1. Что такое оплодотворение? Каково его биологическое значение? Какие этапы включает процесс оплодотворения?

Оплодотворение – процесс слияния мужских и женских половых гамет. Процесс оплодотворения состоит из нескольких этапов: проникновения сперматозоида в яйцеклетку, слияния гаплоидных ядер обеих гамет с образованием диплоидной зиготы и ее активации к дальнейшему развитию.

2. Для каких животных характерно наружное оплодотворение? Внутреннее? В чем заключается преимущество внутреннего оплодотворения перед наружным?

При наружном оплодотворении сперматозоиды и яйцеклетки выводятся во внешнюю среду, где и происходит их слияние. Значительная часть гамет погибает от неблагоприятных условий среды, поэтому у животных с наружным типом оплодотворения (костных рыб, амфибий, многих водных беспозвоночных) вырабатывается большое количество половых клеток. Внутреннее оплодотворение происходит в материнском организме, для этого сперматозоиды вводятся в половые пути самки. Вероятность встречи мужских и женских гамет гораздо выше, чем при наружном оплодотворении, поэтому у самок формируется меньшее количество яйцеклеток. Внутреннее оплодотворение характерно прежде всего для обитателей суши - многих беспозвоночных (круглых червей, пауков и насекомых) и всех наземных позвоночных (рептилий, птиц, млекопитающих). Также при внутреннем оплодотворении выше выживаемость зигот.

3. Как происходит оплодотворение у цветковых растений? Почему оно называется двойным?

У растений оплодотворению предшествует опыление - перенос пыльцевых зерен с тычинок на рыльце пестика. Пыльцевое зерно, попавшее на рыльце пестика, вскоре начинает прорастать, образуя пыльцевую трубку. Пыльцевая трубка пронизывает мякоть столбика и завязи, достигая семязачатка (семяпочки). Внутри каждого семязачатка содержится зародышевый мешок, содержащий семь клеток - гаплоидную яйцеклетку, диплоидную центральную клетку, а также пять вспомогательных гаплоидных клеток. При входе в зародышевый мешок конец пыльцевой трубки лопается, и из нее изливается внутреннее содержимое с двумя мужскими гаметами - спермиями. Один из спермиев сливается с яйцеклеткой, образуя зиготу, а другой - с центральной клеткой зародышевого мешка. Оба слияния происходят почти одновременно. Из зиготы развивается зародыш семени, имеющий диплоидный (2n) набор хромосом, а из оплодотворенной центральной клетки - ткань, называемая эндоспермом и имеющая триплоидный (3n) набор хромосом. Таким образом, у цветковых (покрытосеменных) растений происходит двойное оплодотворение.

4. Чем диплоидный партеногенез отличается от гаплоидного?

5. В чем заключаются преимущества и недостатки партеногенеза перед обычными формами полового размножения?

Партеногенез позволяет поддерживать численность популяции в условиях, когда встреча особей разного пола затруднена – это является явным плюсом партеногенеза. Среди минусов стоит обозначить генетическую однородность поколения, поскольку в оплодотворении участвует одна особь.

6. Назовите отличительные особенности, а также преимущества и недостатки бесполого и полового размножения.

Преимущества бесполого размножения: участвует один организм и нет необходимости в поиске партнера. Практически любая особь может оставить потомство. Недостатки бесполого размножения: в большинстве случаев потомство однообразное, является копией родителя. Все «удачные» и «неудачные» сочетания родительских генов переходят в следующее поколение. Преимущества полового размножения: потомство разнообразное, т. к. каждый потомок наследует уникальную комбинацию родительских генов и признаков. Возникают новые «удачные» и «неудачные» сочетания генов и признаков. Недостатки полового размножения: участвуют две особи и потомство может оставить не каждая особь, необходимы определенные условия для встречи партнеров.

7. Тли производят за лето несколько партеногенетических поколений, состоящих только из бескрылых самок. При перенаселении или других неблагоприятных обстоятельствах самки начинают откладывать яйца, из которых развиваются крылатые особи обоих полов. Какое это имеет биологическое значение?

Из-за развития поколения с обоими полами колония может расселяться на другие территории или в будущем восстанавливать свою численность.

Наружное оплодотворение осуществляется в окружающей среде, обычно в водных условиях, куда попадают мужские и женские половые клетки. Примером может служить оплодотворение у большинства животных, обитающих или размножающихся в воде: кольчатых червей , двустворчатых моллюсков , большинства рыб , бесхвостых земноводных . Выделяемые этими организмами мужские и женские гаметы поступают в воду, где происходит их встреча и слияние -- образование зиготы.

При наружном оплодотворении встреча яйцеклетки и сперматозоида зависит от самых разных факторов внешней среды, поэтому при таком типе оплодотворения организмы обычно образуют огромное количество половых клеток. Например, озерная лягушка откладывает до 11 тыс. яиц, атлантическая сельдь выметывает около 200 тыс. икринок, а рыба-луна - почти 30 млн.

Внутреннее оплодотворение

Внутреннее оплодотворение -- встреча и слияние гамет -- происходит в половых путях самки. В этом случае вероятность оплодотворения и выживания зиготы намного выше, поэтому половых клеток (особенно яйцеклеток) образуется гораздо меньше. Внутреннее оплодотворение присуще многим водным организмам, а на суше оно становится единственным надежным способом обеспечить слияние гамет. При внутреннем оплодотворении зигота получает возможность развиваться, оставаясь в теле матери

Внутреннее оплодотворение у многих животных (пресмыкающихся, птиц) сопровождается откладыванием яиц во внешнюю среду, где в течение определённого срока из яиц развиваются маленькие детеныши: птенцы , черепашата , крокодильчики и др. У большинства млекопитающих зигота и образовавшийся из неё зародыш претерпевают внутреннее развитие в половых органах самки. У млекопитающих (кроме яйцекладущих -- утконоса и ехидны ) для выращивания зародыша (эмбриона) в матке формируется так называемое детское место или плацента. В виде зачатков она имеется даже у сумчатых животных. Через плаценту устанавливается связь между кровеносными руслами эмбриона и самки. Благодаря этому обеспечивается газообмен в теле зародыша, его питание и удаление продуктов распада и, конечно, защита зародыша от неблагоприятных условий внешней среды.

Внутреннее оплодотворение у животных -- процесс, возникший в ходе эволюции позднее наружного оплодотворения, и значительно более прогрессивное морфобиологическое явление. То же следует отметить о появлении плаценты в истории развития животного мира. Они обеспечивают воспроизведение здорового молодого поколения при существенной защите, сохранении (и экономии) половых клеток размножающихся организмов и заботе матери о развитии зародышей.

При внутреннем оплодотворении зигота получает возможность развиваться, оставаясь в теле матери.

Количество половых клеток, которые образует организм, зависит также от степени заботы родителей о потомстве. Например, треска выметывает 10 млн икринок и никогда не возвращается к месту кладки, африканская рыбка тиляпия, вынашивающая икру во рту, -- не более 100 икринок, а млекопитающие, обладающие сложным родительским поведением, обеспечивающим заботу о потомстве, рождают всего одного или нескольких детенышей.

У человека, как и у всех остальных млекопитающих, оплодотворение происходит в яйцеводах, по которым яйцеклетка движется по направлению к матке. Сперматозоиды преодолевают огромное расстояние до встречи с яйцеклеткой, и лишь один из них проникает в яйцеклетку. После проникновения сперматозоида яйцеклетка формирует на поверхности толстую оболочку, непроницаемую для остальных сперматозоидов.

Если оплодотворение произошло, яйцеклетка завершает свое мейотическое деление (§ 3.6) и два гаплоидных ядра сливаются в зиготе, объединяя генетический материал отцовского и материнского организмов. Образуется уникальная комбинация генетического материала нового организма.

Яйцеклетки большинства млекопитающих сохраняют способность к оплодотворению в течение ограниченного времени после овуляции, как правило, не более 24 часов. Сперматозоиды, покинувшие мужскую половую систему, живут тоже очень недолго. Так, у большинства рыб сперматозоиды погибают в воде уже спустя 1--2 минуты, в половых путях кролика живут до 30 часов, у лошадей 5--6 суток, а у птиц до 3 недель. Сперматозоиды человека во влагалище женщины гибнут спустя 2,5 часа, но те, которые успевают добраться до матки, сохраняют жизнеспособность в течение двух и более суток. Существуют в природе и исключительные случаи, например, сперматозоиды пчёл сохраняют способность к оплодотворению в семяприемнике самок в течение нескольких лет.

Оплодотворенная яйцеклетка может развиваться в теле материнского организма, как это происходит у плацентарных млекопитающих, или во внешней среде, как у птиц и пресмыкающихся. Во втором случае она покрывается специальными защитными оболочками (яйца птиц и пресмыкающихся).

