Оплодотворение у животных кратко

Обновлено: 02.07.2024

Оплодотворение. История изучения

Оплодотворение — сложный процесс, при котором сперматозоид взаимодействует с гомологичным ооцитом, в результате чего образуется новый организм. Соединение двух гамет у млекопитающих начинается с их перемещения по репродуктивным трактам мужского и женского организмов, продолжающегося до тех пор, пока они не встретятся в женских репродуктивных путях. Последующее взаимодействие между двумя гаметами происходит в несколько этапов, завершающихся их слиянием с образованием зиготы:

• связывание сперматозоида с оболочкой ооцита;
• активация ооцита;
• образование мужского и женского пронуклеусов;
• инициация деления клетки и раннего эмбрионального развития.

В последние 20 лет были предприняты значительные усилия, направленные на идентификацию молекул и сигнальных путей, имеющих отношение к взаимодействию гамет. Взаимодействие и информационный обмен между двумя совершенно чужими клетками осуществляются при помощи множества биологических, физиологических и генетических факторов. Большинство наших знаний о взаимодействии половых клеток получено у животных, базируются они преимущественно на данных, полученных на мышиной модели. Хотя многие молекулы, вовлеченные в процесс оплодотворения, идентифицированные на мышиной модели, сохранились в процессе эволюции и у человека, вопрос о возможности экстраполяции этих данных на человека остается спорным.

Основным экспериментальным методом, используемым для изучения клеточных и молекулярных механизмов взаимодействия сперматозоида и ооцита, служит ЭКО. Теперь, когда ЭКО стало рутинной процедурой (как в отношении лабораторных животных, так и для людей), были выявлены многие ключевые факторы, необходимые для оплодотворения.

В дальнейших статьях на нашем сайте суммированы современные знания о молекулярных и клеточных механизмах оплодотворения, сфокусировано внимание на сегодняшнем понимании клеточных биологических процессов и молекулярных событий, имеющих отношение к имплантации эмбриона, и их прикладное значение для клинической репродуктивной медицины.

История изучения оплодотворения

Это была одна из первых законченных работ по эмбриологии. Более того, Аристотель впервые применил в своем трактате иллюстрации, позволявшие лучше понять его идеи.

Левенгук (1632-1723) был первым ученым, сделавшим подробное описание сперматозоидов как составного компонента спермы. Он также предположил, что оплодотворение происходит при проникновении сперматозоида в яйцеклетку, но наблюдать этот процесс ученые не могли в течение последующего столетия из-за низкого качества имеющихся в то время микроскопов.

Первое успешное искусственное оплодотворение женщины было произведено через 11 лет после опытов Спалланцани. В 1790 г. известный шотландский анатом и хирург доктор Джон Хантер сообщил об успешной инсеминации жены одного мануфактурного торговца спермой мужа. Все эти открытия привели к созданию современных репродуктивных технологий, благодаря которым 25 июля 1978 г. произошло рождение первого ребенка, зачатого с помощью ЭКО (метод разработан Эдвардсом и Стептоу).

Видео физиология оплодотворения

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

Оплодотворение — это процесс соединения двух гаплоидных гамет, в результате которого образуется диплоидная зигота.

При соприкосновении головки сперматозоида с наружным покровом яйцеклетки содержащиеся в акросоме ферменты выделяются на поверхность яйцеклетки. Под их действием оболочка яйцеклетки в месте соприкосновения разрушается. Содержимое сперматозоида проникает внутрь яйцеклетки. После этого яйцеклетка восстанавливает оболочку и другие сперматозоиды проникнуть в неё уже не могут. В оплодотворённой яйцеклетке происходит слияние двух ядер и образуется диплоидная зигота.

Наружное оплодотворение происходит у животных, которые живут в воде (например, у рыб и амфибий). Яйцеклетки (икру) и сперматозоиды такие животные выделяют в воду, где и происходит их слияние.

Внутреннее оплодотворении наблюдается у животных, обитающих на суше, а также у некоторых обитателей водной среды (червей, членистоногих, пресмыкающихся, птиц, млекопитающих). У них гаметы сливаются внутри тела самки, в её половых путях.

Биологическое значение оплодотворения состоит в том, что при слиянии гамет восстанавливается диплоидный набор хромосом, а новый организм приобретает генетическую информацию и признаки обоих родителей.

Партеногенез — особый случай полового размножения, при котором происходит развитие особи из неоплодотворённой яйцеклетки.

Партеногенез наблюдается у некоторых червей, улиток, членистоногих (дафний, пчёл, тлей, муравьёв), а также у рептилий (скальных ящериц, варанов), птиц (индюшек) и других животных. Он чередуется с обычным размножением.

