в чем биологический смысл оплодотворения
Процесс оплодотворения яйцеклетки в подробностях
Понятие беременности подразумевает оплодотворение яйцеклетки, с чего зарождается новая жизнь в женских репродуктивных органах. Как до зачатия, так и в последующем в процесс развития плода постепенно задействуются все органы и системы женщины, создавая благоприятные условия для вынашивания.882
Зам. заведующей эмбриологией, к.б.н.
Условия оплодотворения
Среди этих условий нет какого-то главного, только при совокупном «удачном» стечении обстоятельств оплодотворение яйцеклетки произойдет. А если самостоятельно не удается «поймать» овуляцию, то ее можно определить с помощью ультрасонографии, на ультразвуковом аппарате визуализируется созревание фолликула.
Стадии оплодотворения
Процесс оплодотворения, управляемый гипоталамусом, проходит несколько этапов до формирования полноценного эмбриона:
Стадии оплодотворения
Эмбрион проходит в своем развитии несколько стадий:
Как происходит имплантация эмбриона в эндометрий
Этапы имплантации
После оплодотворения яйцеклетки на 7–10 день наступает очередь важнейшего процесса – имплантации, если он не произойдет, то случится выкидыш еще до того, как факт беременности будет установлен.
Для надежного закрепления в эндометрии, трофобласт выбрасывает своеобразные отростки с питательной жидкостью, которые погружает в маточный слой. К этому времени прогестерон уже подготовил эндометрий к внедрению бластоцисты: слой стал достаточно толстым, чтобы окружить имплантированный эмбрион со всех сторон. В свою очередь трофобласт выделяет хорионический гонадотропин, стимулирующий желтое тело к продуцированию прогестерона и предотвращая наступление месячных. Если по каким-то причинам транспортировка зиготы в полость матки нарушена, то зародыш прикрепится в фаллопиевой трубе, то есть наступит внематочная беременность.
По религиозным и социальным представлениям после того, как сперматозоид оплодотворит яйцеклетку, начинается новая человеческая жизнь. Даже более 50% атеистов в России поддерживают данную версию, около 65% верующих, примерно 50% мужчин, 74% женщин.
Особенности процесса оплодотворения
Упрощенно схему оплодотворения яйцеклетки можно представить следующим образом. При естественном интимном контакте мужская семенная жидкость проникает во влагалище, среда которого в силу повышенного рН губительна для большинства сперматозоидов. Но наиболее жизнеспособные сперматозоиды попадают по цервикальному каналу в шейку, затем – в матку.
Мнение врача
Двигаясь против направления тока жидкости, сперматозоиды попадают в фаллопиевы трубы. Поскольку жидкость в трубах течет от яичника к матке, то спермии продвигаются от матки к половой железе. В трубе (в ампулярной части) уже находится яйцеклетка, вышедшая из фолликула, где и происходит оплодотворение, а именно, слияние ядер половых клеток мужчины и женщины. На этом этапе закладывается геном будущего ребенка. В некоторых случаях половая клетка может быть оплодотворена несколькими спермиями (полиспермия), что, как правило, обусловливает нежизнеспособность зиготы. Если процесса оплодотворения не происходит, то эндометрий (функциональный слой) отторгается и вместе с погибшей яйцеклеткой выводится наружу в виде менструации.
Врач репродуктолог, акушер-гинеколог
При использовании ВРТ половые клетки и эмбрион проходят те же этапы развития, кроме непосредственно слияния двух гамет, которое осуществляется в лабораторных условиях. Эмбрион также развивается в пробирке в стерильных условиях, пока не достигнет стадии имплантации.
Этапы естественного оплодотворения
Данная статья не может быть использована для постановки диагноза, назначения лечения и не заменяет прием врача.
Характеристика основных этапов оплодотворения. Биологическое значение оплодотворения. Половой диморфизм. Партеногенез
Оплодотворение, слияние мужской половой клетки (сперматозоида) с женской (яйцом, яйцеклеткой), приводящее к образованию зиготы — нового одноклеточного организма. Биологический смысл оплодотворения состоит в объединении ядерного материала мужской и женской гамет, что приводит к объединению отцовских и материнских генов, восстановлению диплоидного набора хромосом, а также активации яйцеклетки, то есть стимуляции её к зародышевому развитию. Соединение яйцеклетки со сперматозоидом обычно происходит в воронкообразно расширенной части маточной трубы в течение первых 12 часов после овуляции. Семенная жидкость (сперма), попадая во влагалище женщины при половом сношении (коитусе), обычно содержит от 60 до 150 млн сперматозоидов, которые благодаря движениям со скоростью 2 — 3 мм в минуту, постоянным волнообразным сокращениям матки и труб и щелочной среде уже спустя 1 — 2 минуты после полового акта достигают матки, а через 2 — 3 часа — концевых отделов маточных труб, где обычно и происходит слияние с яйцеклеткой.
