Сформулируйте определения понятия оплодотворение. Понятие оплодотворения. Как называются половые клетки? Где они образуются

Оплодотворение - это процесс объединения мужской и женской гамет, который приводит к формированию зиготы и последующему развитию нового организма. В процессе оплодотворения происходит установление диплоидного набора хромосом в зиготе, что определяет выдающееся биологическое значение этого процесса.

В зависимости от видовой принадлежности организмов у животных, размножающихся половым путем, различают наружное и внутреннее оплодотворение.

Наружное оплодотворение происходит в окружающей среде, в которую поступают мужские и женские половые клетки. Например, наружным является оплодотворение у рыб. Выделяемые ими мужские (молока) и женские (икра) половые клетки поступают в воду, где и происходит их «встреча» и объединение. Данные об оплодотворении у морских ежей свидетельствуют о том, что уже через 2 секунды после соприкосновения сперматозоидов и яйцеклетки наступают изменения в электрических свойствах плазменной мембраны яйцеклетки. Слияние содержимого гамет наступает через 7 секунд.

Внутреннее оплодотворение обеспечивается переносом сперматозоидов из мужского организма в женский в результате полового акта. Такое оплодотворение встречается у млекопитающих, причем центральным моментом здесь является исход встречи между половыми клетками. Считают, что в яйцеклетку этих животных проникает ядерное содержимое лишь одного сперматозоида. Что касается цитоплазмы сперматозоида, то у одних животных она поступает в яйцеклетку в небольшом количестве, у других совсем не поступает в яйцеклетку. У человека оплодотворение происходит в верхней части фаллопиевой трубы, причем в оплодотворении, как и у других млекопитающих, участвует лишь один сперматозоид, ядерное содержимое которого поступает в яйцеклетку. Иногда в фаллопиевой трубе может оказаться не одна, а две или более яйцклеток, в результате чего возможно рождение двоен, троен и т. Д. В результате оплодотворения в оплодотворенной яйцеклетке восстанавливается диплоидный набор хромосом. Яйцеклетки способны к оплодотворению в течение примерно 24 часов после овуляции, тогда как оплодотворяющая способность сперматозоидов сохраняется до 48 часов.

В механизмах оплодотворения многое еще остается неясным. Предполагают, что проникновение в яйцеклетку ядерного материала лишь одного из множества сперматозоидов связано с изменениями электрических свойств плазматической мембраны яйцеклетки. По вопросу о причинах активации сперматозоидом метаболизма яйцеклетки существует две гипотезы. Одни исследователи считают, что связывание сперматозоида с внешними рецепторами на поверхности клеток представляет собой сигнал, который через мембрану поступает внутрь яйцеклетки и активирует там инозитолтрифосфат и ионы кальция. Другие полагают, что сперматозоиды содержат специальный инициирующий фактор.

Оплодотворенная яйцеклетка дает начало зиготе, развитие организмов через образование зигот называют зигогенезом. Экспериментальные разработки, выполненные в последние годы, показали, что оплодотворение яйцеклеток млекопитающих, включая человека, возможно и в пробирке, после чего зародыши, развившиеся в пробирке, могут быть имплантированы в матку женщины, где они могут развиваться дальше. К настоящему времени известны многочисленные случаи рождения «пробирочных» детей. Установлено также, что оплодотворить яйцеклетку человека способны не только сперматозоиды, но и сперматиды. Наконец, возможно оплодотворение яйцеклеток (лишенных искусственно ядер) млекопитающих ядрами их соматических клеток.

Оплодотворение осуществляет две разные функции:

* половую - включает передачу генов от родителей потомкам;

* репродуктивную - включает инициацию в цитоплазме яйца тех реакций, которые позволяют продолжать развитие и создание нового организма.

Важная роль в процессе оплодотворения принадлежит сперматозоиду, он необходим для:

* активации яйца, побуждения его к началу развития (данная функция не специфична: в качестве активирующего фактора сперматозоид может быть заменен рядом физических или механических агентов, например при партеногенезе);

* внесения в яйцеклетку генетического материала отца.

Гетерогамия (греч. «гетерос» у другой, разный, «гамия» - половой процесс) - примитивная форма полового процесса, при котором сливаются две подвижные со жгутиками клетки разного размера - одна крупнее, другая мельче. Характерна для водорослей и хитридиевьхх грибов.

Зигогамия (греч. «зигон» - пара и «гамия» - половой процесс) - тип полового процесса у грибов. Его особенность заключается в отсутствии гамет, поскольку в многоядерном протопласте дифференцировки не происходит. Характерно для гриба мукора, у которого концы гиф многоядерного мицелия (+) и (-) сливаются, отделяются от остального мицелия и покрываются толстой оболочкой - образуется зигота. После некоторого периода покоя ядра тоже сливаются.

Оогамия (греч. «оон» - яйцо, «гамия» - половой процесс) - наиболее распространенная форма полового процесса, при котором гаметы четко различаются - яйцеклетка крупная, с запасом питательных веществ, неподвижная, сперматозоид - значительно мельче, подвижный, со жгутиками. Оогамия свойственна всем многоклеточным животным, некоторым грибам, водорослям и всем высшим растениям.

Изогамия (греч. «изос» - равный) - примитивная форма полового процесса, при котором сливаются две одинаковые по величине подвижные гаметы (+) и (-). Характерно для равножгутиковых зеленых водорослей и хитридиевых грибов.

Партеногенез (греч. «партенос» - девственница, «генезис» - рождение) – способ упрощенного полового размножения, при котором зародыш развивается из неоплодотворенной яйцеклетки (происходит девственное рождение). Это явление широко распространено у беспозвоночных (тли, осы, пчелы, некоторые ракообразные – дафнии) и позвоночных животных (пресмыкающиеся, птицы). Партеногенез можно вызвать искусственно у животных, которым он в природе не свойствен. Для этого достаточно стимулировать яйцеклетку механическими и химическими воздействиями. Партеногенез распространен и у растений, например у злаковых и сложноцветных.

Апогамия (греч. «апо» - из, от, без и «гамия» - половой процесс) – половой процесс у растений без участия гамет. Их роль выполняют антиподы или синергиды у цветковых растений, а у высших споровых - клетки заростка. Зародыш формируется гаплоидный или диплоидный (некоторые представители семейства злаковых, сложноцветных, розоцветных, пасленовых, рутовых (цитрусовых).

Гаметангиогамия (греч. «гаметес» - супруг, «гамия» - половой процесс) - особая форма полового процесса, при котором в органах полового размножения (гаметангиях) не происходит образование гамет, поскольку происходит многократный кариокинез (деление ядра) без цитокинеза (деления цитоплазмы). Образуется многоядерный протопласт. Два протопласта сливаются, а затем сливаются ядра (у мукора), а у сумчатых грибов сначала ядра объединяются парами (дикарионы), и лишь позднее половой процесс завершается.

Гологамия (греч. «голос», «холос» - цельный, весь и «гамия» - половой процесс) - примитивная форма полового процесса у одноклеточных организмов, при котором гаметы не образуются, а сливаются целиком особи. Характерна для равножгутиковых зеленых водорослей и хитридиевых грибов.

Конъюгация (лат. «конъюгацио» ч соединение) - форма полового процесса без участия гамет. Характерна для кишечной палочки (отдел Бактерии), инфузории-туфельки (тип Простейшие), у которых сближаются две одноклеточные особи и через цитоплазматический мостик обмениваются генетическим материалом. В результате конъюгации у бактерий не происходит увеличение числа особей. У зеленой водоросли спирогиры конъюгация происходит по-другому: две многоклеточные нити (+) и (-) встают параллельно друг другу, образуют встречные цитоплазматические мостики, по которым протопласт физиологически мужской особи перетекает в женскую нить. В результате образуется множество зигот.

Конидиеспоры, конидии (греч. «кония» - пыль, «эйдос» - вид) - споры бесполого размножения у грибов, отличающиеся от обычных спор тем, что они образуются не в спорангиях, а на выростах мицелия - открыто. Характерны для сумчатых (пеницилл, спорынья), базидиальных (ржавчинные, головневые) и несовершенных грибов.

Шизогония (греч. «шизо» - разделяю, расщепляю и «гония» - порождаю) - множественное бесполое размножение у простейших (споровики). Ядро материнской особи многократно делится путем митоза, а затем разросшаяся многоядерная клетка распадается на множество одноядерных клеток.

