اهداف یادگیری
لقاح چیست؟
لقاح فرآیندی است که طی آن گامت‌های نر و ماده با هم ترکیب می‌شوند و شروع به توسعه یک ارگانیسم جدید می‌کنند.
گامت نر یا «اسپرم» و گامت ماده «تخمک» یا «تخمک» سلول‌های جنسی تخصصی هستند که طی فرآیندی به نام تولید مثل جنسی با هم ترکیب می‌شوند و تشکیل یک زیگوت را آغاز می‌کنند.
فرآیند لقاح در حیوانات می تواند به صورت داخلی یا خارجی رخ دهد، تفاوتی که تا حد زیادی با روش تولد مشخص می شود. انسان نمونه ای از لقاح داخلی را ارائه می دهد در حالی که تولید مثل اسب دریایی نمونه ای از لقاح خارجی است.
لقاح خارجی
لقاح خارجی معمولاً در محیط های آبی اتفاق می افتد که هم تخمک و هم اسپرم در آب رها می شوند. پس از رسیدن اسپرم به تخمک، لقاح انجام می شود.
اکثر لقاح خارجی در طول فرآیند تخم ریزی اتفاق می افتد که در آن یک یا چند ماده تخمک های خود را آزاد می کنند و نر (ها) اسپرم را در همان ناحیه آزاد می کنند. انتشار مواد تولید مثل ممکن است با دمای آب یا طول نور روز تحریک شود. تقریباً همه ماهی ها مانند سخت پوستان (مانند خرچنگ و میگو)، نرم تنان (مانند صدف)، ماهی مرکب و خارپوستان (مانند خارپشت دریایی و خیار دریایی) تخم ریزی می کنند.
جفت ماهی هایی که تخمگذار پخش نمی شوند ممکن است رفتار خواستگاری از خود نشان دهند. این به زن اجازه می دهد تا یک مرد خاص را انتخاب کند. محرک آزادسازی تخمک و اسپرم (تخمریزی) باعث می شود که تخمک و اسپرم در یک منطقه کوچک قرار بگیرند و احتمال لقاح را افزایش می دهد.
لقاح خارجی در یک محیط آبی از تخم ها در برابر خشک شدن محافظت می کند. تخم ریزی پخش می تواند منجر به مخلوطی بیشتر از ژن ها در یک گروه شود که منجر به تنوع ژنتیکی بالاتر و شانس بیشتری برای بقای گونه ها در یک محیط خصمانه می شود. برای موجودات آبزی بی‌صدا مانند اسفنج‌ها، تخمریزی پخشی تنها مکانیسم لقاح و استعمار محیط‌های جدید است. حضور تخم‌های بارور شده و رشد جوان در آب فرصت‌هایی را برای شکار و در نتیجه از دست دادن فرزندان فراهم می‌کند. بنابراین، میلیون ها تخم باید توسط افراد تولید شود و فرزندان حاصل از این روش باید به سرعت بالغ شوند. میزان بقای تخم های تولید شده از طریق تخم ریزی پخش کم است.
لقاح داخلی
لقاح داخلی اغلب در حیوانات ساکن در خشکی اتفاق می افتد، اگرچه برخی از آبزیان نیز از این روش استفاده می کنند. سه راه برای تولید نسل به دنبال لقاح داخلی وجود دارد.
لقاح داخلی مزیت محافظت از تخم بارور شده را از کم آبی در خشکی دارد. جنین در ماده جدا شده است، که شکار را برای جوان محدود می کند. لقاح داخلی باعث افزایش لقاح تخمک توسط یک مرد خاص می شود. فرزندان کمتری از طریق این روش تولید می شوند، اما میزان بقای آنها بیشتر از لقاح خارجی است.
| لقاح خارجی | لقاح داخلی |
| ادغام گامت نر (اسپرم) و گامت ماده (تخمک) در خارج از بدن اتفاق می افتد | ادغام گامت ها در داخل بدن اتفاق می افتد |
| هر دو فرد گامت های خود را در خارج از بدن تخلیه می کنند | فقط مرد اسپرم را به دستگاه تناسلی زنانه تخلیه می کند |
| رشد در خارج از بدن اتفاق می افتد | رشد در داخل بدن اتفاق می افتد |
| احتمال زنده ماندن فرزندان کمتر است. بنابراین، تعداد زیادی تخم مرغ تولید می شود | احتمال زنده ماندن فرزندان بیشتر است. بنابراین تعداد کمی تخم مرغ تولید می شود |
| به عنوان مثال، قورباغه، ماهی | به عنوان مثال، انسان، پرندگان، گاو، مرغ |
کوددهی در گیاهان پس از گرده افشانی و جوانه زنی صورت می گیرد. گرده افشانی از طریق انتقال گرده - که میکروگامت های نر گیاهان دانه است و اسپرم تولید می کند - از یک گیاه به کلاله (ارگان تولید مثل زن) گیاه دیگر اتفاق می افتد. دانه گرده آب را می گیرد و جوانه زنی اتفاق می افتد.