Развитие нового организма начинает без оплодотворения. Гаплоидная яйцеклетка делится митозом. Происходит удвоение ДНК, но во время первого деления хромосомы не расходятся, и в клетке остаётся диплоидный хромосомный набор.

у тлей в тёплое время из неоплодотворённых яиц появляется несколько поколений самок, а осенью рождаются самцы. У пчёл партеногенетическое размножение производит только трутней (самцов), а самки и рабочие пчёлы рождаются из оплодотворённых яиц.

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.

Оплодотворение у животных

Оплодотворение — процесс слияния мужских и женских половых клеток, в результате которого образуется зигота. Зигота — оплодотворенная яйцеклетка. Она всегда имеет диплоидный набор хромосом. Из зиготы развивается зародыш, который дает начало новому организму.

Таким образом оплодотворение у животных состоит из нескольких стадий :

Первая стадия — денудация — характеризуется тем, что яйцеклетка, проходя по яйцепроводу, освобождается от окружающих фолликулярных клеток (лучистого венца). Основная роль в денудация принадлежит спермиям, которые, внедряясь между клетками фолликулярного эпителия, выделяют ферменты, главным образом гиалуронидгзу. За счет этих ферментов и неизвестных еще факторов разжижав гиалуроновая кислота, входящая в состав студенистого вещества, связывающего клетки лучистого венца. Рассеивание клеток лучистого венца это не видовая особенность, и оно может происходить под влиянием спермиев животных другого вида. Так, при осеменении свиней смесью спермы быка и хряка спермин быка освобождают яйцо от фолликулярных клеток, а проникают в него только спермин хряка. Процессу денатурации способствуют также механические препятствия, обусловленные ворсинками слизистой оболочки яйцепровода.

Для оплодотворения не обязательно полное освобождение яйцеклетки от клеток лучистого венца. Достаточно лишь места, чтобы спермии проникли через прозрачную оболочку яйцеклетки в околожелточное пространство. Этот процесс, составляющий вторую стадию оплодотворения, в видовом отношении более специфичен. В это время заканчивается созревание яйцеклетки (выделение второго направительного тельца). Ядро, содержащее гаплоидное число хромосом, превращается в женский пронуклеус. На третьей стадии оплодотворения один, реже несколько спермиев проникают через желточную оболочку яйцеклетки в ее цитоплазму. Это уже строго специфический процесс, поскольку в яйцеклетку могут проникать только спермин своего вида. При этом проникает не весь спермий, а лишь его головка и шейка. Внедрившись в цитоплазму клетки спермий претерпевает большие изменения. Головка спермия быстро увеличивается в десятки раз, вследствие ассимиляции.

Этот процесс, основной и является еще недостаточно изученным. Образуется каждая новая клетка (зигота), ядро которой содержит диплоидное количество хромосом. Образовавшаяся зигота, таким образом, имеет двойную наследственность.

Полиспермия (переоплодотворение). Проникновение в протоплазму яйцевой клетки двух или вообще нескольких спермиев называется полиспермией.

В норме после проникновения в яйцо одного спермия другие не пропускаются. У стареющих яиц зональная реакция начинается, что обусловливает невозможность проникновения спермия в яйцо, а иногда под влиянием каких-то условий проходит слияние ядра яйца с несколькими спермиями. Это происходит, вероятно, тогда, когда одновременно приблизившиеся к яйцу спермии проникают внутрь него.

Множественное оплодотворение, или суперфекундация (superfecunio) , — это оплодотворение нескольких яйцевых клеток в период одного полового цикла, но спермой разных производителей. Оно часто наблюдается у многоплодных животных (собаки, свиньи, кошки), реже у кобыл, коров. Суперфекундация, развившаяся в результате осеменения производителями, принадлежащими к одной породе и одинаковой с самками масти, часто остается незамеченной; она выявляется, когда несколько производителей, принимавших участие в осеменении самки, принадлежат к разным породам и даже видам. Так, из-за недосмотра в стадию возбуждения у породистых собак наряду с чистопородными могут родиться щенята с признаками двух или трех пород, нескольких мастей т. д. Отмечены случаи суперфекундации у свиней, когда рождаются поросята различных мастей, у кобыл, проявлявшейся одновременным рождением нормально развитых жеребенка и муленка.

У животных существует два способа оплодотворения: наружный и внутренний. При наружном оплодотворении самка выметывает яйцеклетки (икру), а самец — сперму во внешнюю среду, где и происходит оплодотворение. Такой способ оплодотворения характерен для водных обитателей (морских ежей, рыб, земноводных).

При внутреннем оплодотворении слияние гамет происходит в половых путях самки. Такой способ характерен для наземных и некоторых водных обитателей (червей, насекомых, рептилий, птиц, млекопитающих).