Различают моноспермное (в яйцеклетку проникает один сперматозоид) и полиспермное (в яйцеклетку проникают два и более сперматозоидов, но с ядром яйцеклетки сливается только одно ядро сперматозоида) оплодотворение. Сохранению активности спермиев во время прохождения их в половых путях женщины способствует слабощелочная среда шеечного канала матки, заполненного слизистой пробкой. Во время оргазма при половом акте слизистая пробка из шеечного канала частично выталкивается, а затем вновь втягивается в него и тем самым способствует более быстрому попаданию сперматозоидов из влагалища (где в норме у здоровой женщины среда слабокислая) в более благоприятную среду шейки и полости матки. Прохождению сперматозоидов через слизистую пробку шеечного канала способствует и резко повышающаяся в дни овуляции проницаемость слизи. В остальные дни менструального цикла слизистая пробка имеет значительно меньшую проницаемость для сперматозоидов.
Многие сперматозоиды, находящиеся в половых путях женщины, могут сохранять способность к оплодотворению 48 — 72 часа (иногда даже до 4 — 5 суток). Овулировавшая яйцеклетка сохраняет жизнеспособность примерно 24 часа. Учитывая это, наиболее благоприятным временем для оплодотворения считается период разрыва созревшего фолликула с последующим рождением яйцеклетки, а также 2 — 3-й день после овуляции. Вскоре после оплодотворения начинается дробление зиготы и образование зародыша.
Партеногенез (от греч. παρθενος — девственница и γενεσις — рождение, у растений — апомиксис) — так называемое «девственное размножение», одна из форм полового размножения организмов, при которой женские половые клетки (яйцеклетки) развиваются во взрослый организм без оплодотворения. Хотя партеногенетическое размножение не предусматривает слияния мужских и женских гамет, партеногенез все равно считается половым размножением, так как организм развивается из половой клетки. Считается, что партеногенез возник в процессе эволюции организмов у раздельнополых форм.
В тех случаях, когда партеногенетические виды представлены (всегда или периодически) только самками, одно из главных биологических преимуществ партеногенеза заключается в ускорении темпа размножения вида, так как все особи подобных видов способны оставить потомство. Такой способ размножения используется некоторыми животными (хотя чаще к нему прибегают относительно примитивные организмы). В тех случаях, когда из оплодотворённых яйцеклеток развиваются самки, а из неоплодотворённых — самцы, партеногенез способствует регулированию численных соотношений полов (например, у пчёл). Часто партеногенетические виды и расы являются полиплоидными и возникают в результате отдалённой гибридизации, обнаруживая в связи с этим гетерозис и высокую жизнеспособность. Партеногенез следует относить к половому размножению и следует отличать от бесполого размножения, которое осуществляется всегда при помощи соматических органов и клеток (размножение делением, почкованием и т. п.).
Воспроизведение организмов, его значение. Способы размножения, сходство и различие полового и бесполого размножения. Оплодотворение у цветковых растений и позвоночных животных. Внешнее и внутреннее оплодотворение
Содержание:
Способность давать потомство — одно из важнейших свойств организмов. Они воспроизводят себе подобных, размножаются. Новые особи относятся к тому же биологическому виду, что и родители, генетически с ними сходны.
Воспроизведение организмов, его значение
Размножение должно приводить к получению такого количества потомков, которое превышает число особей в поколении родителей. Это важно, потому что, не все дочерние организмы доживают до состояния половой зрелости и смогут размножаться. Потомки от одной родительской пары могут погибнуть от болезней, хищников, стихийных бедствий. Если потомков больше, чем родителей, то это воспроизведение.
Размножение обеспечивает преемственность, то есть постоянную передачу генетической информации потомству от родителей. Жизнь непрерывна потому, что существует воспроизведение себе подобных. Хотя продолжительность существования конкретной особи конечна, виды в целом существуют длительно по историческим меркам. Выживание групп происходит благодаря воспроизведению.