У некоторых видов организмов встречается особая форма полового размножения -- без оплодотворения. Такое развитие называют партеногенезом (от греч. partenos -- девственница, genesis -- возникновение), или девственным развитием. В этом случае дочерний организм развивается из неоплодотворенной яйцеклетки на основе генетического материала одного из родителей, и образуются особи только одного пола. Естественный партеногенез дает возможность резкого увеличения численности потомства и существует в тех популяциях, где контакт разнополых особей затруднен. Партеногенез встречается у животных разных систематических групп: у пчел, тлей, низших ракообразных, скальных ящериц и даже у некоторых птиц (индеек).

Одним из главных механизмов, который обеспечивает оплодотворение строго внутри вида, является соответствие числа и строения хромосом женских и мужских гамет, а также химическое сродство цитоплазмы яйцеклетки и ядра сперматозоида. Даже если чужеродные половые клетки и соединяются при оплодотворении, это, как правило, приводит к ненормальному развитию зародыша или к рождению стерильных гибридов, т. е. особей, не способных к деторождению.

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.

У животных оплодотворение может быть внешним и внутренним. При внешнем оплодотворении женская и мужская половые клет­ки сливаются вне половой системы самки (или гермафродитной особи). Внешнее оплодотворение чаще всего встречается у обитателей водоемов (многощетинковые черви, двустворчатые моллюски, речной рак, ланцетники, большинство костных рыб, земноводных), а также у некоторых наземных животных (например, дождевых червей).

Внутреннее оплодотворение, происходящее в органах половой системы самки (или гермафродитной особи), присуще большинству наземных животных (плоские и круглые черви, брюхоногие моллюски, на­секомые, пресмыкающиеся, птицы, млекопитающие), а также некоторым обитателям водоемов (хрящевые рыбы).

В процессе оплодотворения происходит активация яйцеклетки, проникновение в нее сперматозоида и слияние их ядер. После проникновения сперматозоида свойства оболочки яйцеклетки изме­няются и она становится непроницаемой для других сперматозоидов.

Для процесса оплодотворения водорослям и выс­шим споровым растениям необходима влага, в кото­рой передвигаются подвижные сперматозоиды. У голосеменных и покрытосеменных процесс оплодо­творения не зависит от влажности среды. У этих групп растений процессу оплодотворения предшествует про­цесс опыления. Опыление - это перенос пыльцевого зерна, содержащего мужские половые клетки, с пыль­ников тычинок на рыльце пестика (покрытосеменные) или на семязачаток (голосеменные). Опыление у по­крытосеменных может происходить с помощью живот­ных-опылителей (насекомые, мелкие птицы), ветра, воды, а у голосеменных только с помощью ветра.

Опыление может быть перекрестным (если пыль­цевое зерно попадает на рыльце пестика другого цвет­ка) или же происходит самоопыление (пыльцевое зерно попадает на рыльце пестика того же цветка).

Рассмотрим процесс оплодотворения у растений на примере покрытосеменных. Впервые его исследовал в 1898 году украинский ученый С.Г. Навашин. Этот процесс получил название двойного оплодотворе­ния .

После того, как пыльцевое зерно попадает на рыль­це пестика, оно набухает и начинается формирование пыльцевой трубки. В пыльцевую трубку переходят три гаплоидные клетки - вегетативная и два спермия. Вегетативная клетка создает питательную среду для спермиев и со временем исчезает. Через особое от­верстие в оболочках семязачатка (пыльцевход) пыль­цевая трубка проникает в зародышевый мешок, состоящий из семи клеток. На его полюсах располо­жены шесть гаплоидных клеток, одна из которых яйцеклетка. В центре зародышевого мешка распола­гается клетка (центральная клетка) с двумя гаплоид­ными ядрами. Со временем эти ядра сливаются, образуя вторичное диплоидное ядро.

Один из спермиев, попав в зародышевый мешок, сливается с яйцеклеткой. В результате образуется ди­плоидная зигота, из которой развивается зародыш. Второй спермий сливается с центральной клеткой, в результате чего она становится триплоидной (имеет три гаплоидных набора хромосом). В дальнейшем из этой клетки развивается особая ткань - эндосперм, клетки которой содержат питательные веще­ства, необходимые для развития зародыша.

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.