Оплодотворенное яйцо может развиваться либо в теле самки, как у млекопитающих, либо во внешней среде, как у многих птиц, пресмыкающихся, насекомых. В последнем случае оплодотворенное яйцо покрывается специальной оболочкой или скорлупой. Самка откладывает его в наиболее безопасное место.

Биологическое значение оплодотворения состоит в том, что при слиянии гамет восстанавливается диплоидный набор хромосом, а новый организм несет наследственную информацию и признаки двух родителей.

Партеногенез

Разновидность полового размножения, при котором взрослая особь развивается из неоплодотворенного яйца, называется партеногенезом.

Партеногенез встречается у низших ракообразных (дафний), насекомых (пчел, тлей), у некоторых птиц (индюшек) и, как правило, чередуется с обычным половым размножением. Из неоплодотворенных яйцеклеток с гаплоидным набором хромосом развивается новый организм. При первом делении митоза после удвоения ДНК хромосомы не расходятся и диплоидный набор восстанавливается.

Партеногенез может идти как при благоприятных условиях, так и при неблагоприятных. Например, у тлей, дафний летом развиваются самки, а осенью из неоплодотворенных яиц развиваются самцы. У пчел из неоплодотворенных яиц развиваются всегда самцы — трутни, а из оплодотворенных — самки (матки) и рабочие пчелы.

Партеногенез можно вызвать искусственно, воздействием какого-либо фактора на яйцеклетку.

Виды партеногенеза

В науке есть несколько способов классификации этого удивительного биологического явления:

§ По способу размножения: естественный (происходящий в природных условиях) и искусственный (воспроизведенный в лаборатории).

§ По полноте протекания: рудиментарный – когда неоплодотворенные клетки начинают деление, но зародышевое развитие прекращается на раннем этапе; и полный, когда это самое зародышевое развитие доходит до формирования взрослой особи.

§ В зависимости от пола организма различается гиногенез (партеногенез самок) и андрогенез (партеногенез самцов).

Партеногенез у пчел

У пчел при партеногенезе из неоплодотворенных яиц рождаются самцы, они же трутни, из оплодотворенных исключительно самки, которые в свою очередь делятся на размножающуюся матку (королеву улья) и бесплодную рабочую пчелку.

Партеногенез у муравьев

В муравьином царстве явление партеногенеза присутствует у восьми видов муравьев и может условно разделится на три вида:

§ самки производят рабочих муравьев и других самок через него, при этом рабочие самцы стерильны.

§ рабочие муравьи производят самок посредством партеногенеза.

§ самки производят других самок посредством партеногенеза, а рабочих муравьев самцов – обычным половым путем.

Партеногенез у ящериц

Существует лишь несколько видов ящериц, размножающихся столь необычным образом, среди них, например комодские вараны, обладающие удвоенной копией яиц ДНК и специальным веществом – полоцитом, способным выступать в качестве спермы, оплодотворяя яйцеклетку, превращая ее в эмбрион.

Биологическое значение партеногенеза

Основное значение партеногенеза в том, что благодаря ему, те виды, чьи особи представлены преимущественно самками (например, пчелы ) могут ускорено размножаться без участия мужского начала. Также часто бывает, что из оплодотворенных яйцеклеток появляются самки, а из неоплодотворенных самцы и таким образом, с помощью партеногенеза происходит регуляция численных соотношений полов.

Воспроизведение организмов.
Размножение, оплодотворение

Раздел ЕГЭ: 3.2. Воспроизведение организмов, его значение. Способы размножения, сходство и различие полового и бесполого размножения. Оплодотворение у цветковых растений и позвоночных животных. Внешнее и внутреннее оплодотворение

Воспроизведение организмов — способность производить новое поколение особей того же вида, одно из обязательных и важнейших свойств живых организмов.

Бесполое размножение

Бесполое размножение — форма размножения, при которой организм воспроизводит себя самостоятельно, без всякого участия другой особи (гаметы не образуются). При любой форме бесполого размножения наблюдается увеличение численности вида без повышения его генетического разнообразия: все дочерние организмы являются точной копией материнского. Новые признаки возникают только в результате мутаций.

Преимущества бесполого размножения: простота и эффективность (не нужно искать партнёра); потомство может оставить любая особь в любом месте; удачные сочетания генов не теряются

Недостатки бесполого размножения: если в определённом место обитании возникают изменения, вызывающие гибель отдельных особей, то погибнут все организмы, так как они генетически сходны.

