Оплодотворение

22. Оплодотворение

Процесс слияния мужской и женской половых клеток называется оплодотворением. Во время оплодотворения ядра мужской и женской гамет сливаются, их хромосомы объединяются, и образуется первая диплоидная клетка нового организма – зигота.

У животных выделяют два способа оплодотворения – внешнее и внутреннее.

Внешнее оплодотворение осуществляется вне тела самки – в водной среде. Такой тип оплодотворения характерен для всех рыб, амфибий, многих моллюсков и некоторых червей. Происходит внешнее оплодотворение следующим образом: самка вымётывает неоплодотворённые яйцеклетки – икру, в водную среду, где самец сразу оплодотворяет её семенной жидкостью - молОкой. Развитие эмбрионов происходит также вне тела самки. При таком оплодотворении не все яйцеклетки могут быть оплодотворены, например, половые клетки самки или самца может унести течением, и даже если оплодотворение произошло, большинство эмбрионов погибнут на разных стадиях развития: будут съедены другими животными или подвергнутся пагубному воздействию факторов среды. Поэтому животные с внешним оплодотворением вырабатывают огромное количество икринок – от 200 000 до 10 млн.

Внутреннее оплодотворение характерно для всех наземных и некоторых водных животных. При таком способе слияние яйцеклетки со сперматозоидом происходит в половой системе самки. У многих животных в процессе эволюции развились специальные копулятивные органы, которые доставляют сперму в половые пути самки. У некоторых членистоногих роль копулятивного органа может выполнять одна из конечностей, а у некоторых рыб – специальный вырост анального плавника.

Оплодотворение у млекопитающих, в том числе и у человека, происходит в верхней части фаллопиевой трубы. Яйцеклетка движется по ней из яичника к матке. Если в это время в половых путях самки окажутся сперматозоиды самца, то может наступить оплодотворение, в котором может участвовать только один сперматозоид. Слиянию женской и мужской половых клеток способствуют специальные химические вещества, выделяемые яйцеклеткой, и позволяющие сперматозоиду безошибочно двигаться в направлении яйцеклетки. При контакте с поверхностью яйцеклетки происходит разрушение акросомы сперматозоида и содержащийся в ней фермент гиалуронидАза растворяет участок оболочки яйцеклетки. Тысячи сперматозоидов контактируют с поверхностью яйцеклетки, выделяя гиалуронидазу, что является важным условием для проникновения одного из них внутрь под её оболочку. После внедрения головки сперматозоида в клеточную мембрану яйцеклетки, вокруг неё образуется специальная непроницаемая для других сперматозоидов оболочка.  Таким образом, ядерное вещество одного сперматозоида сливается с яйцеклеткой и образуется диплоидная зигота. У человека для оплодотворения необходимо попадание в половые пути женщины не менее 300 млн сперматозоидов одновременно, но оплодотворить яйцеклетку сможет лишь один из них.

Способность яйцеклетки человека к оплодотворению сохраняется в течение 24 часов, сперматозоида – от 48 до 72 часов.

Для некоторых групп животных характерна более длительная оплодотворяющая способность сперматозоидов. Так, у летучих мышей спаривание происходит осенью, но сперматозоиды всю зиму живут в теле самки и оплодотворение наступает только весной, когда созревают яйцеклетки.

Как правило, у женщины каждый месяц во время овуляции из яичника выходит только одна яйцеклетка, но случается, что в фаллопиевой трубе оказывается две или более яйцеклеток, которые могут быть оплодотворены разными сперматозоидами. В таком случае на свет появляются разнояйцевые близнецы – двойня или тройня. Такие дети могут быть как одного пола, так и разнополыми, а их внешние данные и черты характера могут совпадать как у обычных братьев и сестёр. Двойняшки могут иметь разные группы крови, склонности и характеры. Многоплодная беременность у человека, в отличие от животных, встречается не часто. Двойни появляются 1 раз на 80 родов, тройни и четверни ещё реже. Многоплодная беременность зависит от некоторых естественных факторов: возраста матери, наследственности и даже её расовой принадлежности. Наиболее часто двойни появляются у африканских народностей, а у азиатов - редко. В России в XVIII веке жена крестьянина Фёдора Васильева родила 69 детей – 4 четверни, 7 троен и 16 двоен.

В настоящее время с внедрением новых репродуктивных технологий, в частности, ЭКО (экстракорпорального оплодотворения), частота рождения двоен и троен сильно возросла.

Особый вид оплодотворения – двойное   оплодотворение, которое свойственно только цветковым растениям, был открыт в 1898 году русским цитологом Сергеем Гавриловичем НавАшиным. Оплодотворению предшествует опыление, представляющее собой перенос пыльцы с пыльника тычинки на рыльце пестика.

В пыльниках тычинок в результате мейоза из исходной клетки образуются гаплоидные микроспоры, в результате деления которых образуются две гаплоидные клетки – вегетативная и генеративная, которые входят в состав пыльцевого зерна, покрытого двойной оболочкой. Пыльцевое зерно – это мужской гаметофит.

В завязи пестика из исходной клетки в результате мейоза образуется четыре гаплоидные мегаспоры, три из которых отмирают, а оставшаяся образует зародышевый мешок с несколькими гаплоидными клетками, одна из которых – яйцеклетка. При слиянии двух гаплоидных клеток образуется диплоидная центральная клетка. Зародышевый мешок – женский гаметофит.

Попав на рыльце пестика, пыльцевое зерно прорастает. Его вегетативная клетка формирует длинную пыльцевую трубку, которая вырастает до завязи пестика и семязачатка. Из генеративной клетки образуется два спермия, которые по пыльцевой трубке проникают в зародышевый мешок, где один из спермиев оплодотворяет яйцеклетку, в результате чего образуется диплоидная зигота, из которой развивается зародыш семени. Второй спермий сливается с двумя полярными ядрами центральной клетки, образуя триплоидную клетку, из которой развивается эндосперм – питательная ткань семени.

Одна из форм полового размножения организмов – партеногенез, встречается у некоторых растений, насекомых, а также позвоночных животных – рептилий и птиц. При таком способе женские половые клетки – яйцеклетки, развиваются в материнском организме без оплодотворения.

У партеногенетических видов, представленных одними самками, партеногенез приводит к быстрому увеличению численности, т.к. все особи могут оставить потомство без участия самцов.

У некоторых видов из оплодотворённых яйцеклеток развиваются самки, а из неоплодотворённых – самцы. Так, у пчёл самки - матки и рабочие пчёлы образуются из оплодотворённых яиц, а самцы – трутни – из неоплодотворённых яиц. Такой способ размножения позволяет регулировать численное соотношение самцов и самок внутри пчелиной семьи.

Впервые искусственный партеногенез был получен русским зоологом Александром Андреевичем Тихомировым путём воздействия физическими и химическими раздражителями на яйца тутового шелкопряда.

В начале 2000 гг. путём обработки химическими препаратами в пробирке ооцитов млекопитающих, в том числе, и человека, была доказана возможность индуцирования партеногенеза, однако, эти эксперименты запрещены по этическим соображениям.