7. Оплождане при животните Оплождането е процес на сливане на мъжки и женски репродуктивни клетки, което води до образуването на зигота. Зиготата е оплодена яйцеклетка. Тя винаги има диплоиден набор от хромозоми. От зиготата се развива ембрионът, който дава началото на

При висшите животни мъжките и женските репродуктивни клетки или гамети се използват за възпроизвеждане на потомство. Те са много различни една от друга и от останалите клетки на тялото.

Женската репродуктивна клетка се нарича яйцеклетка. Тя е голяма, овална или сферична форма, съдържа голямо количество деутоплазма (жълтък) – строителни материали, поради което при бозайниците (с изключение на яйценосните животни: ехидната и птицечовката) яйцето се развива в първия момент след оплождането, а при останалите животни до пълното узряване на ембриона. Ето защо клетките на последните достигат наистина гигантски размери.

Най-големите яйца от всички животни, живеещи в момента на Земята, ако ги вземем с всички мембрани, които при птиците включват черупката и протеина, са щраусовите яйца. Теглото на тази клетка е 2-3 килограма. Изчезналите праисторически влечуги и пътническият гълъб, които са живели на Земята сравнително наскоро, са имали обем на яйце с размер на кофа. Човешкото яйце е едно от най-малките, диаметърът му е 0,2–0,5 милиметра. При безгръбначните са известни още по-малки яйца, чийто диаметър едва достига 0,04 милиметра.

Яйцеклетките узряват в женските полови органи - яйчниците. При хората те се образуват в ранно детство, до около две години и половина, а по-късно не се променят. Възможно е да се изчисли, че всеки яйчник по това време съдържа 30 000 яйца. В повече ранен периодима още няколко от тях, но започвайки от шестия месец на вътрематочния живот в яйчника на ембриона, някои от тях започват да узряват, но пълно развитиене достигайте.

Зреещата яйцеклетка се дели два пъти и губи половината от своите хромозоми. Едва след като момичето достигне пубертета, яйцеклетката може да достигне пълно развитие и настъпва овулация, освобождаването на яйцеклетката от яйчника. По време на живота на жената узряват само малко повече от 400 яйцеклетки, 13 за една година.

Мъжките репродуктивни клетки - сперматозоидите - са много уникални и не приличат на други клетки в тялото. Спермата на различните животни се различава една от друга по външен вид. Общото между тях е, че винаги са по-малки от яйце и всички се отличават с подвижност.

Спермата на бозайниците се състои от малка глава и дълга опашка, с която се движи. Дължината на човешкия сперматозоид е 50-70 микрона, а главата му е само 4-5 микрона. Сперматозоидите на нисшите животни са особено сложни. Те често са оборудвани с перфоратор под формата на шило, свредло, длето или тирбушон за отваряне на черупката на яйцата, както и остриета, перки и други устройства.

Сперматозоидите се развиват в мъжките полови жлези - тестиси, които при гръбначните са чифтни и разположени в телесната кухина. Само при човека и някои бозайници те се намират в специални торбички директно под кожата. Изходът на тестисите се случва по време на вътрематочния живот на плода. Ако по някаква причина това не се случи, тогава спермата няма да се развие в такива тестиси. Смята се, че това се случва поради висока температуравътре в коремната кухина. Във всеки случай слоновете, чиито тестиси лежат в телесната кухина и температурата е доста висока, по време на брачния сезон те се издигат високо в планините, където е студено. Без това зачеването е невъзможно. Когато тези гиганти са докарани в нашия студен север, те често раждат потомство в първите години. Но трябва да помним, че дори в родината им отглеждането на слонове в плен далеч не е обичайно.

Мъжките тестиси имат около хиляда увити тубули всеки. Стените на тубулите съдържат големи овални клетки, чието делене произвежда сперматозоиди. По време на деленето, подобно на женските гамети, те губят половината от своите хромозоми и след това преминават през сложен процес на морфологична реконструкция, превръщайки се от обикновена овална клетка в зряла сперма.

Сперматозоидите, които все още не са придобили способността да се движат, се избутват през тубулите в епидидимиса, който е силно извита тръба, където сперматозоидите се съхраняват в семенната течност, която съдържа необходимите хранителни вещества: глюкоза и фруктоза.