Способы размножения, сходство и различие полового и бесполого размножения
Даже одна родительская особь, ее отдельные части способны дать начало новым организмам. Образование новых поколений из одной клетки, группы клеток или органа материнского организма относят к бесполому размножению. При этом, родители и потомки обладают сходной или полностью идентичной генетической информацией.
Половое размножение заключается в необходимости слияния половых клеток. Гаметы образуются в разных организмах, поэтому содержат неодинаковый генетический материал.
Способы бесполого размножения
Если происходит простое деление одноклеточного организма, то образуются две дочерние особи. Они тоже состоят из одной клетки, похожей на материнскую. Этот процесс характерен для одноклеточных водорослей и простейших.
У споровиков происходит множественное деление. Типичный представитель этой группы — малярийный плазмодий. Неоднократно делится ядро клетки паразита, после чего делится цитоплазма на такое же количество частей.
Еще один способ бесполого размножения позволяет быстро увеличивать количество особей одного вида. После деления ядра, у дрожжей на поверхности материнской клетки появляется небольшое выпячивание. В него перемещается одно из вновь образовавшихся ядер. Затем новая клетка отделяется. Численность особей быстро увеличивается.
Для многоклеточных организмов тоже характерны спорообразование и вегетативное размножение. Образование спор происходит в жизненном цикле грибов, некоторых групп растений, имеющих более древнее происхождение по сравнению с цветковыми и голосеменными.
Спора — одна клетка с небольшим запасом питательных веществ, защитной оболочкой. Споровое размножение характерно для водорослей, грибов, мхов, папоротников (Рис. 1). Легкие споры разносятся водой и ветром, прорастают только при попадании в благоприятные условия. Так появляются новые организмы.
Рис. 1 Папоротники — споровые растения
При вегетативном размножении группы клеток дают начало новому организму. При почковании выпячивается стенка тела, например, у гидры. Выпуклость постепенно увеличивается в размерах. У дочерней гидры на верхушке выпячивания формируются ротовое отверстие и щупальца. Затем маленькая гидра отпочковывается от материнского организма (Рис. 2).
Рис. 2 Почкование у гидры
Фрагментация — разделение материнского организма на две или более частей. Из каждой развивается дочерняя особь. Способ размножения основан на способности живых существ регенерировать. Организм при повреждении достраивает недостающие части тела. Фрагментация происходит у медуз, актиний, иглокожих, плоских и кольчатых червей. Встречается у растений, например, у многоклеточных водорослей, которые способны размножаться кусочками слоевища.
Полиэмбриония — разделения зародыша. Если такое явление происходит у человека, то рождаются однояйцевые близнецы.
Способность к вегетативному размножению достигает наивысшего развития у растений. Начло новым организмам могут дать целые органы или разные части материнского организма.
Способы вегетативного размножения цветковых растений:
Рис. 3 Укоренение черенка
Для бесполого размножения требуется только одна родительская особь. Образуются генетически идентичные потомки. Это снижает возможности приспособления к изменяющимся условиям среды обитания. Единственным источником изменчивости становятся случайные мутации.
Половое размножение
В этом способе воспроизведения участвуют половые клетки — гаметы, которые сливаются в одну клетку — зиготу. Зигота дает начало новому организму. Перед слиянием необходимо предварительное уменьшение числа хромосом в гаметах в 2 раза, чтобы в момент оплодотворения их число снова стало диплоидным.
Рис. 4 Два вида половых клеток
В процессе мейоза из одной диплоидной клетки возникают четыре с гаплоидным набором хромосом. Оплодотворение способствует восстановлению и поддержанию постоянства кариотипа.
Партеногенез — особая форма полового размножения. Новый организм развивается из неоплодотворенной яйцеклетки. Другое название этого процесса — «девственное развитие». Наблюдается у дафний, пчел, некоторых ящериц.
Конъюгация — форма полового размножения, при которой особи сначала обмениваются фрагментами генетического материала, затем происходит бесполое размножение. Конъюгация — половой процесс у инфузорий.
Черты сходства и различия полового и бесполого размножения
Бесполое размножение способствует сохранению, в процессе естественного отбора, признаков наибольшей приспособленности. Половой процесс создает и сохраняет генетическое разнообразие. Возникают предпосылки для появления новых признаков, которые могут помочь оказаться полезными в изменившихся условиях существования.
