оплодотворения она участвует в синтезе нужных для развития яйца белков. При слиянии ядер материнской и отцовской половых клеток количество хромосом (см.) удваивается, так как они не сливаются между собой. Поэтому каждая клетка тела содержит половину хромосом, полученных от отца, и половину - от матери; таким образом, оба родителя в одинаковой мере участвуют в передаче наследственной информации потомству (см. Наследственность) при помощи хромосом. У животных при оплодотворении сперматозоид вносит в яйцо центросому, функционирующую при последующем дроблении яйца, а также небольшую часть органоидов цитоплазмы (митохондрий и др.). У большей части организмов изменение оболочки яйца после оплодотворения препятствует проникновению других сперматозоидов в яйцо, однако у многих животных в яйцо проникает несколько сперматозоидов (полиспермия). Обычно яйцо оплодотворяет только один сперматозоид, ядра остальных разрушаются. Если этого не произойдет, то наблюдаются различные аномалии развития зародыша. Если все же при этом возникает жизнеспособный организм, то он нередко носит мозаичный характер - одна часть тела обладает наследственными свойствами ядра одного спермин, остальная - другого спермия.
Рентгеновским излучением можно убить ядро спермия, проникшего в яйцо; такое яйцо развивается без участия мужского ядра (гиногенез). Если убить лучами ядро яйца, развитие идет за счет отцовского ядра (андрогенез).
См. также Размножение.
Оплодотворение - начальный этап индивидуального развития организма. Слияние женской и мужской половых клеток (гаплоидных гамет) даст начало новому организму, который наследует признаки родителей, но и отличается от них новыми комбинациями хромосом, обеспечивающими индивидуальные особенности.
В ядре каждой яйцеклетки и каждого сперматозоида хромосом - материальных носителей наследственных признаков - вдвое меньше (23), чем в ядрах других клеток (46). При оплодотворении, которое происходит в маточной трубе, куда проникают яйцеклетки после овуляции и около 200 млн. сперматозоидов после полового акта, только один из сперматозоидов проникает в яйцеклетку и сливается с ней. В оплодотворенном яйце (зиготе) ядро имеет 46 хромосом, содержащих информацию о наследственных признаках обоих родителей.
Оплодотворенное яйцо делится и превращается в многоклеточный зародыш, который, продвигаясь по маточной трубе, через 4-5 суток попадает в полость матки и погружается в ее набухшую слизистую оболочку, уже подготовленную гормонами яичников. Прикрепление зародыша к слизистой оболочке матки называется имплантацией.
Из части клеток зародыша формируется оболочка: наружная (будущая плацента, или детское место), имеющая капилляры и ворсинки, через которые происходит питание и дыхание зародыша, и внутренняя - тонкая, образующая пузырь, полость которого заполнена плодной водой, защищающей зародыш от механического повреждения и проникновения вредных веществ.
Средняя оболочка принимает участие в образовании пуповины - пупочного канатика. Зародыш в матке быстро развивается. К трем месяцам внутриутробного развития формируются почти все органы. Уже с этого периода организм матери связан с плодом пуповиной через плаценту.
В первые два месяца внутриутробного развития организм называется эмбрионом, или зародышем, а после девяти недель и до рождения - плодом, В 4,5 месяца у плода прослушиваются сокращения сердца, частота которых в 2 раза выше, чем у матери. В пять месяцев плод весит приблизительно 0,5 кг, а при рождении - в среднем 3–3,5 кг.
Изучение ранних стадий развития показало, что на первых этапах развития его почти невозможно отличить от зародышей других животных. У эмбриона человека образуются хорда, жаберные дуги и соответствующая сеть кровеносных сосудов, подобно тому, как это имеет место у древнейших акуловых рыб. По мере развития у зародышей проявляются различия. Вначале они приобретают черты, характеризующие их класс, затем отряд, род и на последних стадиях - вид. Все это говорит об общности их происхождения и последовательности расхождения у них признаков.
Сравнение зародышей позвоночных на разных стадиях развития: 1 - рыба; 2 - ящерица; 3 - кролик; 4 - человек.
Плацента, или детское место, - орган, связывающий зародыш с организмом матери в период внутриутробного развития. Он имеет вид диска, прочно прикрепляющегося к слизистой оболочке матки. С помощью плаценты плод получает питательные вещества и кислород и освобождается от углекислого газа и продуктов обмена. Плацента защищает плод от отрицательных воздействий ряда факторов.
Кровь матери не смешивается с кровью плода, а только лишь обменивается питательными веществами и кислородом через стенки капилляров плаценты. Обмен кислородом и углекислым газом между организмом матери и плодом происходит путем диффузии.
В эмбриональном развитии зародыша человека выделяют три основных критических периода: на 6–7-е сутки после зачатия — имплантация, на конец второй недели беременности - плацентация и роды. Критические периоды связаны с резкими изменениями деятельности все систем организма матери (изменяется кровообращение, питание, газообмен и др.). Знать эти периоды очень важно, так как это поможет уберечь материнский организм от воздействия вредных факторов, особенно на ранних этапах беременности.