Независимо къде спермата среща яйцеклетката, дали в репродуктивния тракт на жената или извън тялото, всеки отделен сперматозоид има много малък шанс да достигне до яйцеклетката. Всъщност в женския генитален тракт човешката сперма трябва да измине голямо разстояние и скоростта на движение не надвишава 1,5–3 милиметра в минута.

За да гарантира надеждността на срещата на две полови клетки, природата трябваше да използва огромни армии от сперматозоиди, дори в случаите, когато трябва да се оплоди само една яйцеклетка. И така, по време на полов акт в репродуктивната система на жената, където в най-добрият сценарийМоже да има само една зряла яйцеклетка, но да бъдат въведени 200 или повече милиона сперматозоиди.

Въпросът се усложнява допълнително от факта, че репродуктивните клетки (както женски, така и мъжки) са много деликатни и краткотрайни. Човешката яйцеклетка умира един ден след овулацията; сперматозоидите в гениталния тракт на жената живеят малко по-дълго, 24-48 часа.

Но въпросът не е само в продължителността на съществуването на половите елементи, важно е и колко дълго са способни на оплождане. Черупката на яйцата от сьомга, веднъж във водата, се втвърдява толкова много, че сперматозоидите вече не могат да проникнат през нея. А самите сперматозоиди запазват способността си да се движат във водата за много кратко време: при сьомгата - 45 секунди, а при пъстървата - само 23 секунди. За такива краткосрочени срещата на двете клетки трябва да се случи. Следователно, когато изкуствено развъжданеЯйцата от сьомга в рибните фабрики се смесват предварително със сперма и малко по-късно се прехвърлят във водата.

Продължителността на живота и способността на сперматозоидите да се движат могат значително да се увеличат, ако се държат без вода. В „суха“ форма спермата на някои риби може да се съхранява една до две седмици, а понякога и повече.

При някои животни сперматозоидите се съхраняват в женските генитални пътища за много дълго време. Чифтосването на прилепите се случва по време на зимуването, но в този момент не настъпва оплождане. Спермата, въведена в тялото на жената, се съхранява в гениталния тракт до пролетта. Спермата на охлюва може да се съхранява с години. При пчелите чифтосването се случва веднъж в живота. Спермата се съхранява в специална торбичка, свързана с гениталния тракт. Когато пчелната майка снася яйца, тя доброволно отваря сфинктера на торбичката и позволява на спермата да оплоди снесените яйца. Ако снасянето става при затворен сфинктер, яйцата са неоплодени.

Как спермата намира яйцеклетка? Сега малко се знае за това. Благодарение на огромни количестваСрещата на спермата с яйцеклетката може да възникне в резултат на случайни сблъсъци. Известни са и специални устройства. Яйцата на някои животни съдържат специални вещества, които, освободени в околната среда в съвсем незначителни количества, или удължават живота на спермата, или ги принуждават да се движат към източника на това вещество.

Не е необходимо съществуването на огромни армии от сперма. Когато структурата на репродуктивния апарат значително улеснява срещата на спермата с яйцеклетката, животните се справят малка сумамъжки репродуктивни клетки. По този начин при някои нисши ракообразни, принадлежащи към дафнидите, две яйца се съхраняват в близка камера за размножаване, където сперматозоидите влизат по време на чифтосване, след което дупката, през която са въведени, се затваря. Сперматозоидите на тези дафниди са много големи, неактивни и, което е особено интересно, има малко от тях. По време на чифтосване не повече от пет сперматозоиди влизат в камерата за разплод, а общо мъжкият има не повече от 20 сперматозоиди.

Оплождането започва с прикрепването на спермата към черупката на яйцето. Сега трябва да влезе вътре. Това се предотвратява от черупката на яйцето. При някои животни, като бодлокожи и земноводни, той е много дебел. Често той е напълно непроходим за сперматозоидите, с изключение на тесния канал, наречен "микропил"; Само по него сперматозоидите могат да проникнат в яйцето. Усилията, необходими за развитието на сперматозоиди, са огромни. Можете да наблюдавате как големи яйца на морски животни, в сравнение с които сперматозоидите са нищожни, започват бавно да се движат или въртят под приятелския натиск на техните хиляди армии, обграждащи яйцето в плътен пръстен.

Човешката яйцеклетка, в допълнение към собствената си черупка, е заобиколена от слой клетки - corona radiata и следователно е недостъпна за един сперматозоид. Само обединените усилия на няколкостотин хиляди сперматозоиди могат да доведат до пробив на тази бариера, унищожавайки с помощта на специален ензим хиалуронидаза, съдържащ се в минимални количества в техните глави, веществото, което споява клетките на corona radiata. Само тогава един от сперматозоидите ще може да проникне в яйцето.

Проникването в яйцеклетката веднага предизвиква редица промени в нея, на първо място в черупката: за кратък период от време тя става толкова плътна, че нито един сперматозоид не може да проникне през нея. Появата на тази мембрана гарантира, че яйцето се опложда само от един сперматозоид.

В този случай яйцеклетката на яйцеклетката се слива с ядрото на спермата, която прониква вътре. По този начин ядрото на нова клетка, получено в резултат на сливането на мъжки и женски гамети, вече съдържа пълния брой хромозоми. След това яйцето започва да се дели.

В някои случаи появата на мембраната за оплождане се забавя и поради това няколко сперматозоида проникват в яйцето. Когато ядрата им се слеят с яйцеклетката обща сумаима повече хромозоми от нормалното. Въпреки това, за някои организми проникването на няколко сперматозоида в яйцето е възможно нормално явление. В този случай обаче само един от тях се слива с ядрото на женската клетка. Останалите умират близо до повърхността на ядрото и тяхното вещество се използва само за подхранване на яйцето.

Само изключително в редки случаиНяколко сперматозоиди могат да участват в сливането. Такова яйце обикновено се развива неправилно и скоро умира. Въпреки това, при насекоми, птици и някои други животни, при изкуствени условия, е възможно да се отглеждат отделни екземпляри, получени от сливането на яйцеклетка с няколко сперматозоида до зряла възраст.

Полиплоидните животни, т.е. имащи няколко комплекта хромозоми, също възникват по време на нормалното оплождане на яйцеклетка от един сперматозоид, ако процесът на последващо фрагментиране на яйцеклетката е нарушен. Полиплоидията е особено разпространена при растенията. Клетките на полиплоидните растения са по-големи, което води до значително увеличаване на размера на растението. Всички културни растения са полиплоидни. Много по-редки са случаите на полиплоидия при животните. Това може да се дължи на объркване при определяне на пола. В този случай не се наблюдава нормална хромозомна дивергенция, разделянето на яйцето се нарушава и то умира. Само при еднополовите животни полиплоидията възниква лесно.

Торенето е специфична реакция. Това означава, че може да се случи сливане между зародишни клетки на животни, принадлежащи към един и същ или много подобен вид. Оплождането на яйцеклетка от сперматозоидите на несвързани животни се случва само като изключително явление.

Друга особеност на оплождането е, че е необратимо. Ако спермата, която прониква в яйцеклетката, умре по някаква причина, тя може да продължи развитието и фрагментацията, сякаш нищо не се е случило. Развитието на яйцето ще продължи, ако сперматозоидите, които са проникнали в него, бъдат внимателно отстранени оттам. Нито един сперматозоид няма да може да влезе отново в тази яйцеклетка. Ембрионите, развиващи се от такива ненапълно оплодени яйца, умират в ранните етапи на развитие и само понякога достигат зряла възраст. Способността на яйцеклетката да се развие след смъртта или отстраняването на спермата, която е проникнала вътре, е много важна собственост. Благодарение на тази способност с яйцето могат да се случат невероятни неща.

1. Дайте определения на понятията.
Оплождане е процесът на сливане на сперматозоид и яйцеклетка, в резултат на което техният генетичен материал се комбинира и се образува зигота.
Кръстосано оплождане - сливане на зародишни клетки от различни индивиди.
Самооплождане - сливане на зародишни клетки на един индивид.
Външно торене – оплождане, което се случва извън тялото на майката.
Вътрешно оплождане - оплождане, което се случва вътре в тялото на женската.
Двойно торене - процес, при който един от сперматозоидите се слива с яйцеклетката, а вторият с централната клетка на ембрионалния сак. Ембрионът се развива от оплодената яйцеклетка, а вторичният ендосперм на семето, съдържащ хранителни вещества, се развива от централната клетка.

2. Попълнете диаграмата.

3. Какъв е биологичният смисъл вътрешно оплождане?
Половите клетки са защитени от външни влияния, и съответно шансът за успешно оплождане се увеличава. Ако развитието се извършва вътре в тялото на майката, тогава развиващият се организъм е защитен от външни влияния и също така постоянно се снабдява с всички необходими вещества.

4. Защо оплождането се случва много рядко при кръстосване на организми, принадлежащи към различни видове?
U различни видоверазличен генотип, т.е. различно съдържание на хромозома, което не е същото химичен съставцитоплазмата на яйцеклетката и ядрото на спермата. Следователно различните видове, дори принадлежащите към едно и също семейство, разред, подразред, имат различен набор от хромозоми, което усложнява или дори ограничава оплождането.

5. Защо оплождането, характерно за покритосеменните, се нарича двойно?
Това е полов процес при покритосеменните растения, при който се оплождат както яйцеклетката, така и централната клетка на ембрионалната торбичка. Двойното оплождане включва и двете сперматозоиди, внесени в ембрионалния сак от цветния прашец; ядрото на единия сперматозоид се слива с ядрото на яйцеклетката, ядрото на втория се слива с полярните ядра или с вторичното ядро ​​на ембрионалния сак. Ембрионът се развива от оплодената яйцеклетка, а ендоспермът се развива от централната клетка.

6. Спомнете си, въз основа на знанията, получени от изучаването на други курсове по биология, какво е това необходимо условиеуспешно оплождане при бриофити и птеридофити.
Наличието на вода, тъй като сперматозоидите им са неподвижни и нямат флагели.

7. Мъжките гамети на висшите спорови растения и мъжките гамети на животните се наричат ​​сперматозоиди, а мъжките гамети на семенните растения се наричат ​​сперматозоиди. Опитайте се да обясните защо се използват различни имена за подобни обекти.
И двете са хаплоидни мъжки репродуктивни клетки.
Сперматозоидите нямат флагели и се движат по поленовата тръба. Характерен за голосеменните и покритосеменните растения.
Сперматозоидите са подвижни и имат флагел.

8. Къде в момента се използват техники за изкуствено осеменяване?
В отглеждането и земеделието, животновъдството и растениевъдството за отглеждане и подобряване на нови породи и сортове. IN перинатални центровес IVF.

9. Изразете мнението си за използването на изкуственото осеменяване в съвременната медицина.
Изкуственото оплождане е огромна стъпка напред в съвременната медицина. Днес те правят IVF - ин витро оплождане, когато яйцеклетката се опложда извън тялото, и изкуствено - с донорска сперма. Много семейства, в които съпрузи страдат от безплодие, успяха да решат проблема си.

10. Изберете верния отговор.
Тест 1.
В ядрото на яйцеклетката на животно има 18 хромозоми, следователно в ядрото на спермата на това животно:
2) 18 хромозоми;

Тест 2.
При бозайниците по време на процеса на оплождане:
2) сливане на ядрата на спермата и яйцето;

Тест 3.
В резултат на двойното оплождане в покритосеменните растения се образуват:
3) една диплоидна и една триплоидна клетка;

11. Обяснете произхода и общо значениедуми (термини), въз основа на значението на корените, които ги съставят.

12. Изберете термин и обяснете как е той съвременно значениеотговаря на първоначалния смисъл на своите корени.
Избран термин: зигота.
Съответствие – напълно съответства на първоначалния си смисъл.

13. Формулирайте и запишете основните идеи на § 3.7.
За образуването на нов организъм е необходимо оплождане - процес на сливане на сперма и яйцеклетка, в резултат на което техният генетичен материал се комбинира и се образува зигота. Оплождането може да бъде кръстосано (участват няколко индивида) или самооплождане (1 индивид); външни (извън тялото на женската) и вътрешни (вътре в тялото на женската). Вътрешно има предимства – зародишните клетки са защитени от външни въздействия, увеличава се шансът за успешно оплождане.
Двойното оплождане е метод при покритосеменните, при който един от сперматозоидите се слива с яйцеклетката, а вторият се слива с централната клетка на ембрионалния сак. Ембрионът се развива от оплодената яйцеклетка, а ендосперма на семето се развива от централната клетка.
Изкуствено осеменяване - използва се в развъждането, селско стопанствои медицина.