دانه گرده جوانه زده یک لوله گرده رشد می کند و از طریق منافذی به نام میکروپیل به تخمک (ساختار تخم گیاه) نفوذ می کند. سپس اسپرم از طریق لوله گرده از گرده منتقل می شود.
در گیاهان گلدار، یک رویداد لقاح ثانویه اتفاق می افتد. از هر دانه گرده دو اسپرم منتقل می شود که یکی از آنها سلول تخم را بارور می کند و یک زیگوت دیپلوئیدی تشکیل می دهد. هسته سلول اسپرم دوم با دو هسته هاپلوئید موجود در گامت ماده دوم به نام سلول مرکزی ترکیب می شود. این لقاح دوم یک سلول تریپلوئیدی را تشکیل می دهد که متعاقباً متورم می شود و بدن باردهی ایجاد می کند.
فرآیند لقاح که شامل لقاح متقابل بین گامت های دو فرد مختلف نر و ماده است، آلوگامی نامیده می شود. خودباروری که به نام خود لقاح نیز شناخته می شود، زمانی رخ می دهد که دو گامت از یک فرد با هم ترکیب شوند. این در هرمافرودیت‌ها مانند کرم‌های مسطح و گیاهان خاص رخ می‌دهد.
کود دهی گیاه
به هم آمیختگی دو واحد تناسلی جنسی غیرمشابه (گامت ها) لقاح می گویند. این فرآیند توسط استراسبورگر (1884) کشف شد.
1. جوانه زنی
جوانه زدن دانه گرده روی کلاله و رشد لوله گرده: دانه های گرده با عمل گرده افشانی به کلاله پذیرنده برچه می رسند. دانه های گرده پس از چسبیدن به کلاله، آب را جذب کرده و متورم می شوند. پس از شناسایی و پذیرش متقابل دانه های گرده، دانه گرده جوانه می زند (در داخل بدن) و یک لوله گرده تولید می کند که به سمت حفره تخمدان تبدیل به کلاله می شود.
GB Amici (1824) لوله گرده را در Portulaca oleracea کشف کرد. به طور کلی، تنها یک لوله گرده توسط یک دانه گرده (مونوسیفون) تولید می شود. اما برخی از گیاهان مانند اعضای Cucurbitaceae لوله های گرده زیادی تولید می کنند ( پلی سیفون ). لوله گرده حاوی یک هسته رویشی یا هسته لوله و دو گامت نر است. بعداً سلول رویشی تحلیل می‌رود. اکنون لوله گرده پس از عبور از روش به تخمک می رسد.
2. ورود لوله گرده به تخمک
پس از رسیدن به تخمدان، لوله گرده وارد تخمک می شود. لوله گرده ممکن است از طریق یکی از مسیرهای زیر وارد تخمک شود:
آ. Porogamy - هنگامی که لوله گرده از طریق میکروپیل وارد تخمک می شود، به آن porogamy می گویند. این رایج ترین نوع است، به عنوان مثال زنبق
ب شالازوگامی - ورود لوله گرده به تخمک از ناحیه شالازال به نام چالازوگامی شناخته می شود. شالازوگامی کمتر رایج است، به عنوان مثال Casuarina، Juglans، Betula و غیره.
ج مزوگامی - لوله گرده از طریق قسمت میانی خود یعنی از طریق پوشش (مثلاً Cucurbita، Populus ) یا از طریق فونیکول (مثلا Pistacia ) وارد تخمک می شود.