Оплодотворение у цветковых растений и позвоночных животных
По наличию гамет растительные организмы относят к двудомным и однодомным. Первые — это мужские и женские особи. У однодомных есть и мужские, и женские цветки на одном растении, как у огурца. Двудомные — растения, несущие либо только женские, либо только мужские цветки, как у тополя, облепихи, ивы.
Встречаются двуполые(гермафродитные) организмы. У простейших, кишечнополостных, плоских червей, дождевого червя, некоторых рыб, моллюсков, ящериц, одна и та же особь производит мужские и женские половые клетки. Также, к гермафродитным организмам относятся многие цветковые растения.
Оплодотворением называют процесс слияния мужской клетки и женской, с образованием зиготы. В отличие от гамет, она имеет диплоидный набор хромосом. Зигота делится, из нее развивается зародыш.
Для оплодотворения необходимы следующие условия:
У растений может происходить оплодотворение мужскими гаметами, произведенными одной особью, женских половых клеток, созревших на другой особи. Возможно, и проникновение собственных сперматозоидов при самоопылении.
Оплодотворение начинается в момент сближения и проникновения сперматозоида в яйцеклетку. Происходит слияние ядер двух половых клеток. Формируются нити веретена первого деления. Образуются две первые клетки нового организма.
Двойное оплодотворение у растений
Опыление — перенос пыльцы, содержащей мужские гаметы (спермии), на рыльце пестика. Только после этого возможно оплодотворение.
Рис. 5 Двойное оплодотворение в цветке
Протекание этапов оплодотворения изучил С.Г. Навашин в 1898 г. Процесс назвали двойным оплодотворением. Участвуют два спермия и одна яйцеклетка. Второй и третий этапы двойного оплодотворения протекают в завязи пестика, где расположен зародышевый мешок с семязачатком.
После оплодотворения происходят митотические деления зиготы, образуется зародыш. Питательные вещества для роста и развития находятся в эндосперме.
Оплодотворение у животных
У позвоночных сближение гамет возможно при синхронизации их выведения из мужского и женского организмов. Облегчает оплодотворение выделение яйцеклеткой особых химических факторов, «направляющих» сперматозоид в пространстве.
Внешнее и внутреннее оплодотворение
У животных возможно наружное или внутреннее оплодотворение. В первом случае мужские и женские гаметы попадают из организма во внешнюю среду. Например, самка выметывает, откладывает яйцеклетки (икру). Самец выделяет сперму. Слияние половых клеток происходит вне тела — в окружающей среде.
Рис. 6 Икра лягушки
Внешнее оплодотворение — характерная особенность примитивно устроенных водных животных. К ним относятся двустворчатые моллюски, большинство видов рыб, многие земноводные (Рис. 6).
Внутреннее оплодотворение отличается от внешнего тем, секрет половых желез самца попадает в половые органы самки, где происходит слияние гамет. Оплодотворенная яйцеклетка зачастую выводится наружу. Внутреннее оплодотворение — характерная черта наземных животных. Этот тип слияния половых клеток встречается у пресмыкающихся, птиц, млекопитающих. Такой способ характерен для некоторых водных насекомых.
Наружно-внутренний — промежуточный тип. Самка способна захватывать половые продукты, выделенные самцом и оставленные во внешней среде на каком-либо субстрате. Так происходит у ряда членистоногих, у хвостатых земноводных.
В протекании оплодотворения у растений и животных можно найти общие черты. Они доказывают единство живой природы. Каждый тип оплодотворения имеет преимущества и недостатки. При выделении половых клеток в окружающую среду, часто происходит их гибель. Этот тип оплодотворения — единственно возможный у животных, ведущих прикрепленный образ жизни.
Внутреннее оплодотворение обеспечивает сохранение большего числа гамет, их потери существенно уменьшаются. Животным необходимо тратить энергию на поиск полового партнера. Кроме того, появляется потомство, мало приспособленное к самостоятельной жизни. Требуется уход родителей.
Живые организмы начинают свою жизнь с одной клетки или части материнского организма. Размножение может быть бесполым или половым, в зависимости от вида участвующих клеток.