Способы бесполого размножения:

Простое деление (деление надвое). Характерно для одноклеточных эукариот. В результате такого типа размножения из одной клетки образуются две дочерние, каждая из которых становится новым организмом.
Почкование. Характерно для кишечнополостных, растений, одноклеточных грибов (дрожжей). В результате почкования от родительской особи отделяется небольшой вырост (почка), и из группы клеток исходного организма образуется дочерний.
Спорообразование. Встречается у водорослей, простейших (споровики) и некоторых групп бактерий, служит как для переживания неблагоприятных условий, так и для расселения: попав в подходящую среду, спора прорастает, превращаясь в вегетативную (делящуюся) клетку,
Вегетативное размножение. Чаще всего встречается у растений и представляет собой размножение отдельными органами, частями органов или тела (побегами, черенками, луковицами или клубнями). В его основе лежит способность организмов к регенерации.

Половое размножение

Половое размножение характеризуется наличием полового процесса, который обеспечивает обмен наследственной информацией и создаёт условия для возникновения наследственной изменчивости. В нём, как правило, участвуют две особи — женская и мужская, которые образуют гаплоидные половые клетки — гаметы.

Формы полового процесса:

Конъюгация — форма полового процесса, при которой осуществляется взаимообмен мигрирующими ядрами, перемещающимися из одной клетки в другую по цитоплазматическому мостику, образуемому двумя особями. При конъюгации обычно не происходит увеличения количества особей, но осуществляется обмен генетическим материалом между клетками, что обеспечивает перекомбинацию наследственных свойств.
Копуляция (гаметогамия) — слияние двух одинаковых или разных по форме, подвижности и размерам половых клеток. Выделяют следующие формы гаметогамии.
Изогамия. Образуются подвижные, морфологически одинаковые гаметы, различающиеся физиологически. Характерна для водорослей.
Анизогамия. Формируются подвижные гаметы, различающиеся морфологически и физиологически. Характерна для водорослей.
Оогамия. Гаметы сильно отличаются друг от друга, по строению и физиологическим свойствам делятся на мужские (подвижные — сперматозоиды, неподвижные — спермин) и женские (яйцеклетки). Характерна для животных, высших растений и многих грибов.
Партеногенез (девственное развитие) — половой процесс, при котором оплодотворение не происходит, новый организм формируется из неоплодотворённой яйцеклетки. Встречается у дафний, пчёл, тараканов, некоторых ящериц, ряда растений.

Гаметогенез — последовательный процесс образования половых клеток. Центральное событие гамето-генеза — редукция диплоидного набора хромосом (в ходе мейоза) и формирование гаплоидных гамет. У человека и животных развитие яйцеклеток (оогенез) и сперматозоидов (сперматогенез) осуществляется в гонадах, или половых железах, — яичниках и семенниках соответственно.

Сперматогенез заканчивается стадией формирования сперматозоидов. В результате этого процесса каждая незрелая сперматида превращается в зрелый сперматозоид, приобретая все свойственные ему структуры.

При оогенезе из каждой последующей клетки оогония образуются одна крупная яйцеклетка с п набором хромосом и три редукционных тельца, которые не участвуют в оплодотворении, а служат для равномерного распределения хромосом в мейозе.

Стадии гаметогенеза:

Стадия размножения. Клетки, из которых в последующем образуются мужские и женские гаметы, называются сперматогониями и оогониями соответственно. Они несут 2n набор хромосом. На этой стадии первичные половые клетки многократно делятся митозом, в результате чего их количество возрастает. Сперматогонии размножаются в течение всего репродуктивного периода в мужском организме, оогонии — главным образом в эмбриональном периоде.

Стадия роста. Клетки увеличиваются в размерах и превращаются в сперматоциты и ооциты I порядка (достигают особенно больших размеров в связи с накоплением питательных веществ в виде желтка и белковых гранул). Соответствует интерфазе I мейоза.

Значение полового размножения в том, что оно обеспечивает появление пусть и небольшого числа потомков, но они имеют новые комбинации генов и признаков родителей, позволяющие* им приспосабливаться к изменяющимся условиям окружающей среды.

Оплодотворение у цветковых растений.
Внешнее и внутреннее оплодотворение

Оплодотворение у цветковых растений — двойное оплодотворение, в результате которого происходит слияние одного спермия с яйцеклеткой (развивается зародыш), а другого — с центральной клеткой зародышевого мешка (вторичный эндосперм семени, содержащий питательные вещества). Семяпочка у покрытосеменных не запасает питательных веществ впрок. Питательные ткани активно формируются уже после оплодотворения. Поэтому семяпочка развивается гораздо быстрее, чем у других отделов растений.

Способы оплодотворения у животных:

Наружное (внешнее) — мужские и женские гаметы выделяются в воду,
Внутреннее — сперматозоиды в спермальной жидкости переносятся из тела самца в тело самки, где и происходит оплодотворение.

Читайте также: