Биологическое значение и морфология оплодотворения

Видео: Биология 10 класс. Оплодотворение у животных и цветковых растений. Значение оплодотворения и влияни

Мужские и женские половые клетки могут дать новый организм только после взаимодействия друг с другом. Этот процесс называется оплодотворением, а способ размножения половым. После оплодотворения образуется одна зародышевая клетка — зигота, из которой развивается зародыш, плод, а затем и молодая особь.

Биологическое значение полового размножения и связанного с ним оплодотворения СОСТОИТЕ том, что оно благодаря совмещению наследственной информации двух различающихся родительских организмов дает возможность животным лучше приспосабливаться к окружающей среде. В результате совмещения различного в едином создается повышенная жизненность зиготы. Если биологическое различие между половыми клетками незначительно, то при оплодотворении зигота получается с пониженной жизненностью. Из нее развиваются организмы слабые, маложизненные, нередко появляются уродства и рождаются мертвые или скоро погибающие особи. Наоборот, чем больше отличаются друг от друга половые клетки в пределах данного вида животного, тем богаче наследственность и тем лучше развивается животное. Увеличением противоречивости зиготы объясняется и сильное повышение жизненности потомства при покрытии самки несколькими самцами.

Морфологическая картина оплодотворения у разных животных несколько различна. У млекопитающих процессы, предшествующие оплодотворению, и морфология самого процесса оплодотворения характеризуются следующим. К спермиям, проходящим по половым путям самца, примешивается секрет добавочных половых желез, и в результате образуется сперма. Порция спермы, которая вводится в половые пути самки при спаривании, —-эякулят содержит огромное количество спермиев. По данным В. К. Мило-ванова, общее число спермиев в эякуляте жеребца равно 4—20 млрд., у быка — 4—10, у хряка — 20—80, у барана — 2—10 млрд. Часть спермиев погибает в половых путях самки. Некоторые из них внедряются в слизистую оболочку половых путей. Остальные проходят в яйцевод, где находится яйцеклетка. Время, в течение которого спермин достигают яйцеводов, у овцы колеблется от 30 минут до 5—8 часов, у кролика равно 2—3 часам, у крупного рогатого скота — 5—9 часам.

Движение спермиев в половых путях самок совершается в результате их подвижности — реотаксиса (способность движения против тока жидкости, в данном случае слизи половых путей самки), а также благодаря сокращениям мышечных стенок женских половых путей, В половых путях самки спермин одних животных сохраняют жизнеспособность довольно долго, но у большинства сельскохозяйственных животных они живут только несколько часов. По данным Г. А. Шмидта, спермин в половых путях коровы живут 25—30 часов, овцы — 30—36, кролика — 8—12 часов.

Спермий с яйцеклеткой встречается в верхней трети яйцевода. Большое значение для непосредственного сближения половых клеток имеет

Процесс оплодотворения

Рис. 32. Процесс оплодотворения:

/ и // — стадия первого деления созревания- /// — образование второго редукционного тельца и внедрение спермия- IV — проникновение спермия в глубь яйцеклетки- V—VIII — преобразование мужского и женского ядер- IX, X — преобразование хромосом в обоих ядрах и формирование веретена- XI, XII — деление зиготы- / — блестящая зона яйцеклетк»- 2 — цитоплазма яйцеклетки- 3 — первое редукционное тельце- 4 — второе редукционное тельце- 5 — спермий- 6 — ядро яйцеклетки, 7 — ядро спермия- 8 — центросома- 8` — веретено деления- 9 — хромосомы, образовавшиеся в ядре яйцеклетки- W — хромосомы, образовавшиеся в ядре спермия- 11 — объединение хромосом отцовского и материнского организма в экваториальную пластинку- 12 — бластомеры.

выделение ими веществ: фертилизинов яйцеклетки и антифертшгизинов сперми-ев. Благодаря этим веществам происходит слипание спермиев между собой и прилипание их к повеохности яйца. Прилипшие к яйцу спермин выделяют ферменты, в основном гиалуронидазу и трипсин, разрушающие межклеточное вещество лучистого венца. В результате фолликулярные клетки рассеиваются. Исследования показывают, что рассасывание связывающего фолликулярные клетки вещества успешно протекает лишь в том случае, если имеется определенный минимум спермиев. Эту роль могут выполнять не только спермин своего вида, но даже других видов животных. Например фолликулярные клетки кобылы растворяются спермиями барана. Таким образом, этот процесс в видовом отношении не является специфичным.