Биологическая роль оплодотворения заключается в восстановлении диплоидного набора хромосом при слиянии гаплоидных половых клеток, сочетании в новом организме наследственной информации и признаков двух родителей.
2. Закончите схему.
3. В чем биологический смысл внутреннего оплодотворения?
Половые клетки защищены от внешних воздействий, а соответственно повышен шанс успешного оплодотворения. Если и развитие происходит внутри материнского организма, то тогда и развивающийся организм защищен от внешних воздействий, а также он постоянно снабжается всеми необходимыми веществами.
4. Почему при скрещивании организмов, принадлежащих к разным видам, оплодотворение происходит очень редко?
У разных видов разный генотип, т. е. различное содержание хромосом, не одинаковый химический состав цитоплазмы яйцеклетки и ядра сперматозоида. Поэтому у разных видов, даже принадлежащих к одному семейству, отряду, подотряду различный набор хромосом, что затрудняет или вообще ограничивает оплодотворение.
5. Почему оплодотворение, характерное для покрытосеменных растений, называют двойным?
Это половой процесс у покрытосеменных растений, при котором оплодотворяются как яйцеклетка, так и центральная клетка зародышевого мешка. В двойном оплодотворении участвуют оба спермия, привносимые в зародышевый мешок пыльцевой трубкой; ядро одного спермия сливается с ядром яйцеклетки, ядро второго – с полярными ядрами или с вторичным ядром зародышевого мешка. Из оплодотворенной яйцеклетки развивается зародыш, из центральной клетки – эндосперм.
6. Вспомните, опираясь на знания, полученные при изучении других курсов биологии, каково обязательное условие успешного оплодотворения у моховидных и папоротникообразных.
Наличие воды, так как спермии у них неподвижные, не имеют жгутиков.
7. Мужские гаметы высших споровых растений и мужские гаметы животных называют сперматозоидами, а мужские гаметы семенных растений – спермиями. Попробуйте объяснить, почему для схожих объектов используют разные названия.
И те и другие – гаплоидные мужские половые клетки.
Спермии не имеют жгутиков, передвигаются по пыльцевой трубке. Характерны для голосеменных и покрытосеменных.
Сперматозоиды подвижны, имеют жгутик.
8. Где в настоящее время используют приемы искусственного оплодотворения?
В селекции и сельском хозяйстве, животноводстве и растениеводстве для выведения и улучшения новых пород и сортов. В перинатальных центрах при ЭКО.
9. Выскажите свое мнение об использовании искусственного оплодотворения в современной медицине.
Искусственное оплодотворение – огромный шаг вперед в современной медицине. Сегодня делают ЭКО – экстракорпоральное оплодотворение, когда яйцеклетку оплодотворяют вне организма, и искусственное – спермой донора. Многие семьи, в которых супруги страдали бесплодием, смогли решить свою проблему.
10. Выберите правильный ответ.
Тест 1.
В ядре яйцеклетки животного находится 18 хромосом, следовательно, в ядре сперматозоида этого животного:
2) 18 хромосом;
Тест 2.
У млекопитающих в процессе оплодотворения происходит:
2) слияние ядер сперматозоида и яйцеклетки;
Тест 3.
В результате двойного оплодотворения у покрытосеменных растений образуются:
3) одна диплоидная и одна триплоидная клетки;
11. Объясните происхождение и общее значение слова (термина), опираясь на значение корней, его составляющих.
12. Выберите термин и объясните, насколько его современное значение соответствует первоначальному значению его корней.
Выбранный термин: зигота.
Соответствие – полностью соответствует своему первоначальному значению.
13. Сформулируйте и запишите основные идеи § 3.7.
Для образования нового организма необходимо оплодотворение – процесс слияния сперматозоида и яйцеклетки, в результате которого объединяется их генетический материал и образуется зигота. Оплодотворение может быть перекрестным (участвует несколько особей) и самооплодотворением (1 особь); наружным (вне организма самки) и внутренним (внутри организма самки). Внутренне имеет преимущества – половые клетки защищены от внешних воздействий, повышен шанс успешного оплодотворения.
Двойное оплодотворение – у покрытосеменных способ, при котором один из спермиев сливается с яйцеклеткой, а второй – с центральной клеткой зародышевого мешка. Из оплодотворенной яйцеклетки развивается зародыш, из центральной клетки – эндосперм семени.
Искусственное оплодотворение – применяется в селекции, сельской хозяйстве и медицине.