Размножение организмов - воспроизведение себе подобных. Это свойство характерно только для живых организмов, чем они коренным образом отличаются от неживой природы. Способность воспроизводить себе подобных осуществляется в ходе размножения и последующего индивидуального развития. В процессе эволюции сначала возникло бесполое размножение, а лишь позднее - половое. При бесполом размножении новое поколение образуется при участии только одной родительской особи, которая полностью передает ему свои наследственные качества и особенности через споры или части тела. Этот способ размножения встречается в природе у большинства растений, из животных - у простейших и используется в хозяйстве: в микробиологической промышленности - при размножении бактерий и дрожжей; в сельском хозяйстве - при вегетативном размножении растений и в технологии культуры тканей. В половом размножении участвуют два родителя, которые передают свою наследственную информацию, как правило, через гаметы (сперматозоиды и яйцеклетки). Образующаяся при слиянии гамет зигота несет признаки обоих родителей, причем эти признаки могут находиться в различных сочетаниях. Такой способ размножения дает новую комбинацию наследственных признаков (что создает благоприятные условия для естественного и искусственного отбора) и широко распространен в растительном и животном мире. Используется в практике сельского хозяйства.

Бесполое размножение - размножение, осуществляющееся с участием лишь одной особи. Различают собственно бесполое и вегетативное размножение. Собственно бесполое размножение свойственно простейшим животным (амеба, инфузория-туфелька, эвглена зеленая), у которых оно осуществляется в результате митотического деления клеток. Из многоклеточных животных бесполое размножение характерно для сидячей формы полипов, образующих колонии. У растений при бесполом размножении образуются споры и зооспоры. Споры обычно характерны для сухопутных растений, зооспоры, имеющие жгутики, - для водных. Бесполым путем размножаются грибы, водоросли, при этом из спор может вырасти такая же особь. У высших споровых растений из спор образуются заростки.

Вегетативное размножение - размножение частями тела или группами клеток; при этом участвует только одна родительная особь. У растений это широко распространенный способ размножения (корневищами, клубнями, луковицами), который наблюдается в природе, а также используется в сельском хозяйстве. Растения размножают черенками, отводками, делением куста, клубнями, усами, луковицами. В новой технологии возделывания растений применяется еще один метод вегетативного размножения - метод культуры тканей, при котором из одной или нескольких клеток в стерильных условиях выращивают целое растение. Он применяется для размножения картофеля, овощных, лекарственных и декоративных растений, при этом эффект размножения очень высокий - из одной почки получают до 10 млн зачатков растений, свободных от болезней и хранящихся в замороженном состоянии длительное время. В нашей стране создана коллекция клеточных культур растительных и животных организмов.

Половое размножение - воспроизведение себе подобных, происходящее, как правило, с участием двух особей в результате слияния гамет, т. е. копуляции яйцеклетки и сперматозоида. Яйцеклетки образуются у особей женского пола (материнский организм), сперматозоиды - у особей мужского пола (отцовский организм). Половое размножение свойственно как растительным, так и животным организмам. У растений яйцеклетки образуются в специальных органах - архегониях, сперматозоиды - в антеридиях. У животных яйцеклетки формируются в яичниках, сперматозоиды - в семенниках. Разница заключается в том, что у животных образованию половых клеток (гамет) предшествует мейоз, а у растений мейоз происходит перед образованием спор, из которых развиваются заростки. На них формируются архегонии с яйцеклетками и антеридии со сперматозоидами. Таким образом, у любых организмов - растений или животных – гаметы обязательно гаплоидные, а зигота диплоидная, из нее формируется диплоидный зародыш, половина хромосом которого от материнского организма, а половина от отцовского.

Равновеликое бинарное поперечное деление - деление клетки у бактерий, при котором материнская клетка дает начало двум дочерним клеткам. Осуществляется в три стадии:
1) репликация молекулы ДНК кольцевой хромосомы, присоединенной к мезосоме, которая так же делится на две части;
2) разведение с помощью мезосом двух дочерних кольцевых хромосом;
3) разделение цитоплазмы поперечной перегородкой, которая образуется от периферии к центру клетки.

Оплодотворение - процесс слияния яйцеклетки со сперматозоидом. Яйцеклетка - женская гамета (половая клетка) - у животных образуется в яичниках. Она формируется в результате оогенеза и содержит гаплоидный набор однохроматидных хромосом (nc). Яйцеклетка млекопитающих открыта в 1828 г. русским ученым К. М. Бэром. Она покрыта наружной клеточной мембраной с многочисленными ворсинками, имеет цитоплазму, ядро и запасные питательные вещества. Икринка рыбы, яйцо птицы - это крупные яйцеклетки, покрытые прочными покровами и содержащие запасы питательных веществ. Но у большинства животных яйцеклетки остаются в яичниках и внутренних половых органах (их размер 50-180 мкм), где они оплодотворяются и проходят дальнейшее развитие. Сперматозоид - мужская гамета (половая клетка) всех организмов. Сперматозоиды были открыты в 1677 г. голландским естествоиспытателем А. Левенгуком. Он же ввел этот термин (от греч. «сперма» - семя, «зоон» - животное, т. е. живое семя, живчик). Сперматозоиды образуются в результате сперматогенеза в семенниках. Содержат гаплоидный набор однохроматидных хромосом (nc). У человека и млекопитающих сперматозоиды определяют пол будущего организма, так как половина их несет половую Х-хромосому, а половина - У-хромосому. У птиц, некоторых рыб, бабочек все сперматозоиды несут одинаковые половые хромосомы и на пол не влияют. Сперматозоиды - очень маленькие подвижные клетки размером 3-10 мкм. Они состоят из головки и жгутикоподобного хвостика. В головке находится клеточное ядро, а в передней части цитоплазмы головки - комплекс Гольджи (акросома). В переходной части между головкой и хвостиком имеются две центриоли и спиралевидные митохондрии. Благодаря волнообразным сокращениям хвостика сперматозоиды активно передвигаются. В яйцеклетку сперматозоиды проникают через мембрану. Несмотря на то что у яйцеклетки оказывается сразу несколько сперматозоидов, с ядром сливается только один; цитоплазмы половых клеток также сливаются. В результате оплодотворения в зиготе получается набор парных хромосом; половина хромосом отцовского, половина - материнского происхождения. В зиготе заложены новые комбинации генов.

Чередование поколений - смена полового и бесполого поколений в цикле развития некоторых животных (кишечнополостные, некоторые Членистоногие) и растений, различающихся способом размножения. У животных, например некоторых медуз, половое поколение представлено свободноплавающими одиночными медузами, а бесполое - сидячими полипами, образующими колонии, от которых путем почкования отделяются новые особи. У большинства растений одно поколение имеет гаплоидный набор хромосом в клетках (это обычно половое поколение, дающее гаметы, - гаметофит), а другое - диплоидный (обычно это бесполое поколение, дающее споры, - спорофит). У водорослей, папоротников - это различные организмы; у мхов, голосеменных и покрытосеменных половое и бесполое поколения находятся на одной особи.

Размножение - одно из фундаментальных свойств живых организмов. Оно является необходимым условием существования и эволюции видов.

1) Сформулируйте определение понятия "размножение". Какое значение имеет этот процесс?

Ответ: Размножение - это воспроизведение себе подобных, обеспечивающее продолжение существования вида. В результате размножения увеличивается число особей определенного вида, осуществляется непрерывность и преемственность в передаче наследственной информации.

2) Заполните таблицу "Основные типы размножения".

Ответ:

Признаки	Типы размножения
	бесполое	половое
Число родительских особей	1	2
Особенности клеток, из которых развивается новый организм	Быстрее развиваются, увеличивают свою численность, расселение на территории	Уникальный набор свойств, более приспособлены к жизни
Степень сходства новых организмов с родительскими (или родительским)	Наследственные свойства	Наследственные свойства
Примеры организмов, которым свойствен данный тип размножения	Одноклеточные организмы, грибы, бактерии	Растения, животные, человек
Практическое и научное значение	Воспроизводство однородного потомства	Непрерывная смена поколений

3) Заполните пропуски в предложениях.

• Ответ: Самую первую клетку, которая дает начало новому организму при половом размножении, называют гамета . Она образуется в результате оплодотворения . Сущность оплодотворения в том, что происходит слияние женской и мужской половых клеток - образуется зигота .

4) Используя текст учебника о гаметах разных организмов, сравните спермии и сперматозоиды. Выявите черты сходства и различия, сформулируйте вывод.

Ответ: Спермии развиваются у всех покрытосеменных и голосеменных растений, а сперматозоиды у водорослей, мхов, папоротников, плаунов, хвощей, у большинства животных, у человека.

5) Заполните таблицу "Особенности женских и мужских гамет у млекопитающих".

Ответ:

6) Заполните таблицу "Способы бесполого размножения".

Ответ:

Способы бесполого размножения	Особенности	Примеры организмов
Деление и почкование	Выросты - почки, из которых развиваются новые особи	Одноклеточные и многоклеточные организмы
Спорообразование	Проростание и образование новых организмов	Растения, грибы
Вегетативное размножение	Размножение фрагментами тела	Растения, у некоторых животных

7) Объясните, почему у большинства одноклеточных и многоклеточных организмов бесполое размножение может чередоваться с половым. Ответ проиллюстрируйте примерами.

• Ответ: Бесполое размножение осуществляется, когра организм находится в благоприятных условиях. Например, у некоторых морских кишечнополостных половое поколение представлено одноклеточными свободноплавающими медузами, а бесполое - сидячими полипами.

1. Какое значение имеет размножение для животных?

Благодаря размножению жизнь продолжается из поколения в поколение.

2. Сравните половое и бесполое размножение по следующим параметрам: сколько организмов участвует в размножении; изменяется ли наследственная информация у потомков; у представителей каких царств живого встречается.

3. Как называются половые клетки? Где они образуются?

В половом процессе принимают участие специализированные клетки - гаметы. У большинства животных они бывают двух типов - мужские и женские, соответствующие сперматозоидам и яйцеклеткам.

Половые клетки у большинства многоклеточных животных, начиная с червей, образуются в специальных половых органах.

4. Чем яйцеклетки отличаются от сперматозоидов и почему?

Обычно сперматозоиды - это мелкие подвижные клетки, а яйцеклетки, наоборот, неподвижные, крупные, с большим запасом питательных веществ. Это различие понятно, ведь именно яйцеклетка обеспечивает питательными веществами зародыш.

5. Каких животных называют раздельнополыми? Обсудите, в чём смысл разделения полов у разных организмов.

Животных, у которых особи способны образовывать только сперматозоиды (мужские особи) или только яйцеклетки (женские особи), называют раздельнополыми.

Существует определенная специализация – своего рода «разделение труда» - в роли полов в воспроизводстве. Оно выражается в их разном отношении к основным параметрам продукции – количеству и качеству потомства. Чем больше самок в популяции, тем больше количество потомства, чем больше самцов – тем лучше отбор, тем быстрее скорость изменения качества.

6. Как вы считаете, в чём причина и смысл полового диморфизма?

Отличительные признаки самцов и самок служат для привлечения особей другого пола, а сложные формы поведения обеспечивают их встречу и спаривание в определённое время.

7. Несмотря на то, что обоеполые организмы имеют и мужские и женские клетки, чаще они осуществляют перекрёстное оплодотворение, а не самооплодотворение. Объясните почему.

Образовавшиеся в результате перекрёстного оплодотворения особи несут наследственные признаки и от одного, и от другого родителя. Поэтому они лучше приспосабливаются к изменению условий среды обитания и, значит, более жизнестойки.

8. Кто такие гермафродиты?

Гермафродиты - обоеполые организмы, способные производить одновременно два вида половых клеток - как мужские, так и женские. Это некоторые кишечнополостные, все плоские черви, отдельные виды кольчатых червей, а также некоторые моллюски и даже рыбы и ящерицы.

9. В чём состоит сущность партеногенеза? Приведите примеры животных с партеногенезом.

Партеногенез - единственная форма полового размножения, когда зародыш развивается из одной половой клетки - яйцеклетки - без оплодотворения. Партеногенез бывает как у растений, так и у животных.

Среди животных такой тип размножения обычен прежде всего для насекомых, некоторых червей и ракообразных. Так, у пчёл матка - самка может откладывать как оплодотворённые яйца, из которых развиваются рабочие пчёлы и матки, так и неоплодотворённые, из них развиваются самцы. У тлей несколько партеногенетических поколений сменяются поколением, возникающим в результате нормального полового размножения.

10. Сформулируйте определение понятия «оплодотворение», используя термины: гаметы, зигота, двойной набор хромосом.

Оплодотворение - это процесс слияния гамет, в ходе которого образуется зигота - оплодотворённая яйцеклетка с двойным набором хромосом.

11. Чем определяется то, что у одних организмов наружное оплодотворение, а у других - внутреннее. Проиллюстрируйте своё утверждение примерами.

При внутреннем оплодотворении увеличивается вероятность контакта яйцеклетки со спермием/спермотозоидом и он более экономичен, не требует огромного количества гамет,

12. Вспомните, как мейоз связан с размножением.

В результате мейоза образуются половые клетки.

Оплодотворение и образование зиготы

Оплодотворение - слияние мужской и женской половых клеток, в результате чего восстанавливается диплоидный набор хромосом, характерный для данного вида животных, и возникает качественно новая клетка - зигота (оплодотворенная яйцеклетка, или одноклеточный зародыш).

У человека объем эякулята - извергнутой спермы - в норме составляет около 3 мл. Для обеспечения оплодотворения общее количество сперматозоидов в сперме должно быть не менее 150 млн, а концентрация их в I мл - 20-200 млн., хотя в яйцеклетку проникает только один из них, а остальные подготавливают условия для оплодотворения. В половых путях женщины после копуляции их число уменьшается по направлению от влагалища к дистальному концу маточной трубы.

В процессе оплодотворения различают три фазы: 1) дистантное взаимодействие и сближение гамет; 2) контактное взаимодействие и активизация яйцеклетки; 3) вхождение сперматозоида в яйцо и последующее слияние - сингамия

События, предшествующие оплодотворению

Для того чтобы произошло оплодотворение, сперматозоид должен последовательно преодолеть три барьера: лучистый венец состоящий из нескольких слоев фолликулярных клеток, прозрачную оболочку и, наконец, плазматическую мембрану яйцеклетки, при слиянии которой с плазмолеммой сперматозоида и начинается собственно оплодотворение. Сперматозоид легко проникает через лучистый венец между рыхло расположенными фолликулярными клетками и достигает прозрачной болочки. Прозрачная оболочка- существенный барьер на пути сперматозоида. При взаимодействии сперматозоида с прозрачной оболочкой последовательно происходят, следующие события: связывание сперматозоида с его рецептором -> акросомная реакция -> расщепление компонентов зона пелюцида ферментами акросомы -> проникновение сперматозоида через образовавшийся в оболочке канал к плазматической мембране яйцеклетки. Взаимодействие сперматозоида с прозрачной оболочкой происходит в два этапа. Сначала сперматозоид слабо прикрепляется к прозрачной оболочке. На этом этапе взаимодействие не видоспецифично, сперматозоиды легко отделяются осторожным смыванием. На втором этапе сперматозоиды прочно связываются со своими рецепторами. Это взаимодействие видоспецифично (видовую специфичность беспечивает также акрозин, освобождающийся в ходе акросомной реакции).

Способность к оплодотворению. Для успешного оплодотворения яйцеклетка должна встретиться со сперматозоидом в течение одних суток. Максимальный срок жизнеспособности сперматозоида в женских половых путях 2 суток жизнеспособность овулировавшей яйцеклетки примерно вдвое больше. Из практических соображений время, в течение которого овулировавшая яйцевая клетка может быть оплодотворена, оценивают в 5 суток.

После сближения женского и мужского пронуклеусов, которое продолжается у млекопитающих около 12 ч, образуется зигота - одноклеточный зародыш. Уже на стадии зиготы выявляются презумптивные зоны (лат. presumptio - вероятность, предположение) как источники развития соответствующих участков бластулы, из которых в дальнейшем формируются зародышевые листки.

Рис. Зигота человека в стадии сближения мужского и женского ядер (пронуклеусов): (по Б.П.Хватову).

1 - женское ядро; 2 - мужское ядро.