Броят и размерът на зародишните клетки варира при различните животни. Наблюдава се следната закономерност: отколкото по-малко вероятносреща на яйцеклетката и спермата по-голям бройв тялото се образуват зародишни клетки. Например, рибите снасят яйца (яйца) и сперма директно във водата (възниква външно осеменяване), а броят на яйцата в някои от тях достига огромно количество (треската снася около 10 милиона яйца). По време на вътрешното оплождане, благодарение на координираното поведение на мъжа и жената, мъжките репродуктивни клетки навлизат директно в женското тяло. В този случай вероятността от оплождане е много висока и в резултат на това броят на зародишните клетки рязко намалява. Броят на произведените зародишни клетки е значително намален при онези родители, които се грижат за потомството си. По този начин броят на яйцата в живородни риби не надвишава няколкостотин, а единичните оси, които осигуряват храна на бъдещите ларви - парализирани насекоми, снасят само около десет яйца. Много други фактори влияят върху броя на произведените яйца. По-специално, има връзка между размера на яйцата и техния брой - колкото по-големи са яйцата, толкова по-малко са (птиците). Процесът на оплождане се състои от няколко етапа: проникване на сперматозоида в яйцеклетката, сливане на хаплоидните ядра на двете гамети за образуване на диплоидна клетка - зигота и нейното активиране за фрагментиране и по-нататъшно развитие. Повечето яйца на животни трябва да бъдат оплодени почти веднага след овулацията. При повечето бозайници яйцеклетката обикновено запазва способността си да опложда 24 часа, а при човека – 12-24 часа след овулацията. Сперматозоидите, които се намират извън мъжката репродуктивна система, като правило живеят много дълго. кратко време. Така сперматозоидите на пъстървата умират във вода в рамките на 30 секунди, в гениталния тракт на пилетата сперматозоидите живеят 30-40 дни, в матката и яйцепроводите на жената - 5-8 дни, а в сперматозоидите на женските пчели сперматозоидите задържат способност за оплождане за една година или повече. Местоположението на яйцето от сперматозоидите и тяхното взаимодействие се осигурява от специални вещества - гамон, произвеждани от зародишните клетки. Смята се, че има поне два вида гиногамони - вещества, секретирани от яйцеклетките (едните активират движението на сперматозоидите, другите ги аглутинират) и два вида андрогамони, секретирани от мъжките репродуктивни клетки (едните парализират подвижността на сперматозоидите, другите разтварят яйчната мембрана). Оплождането настъпва само при определена концентрация на сперма (фиг. 76). При зайци е доказано, че оплождането не настъпва както при по-малко от 1000 сперматозоида, които участват в осеменяването на женската, така и при повече от 100 милиона от тях. Това се обяснява с недостатъчно или прекомерно количество секретирана хиалуронидаза. ензим.

Използвайки жаба като пример, нека да видим как се случва оплождането при животните. Неоплоденото яйце е покрито с няколко защитни черупки, които го предпазват от външни влияния. Сперматозоидите активно се движат във вода и при среща с яйцеклетка, с помощта на хиалуронидаза, секретирана от акрозомата, те разтварят нейните мембрани и проникват в клетката. Веднага щом един сперматозоид проникне в яйцеклетката, нейните мембрани придобиват свойства, които предотвратяват проникването на други сперматозоиди и яйцето започва да се подготвя за разделяне.

Експериментите показват, че за да се накара яйцеклетката да се фрагментира, изобщо не е необходимо сперматозоидите да проникнат в яйцеклетката; достатъчно е тяхното повърхностно взаимодействие. Ако използвате микропипета, за да изтеглите спермата, която е започнала да прониква в яйцето, може да започне фрагментация. Обратно, ако спермата се въведе директно в яйцеклетката с микропипета, тогава няма да настъпи активиране. При някои видове, по-специално при копринената буба, няколко сперматозоида могат да проникнат в яйцето, но обикновено само един от тях се слива с ядрото на яйцето, останалите умират.