Ферменты, выделяемые спермиями, не только способствуют освобождению яйцеклетки от фолликулярных клеток, но и стимулируют прохождение ооцитом I порядка стадии созревания. Эту стимуляцию тоже могут осуществлять и спермин животных других видов. Спермин окружают свободную от фолликулярных клеток яйцеклетку и начинают проникать через блестящую зону в ее цитоплазму. Этот процесс строго специфичен в видовом отношении, так как в яйцеклетку могут проникнуть лишь спермин своего вида.

У некоторых видов происходит превращение акросомы снермия в плотную акросомную нить, которая легко проникает через блестящую зону. В месте соприкосновения акросомной нити с цитоплазматической мембранной яйцеклетки образуется вырост цитоплазмы — бугорок оплодотворения, и спермий втягивается внутрь яйца. На соприкосновение со спермием яйцо очень быстро реагирует целым .рядом существенных изменений, обусловленные перестройкой цитоплазматической мембраны яйцеклетки и периферических слоев цитоплазмы (так называемого кортикального слоя). Изменения эти носят название кортикальной реакции. Она начинается в месте соприкосновения спермия с яйцом и затем быстро распространяется по всей поверхности яйцеклетки, образуя оболочку оплодотворения. Последняя защищает яйцо от проникновения лишних спермиев. Проникновение в яйцо одного спермия называется моноспермией, нескольких — полиспермией. У животных, имеющих телолецитальные яйцеклетки (птицы, рептилии), как правило, наблюдается полиспермия, однако только один спермий участвует в оплодотворении.

При оплодотворении в яйцеклетку входит практически весь спермий (рис. 32) — головка, шейка связующий отдел, то есть части, содержащие основные компоненты клетки (ядро, цитоплазма, органеллы), оставаться вне яйцеклетки может лишь хвост. У млекопитающих спермий проникают в яйцеклетку в любом месте ее поверхности, тогда как у других животных, например у морского ежа, спермий попадают через особое отверстие в ней. После вхождения спермия начинаются более глубокие процессы взаимодействия, в результате чего в яйцеклетке резко возрастает интенсивность обмена веществ. Головка спермия в результате ассимиляции увеличивается в размере. Ядро его становится по величине равным ядру яйцеклетки, постепенно исчезают шейка и тело. Головка же стороной, обращенной к шейке, поворачивается в сторону ядра яйцеклетки. Такое ядро называют мужским пронуклеусом и соответственно ядро яйцеклетки — женским пронуклеусом. Затем происходит сближение и слияние пронуклеусов. Их хромосомные группы (гаплоидные наборы) сливаются в единую группу — сингамия. По исследованиям О. В. Красовской, у кролика мужской и женский про-нуклеусы сливаются через 15 часов после того, как спермий начал внедряться в яйцеклетку. В результате сингамии образуется ядро дробления, а клетка превращается в зиготу.

Сущность оплодотворения нельзя сводить лишь к процессу слияния ядер половых клеток. При оплодотворении совершаются сложные процессы ассимиляции и диссимиляции, происходит обмен веществ между половыми клетками. Обладая свойствами отцовской и материнской клеток, зигота представляет собой качественно новое живое тело с только ему присущими особенностями. Зигота отличается от яйцеклетки биологически, морфологически, а также по своим физико-химическим свойствам. Биологически зигота отличается большей жизненностью, более широкой наследственной основой, которая позволяет развивающемуся из нее организму приспосабливаться не только к среде, в которой жил отцовский или материнский организм, но и к новым условиям существования.

Морфологически зигота каждого вида животного имеет свои особенности. Однако общим для всех является то, что в связи с проникновением спермия в яйцеклетку и превращением ее в зиготу происходят сложные процессы перемещения и дифференцировки клеточного материала, сопровождающиеся появлением в одних случаях видимых (серый полумесяц у ланцетника и др.), в других случаях невидимых зон клеточного материала. Как показали эксперименты, каждая зона в дальнейшем дает начало лишь определенным комплексам органов взрослого организма. После образования зиготы начинается развитие особи, то есть онтогенез (см, ниже).

рисунок