3. ورود لوله گرده به کیسه جنین
لوله گرده صرف نظر از نحوه ورودش به تخمک، تنها از انتهای میکروپیلار وارد کیسه جنین می شود. لوله گرده یا بین سینرژید و سلول های تخمک می گذرد یا از طریق دستگاه رشته ای وارد یکی از سینرژیدها می شود. سینرژیدها با ترشح برخی مواد شیمیایی ( ترشح کموتروپیک ) رشد لوله گرده را هدایت می کنند. نوک لوله گرده وارد یک هم افزایی می شود. سینرژید نفوذ شده شروع به انحطاط می کند. پس از نفوذ، نوک لوله گرده بزرگ شده و پاره می شود و بیشتر محتویات آن شامل دو گامت نر و هسته رویشی را به داخل سینرژید آزاد می کند.
4. لقاح مضاعف
هسته هر دو گامت نر در کیسه جنینی آزاد می شود. یک گامت نر با تخمک ترکیب می شود و زیگوت دیپلوئیدی را تشکیل می دهد. این فرآیند سنگامی یا لقاح زاینده نامیده می شود.
زیگوت دیپلوئید در نهایت به جنین تبدیل می شود. گامت نر دیگر با دو هسته قطبی (یا هسته ثانویه) ترکیب می شود و هسته آندوسپرم اولیه تریپلوئید را تشکیل می دهد. این فرآیند همجوشی سه گانه یا لقاح رویشی نامیده می شود. این دو عمل لقاح فرآیند لقاح مضاعف را تشکیل می دهند. لقاح مضاعف فقط در گل نباتی اتفاق می افتد.
فرآیند لقاح در حیوانات
لقاح فرآیندی است که در آن یک اسپرم منفرد هاپلوئید با یک تخمک هاپلوئید واحد ترکیب می شود و یک زیگوت تشکیل می دهد. سلول های اسپرم و تخمک هر کدام دارای ویژگی های خاصی هستند که این فرآیند را ممکن می کند.
تخمک بزرگترین سلول تولید شده در اکثر گونه های جانوری است. یک سلول تخمک انسان تقریباً 16 برابر بزرگتر از سلول اسپرم انسان است. تخم‌های گونه‌های مختلف حاوی مقادیر مختلفی زرده هستند، مواد مغذی برای حمایت از رشد جنین در حال رشد. تخمک توسط یک لایه ژله ای احاطه شده است که از گلیکوپروتئین ها (پروتئین هایی که قند به آنها چسبیده است) تشکیل شده است که مواد شیمیایی خاص گونه (جاذب های شیمیایی) را آزاد می کند که اسپرم را به سمت تخمک هدایت می کند. در پستانداران به این لایه زونا پلوسیدا می گویند. در پستانداران جفتی، لایه ای از سلول های فولیکولی زونا پلوسیدا را احاطه کرده است. لایه زونا پلوسیدا/ژله توسط غشایی به نام پوشش ویتلین که خارج از غشای پلاسمایی سلول است از تخم جدا می شود. درست در زیر غشای پلاسمایی تخم، گرانول‌های قشری، وزیکول‌های حاوی آنزیم‌هایی هستند که پروتئین‌های نگهدارنده پوشش ویتلین را در اطراف غشای پلاسمایی در هنگام لقاح تجزیه می‌کنند.
اسپرم یکی از کوچکترین سلول هایی است که در اکثر گونه های جانوری تولید می شود. اسپرم شامل یک سر حاوی DNA محکم بسته بندی شده، یک دم تاژکدار برای شنا و بسیاری از میتوکندری ها برای تامین قدرت حرکت اسپرم است. غشای پلاسمایی اسپرم حاوی پروتئین هایی به نام بیندین است که پروتئین های مخصوص گونه هستند که گیرنده های غشای پلاسمایی تخمک را شناسایی کرده و به آنها متصل می شوند. علاوه بر هسته، سر اسپرم همچنین حاوی اندامکی به نام آکروزوم است که حاوی آنزیم‌های گوارشی است که لایه ژله/zona pellucida را تخریب می‌کند تا اسپرم به غشای پلاسمایی تخمک برسد.
برای اطمینان از اینکه فرزندان فقط یک مجموعه کامل از کروموزوم های دیپلوئیدی دارند، تنها یک اسپرم می تواند با یک تخمک ترکیب شود. ادغام بیش از یک اسپرم با یک تخمک یا پلی اسپرم از نظر ژنتیکی با زندگی ناسازگار است و منجر به مرگ زیگوت می شود. دو مکانیسم وجود دارد که از پلی اسپرمی جلوگیری می کند: "بلوک سریع" به پلی اسپرمی و "بلوک آهسته" پلی اسپرمی.
مراحل بالا و سایر مراحل لقاح در زیر مورد بحث قرار گرفته است:
