ciljevi učenja
Što je oplodnja?
Oplodnja je proces kojim se spajaju muške i ženske spolne stanice, čime se započinje razvoj novog organizma.
Muška spolna stanica ili 'sperma' i ženska spolna stanica 'jaje' ili 'jajna stanica' specijalizirane su spolne stanice koje se spajaju kako bi započele stvaranje zigote tijekom procesa koji se naziva spolna reprodukcija.
Proces oplodnje kod životinja može se odvijati iznutra ili izvana, a razlika je uvelike određena metodom rođenja. Ljudi su primjer unutarnje oplodnje, dok je reprodukcija morskog konjica primjer vanjske oplodnje.
Vanjska gnojidba
Vanjska oplodnja obično se događa u vodenim sredinama gdje se i jajašca i spermija ispuštaju u vodu. Nakon što spermij stigne do jajne stanice, dolazi do oplodnje.
Većina vanjske oplodnje događa se tijekom procesa mriještenja gdje jedna ili više ženki ispuštaju svoja jajašca, a mužjak (mužjaci) ispušta spermu na istom području, u isto vrijeme. Oslobađanje reproduktivnog materijala može biti potaknuto temperaturom vode ili duljinom dnevnog svjetla. Gotovo sve ribe se mrijeste, kao i rakovi (kao što su rakovi i škampi), mekušci (kao što su kamenice), lignje i bodljikaši (kao što su morski ježevi i morski krastavci).
Parovi riba koje se ne mrijeste mogu pokazivati ponašanje udvaranja . To omogućuje ženki da odabere određenog mužjaka. Okidač za oslobađanje jajašca i spermija (mrijest) uzrokuje da se jajašce i spermij smjeste na malom prostoru, čime se povećava mogućnost oplodnje.
Vanjska oplodnja u vodenom okolišu štiti jajašca od isušivanja. Emitirano mriještenje može rezultirati većom mješavinom gena unutar skupine, što dovodi do veće genetske raznolikosti i veće šanse za preživljavanje vrste u neprijateljskom okruženju. Za sesilne vodene organizme poput spužvi, mrijest je jedini mehanizam za oplodnju i kolonizaciju novih okoliša. Prisutnost oplođenih jaja i mladunaca u razvoju u vodi pruža mogućnosti za predatorstvo što rezultira gubitkom potomstva. Stoga jedinke moraju proizvesti milijune jajašaca, a potomci proizvedeni ovom metodom moraju brzo sazrijevati. Stopa preživljavanja jaja proizvedenih mriještenjem je niska.
Unutarnja oplodnja
Unutarnja oplodnja najčešće se događa kod kopnenih životinja, iako se ovom metodom služe i neke vodene životinje. Postoje tri načina na koje se nakon unutarnje oplodnje stvara potomstvo.
Unutarnja oplodnja ima prednost jer štiti oplođeno jaje od dehidracije na kopnu. Embrij je izoliran unutar ženke, što ograničava grabežljivost mladih. Unutarnja oplodnja pospješuje oplodnju jajašca određenim mužjakom. Ovom se metodom proizvodi manje potomaka, ali je njihova stopa preživljavanja veća od one kod vanjske oplodnje.
| Vanjska gnojidba | Unutarnja oplodnja |
| Spajanje muške spolne stanice (sperme) i ženske spolne stanice (jajne stanice) događa se izvan tijela | Spajanje gameta događa se unutar tijela |
| Obje jedinke ispuštaju svoje gamete izvan tijela | Samo mužjak ispušta spermu u ženski genitalni trakt |
| Razvoj se odvija izvan tijela | Razvoj se odvija unutar tijela |
| Šanse za preživljavanje potomaka su manje. Zbog toga se proizvodi veliki broj jaja | Šanse za preživljavanje potomaka su veće. Zbog toga se proizvodi mali broj jaja |
| Na primjer, žaba, riba | Na primjer, ljudi, ptice, krave, kokoši |
Gnojidba kod biljaka nastaje nakon oprašivanja i klijanja. Oprašivanje se događa prijenosom peludi - koji su muške mikrogamete sjemenskih biljaka koje proizvode spermu - s jedne biljke na stigmu (ženski reproduktivni organ) druge. Peludno zrno upija vodu i dolazi do klijanja.
Proklijalo polenovo zrnce izbija peludnu cjevčicu, koja raste i prodire u jajnu stanicu (strukturu jajeta biljke) kroz poru zvanu mikropile. Sperma se zatim prenosi kroz peludnu cijev iz peludi.
Kod cvjetnica događa se sekundarna oplodnja. Iz svakog peludnog zrnca prenose se dva spermija, od kojih jedan oplođuje jajnu stanicu i stvara diploidnu zigotu. Jezgra druge spermatozoidne stanice stapa se s dvije haploidne jezgre sadržane u drugoj ženskoj gameti koja se naziva središnja stanica. Ovom drugom oplodnjom formira se triploidna stanica, koja kasnije nabubri i razvije plodno tijelo.
Proces oplodnje, koji uključuje unakrsnu oplodnju spolnih stanica dviju različitih jedinki, muškog i ženskog, naziva se alogamija. Autogamija, također poznata kao samooplodnja, događa se kada se dvije gamete iz jedne jedinke spoje; to se događa kod hermafrodita, kao što su pljosnati crvi i određene biljke.
Gnojidba biljaka
Spajanje dvije različite spolne reproduktivne jedinice (gamete) naziva se oplodnja. Ovaj proces je otkrio Strasburger (1884).
1. KLIJANJE
Klijanje peludnog zrnca na tučak i rast peludne cjevčice: Peludno zrnce činom oprašivanja dospijeva na receptivni tučak karpele. Peludna zrnca nakon što se pričvrste na tučak upijaju vodu i bubre. Nakon međusobnog prepoznavanja i prihvaćanja peludnih zrnaca, peludno zrno klija (in vivo) da bi proizvelo peludnu cijev koja raste u stigmu prema šupljini jajnika.
GB Amici (1824) otkrio je peludnu cijev kod Portulaca oleracea. Općenito, samo jednu peludnu cjevčicu proizvodi peludno zrno (monofoni). Ali neke biljke poput pripadnika Cucurbitaceae proizvode mnogo peludnih cjevčica ( polisifon ). Peludna cijev sadrži vegetativnu jezgru ili jezgru cjevčice i dvije muške gamete. Kasnije dolazi do degeneracije vegetativne stanice. Peludna cijev sada dolazi do jajne stanice nakon prolaska kroz nastavak.
2. ULAZAK PELUDNE CIJEVI U JAJU
Nakon što dospije u plodnicu, polenova cijev ulazi u ovul. Peludna cijev može ući u ovule bilo kojim od sljedećih puteva:
a. Porogamija - Kada polenova cijev uđe u ovul kroz mikropilu, to se naziva porogamija . To je najčešći tip, npr. ljiljan
b. Halazogamija - Ulazak polenove cijevi u ovul iz halazalne regije poznat je kao halazogamija. Halazogamija je rjeđa, npr. Casuarina, Juglans, Betula itd.
c. Mezogamija - Peludna cijev ulazi u ovul kroz njegov srednji dio tj. kroz integument (npr . Cucurbita, Populus ) ili kroz funikul (npr. Pistacia ).
3. ULAZAK POLENOVE CIJEVČICE U EMBRIONALNU VREĆU
Peludna cijev ulazi u embrionsku vrećicu samo s mikropilarnog kraja, bez obzira na način ulaska u ovul. Peludna cijev ili prolazi između sinergida i jajnih stanica ili ulazi u jedan od sinergida kroz filiformni aparat. Sinergidi usmjeravaju rast cjevčice peluda lučenjem nekih kemijskih tvari ( kemotropna sekrecija ). Vrh polenove cjevčice ulazi u jedan sinergid. Prodrli sinergid počinje degenerirati. Nakon prodiranja, vrh polenove cijevi se povećava i pukne oslobađajući većinu svog sadržaja uključujući dvije muške gamete i vegetativnu jezgru u sinergid.
4. DVOSTRUKA GNOJIDBA
Jezgre obiju muških spolnih stanica oslobađaju se u embrijskoj vrećici. Jedna muška spolna stanica spaja se s jajetom i formira diploidnu zigotu. Proces se naziva singamija ili generativna oplodnja.
Diploidna zigota konačno se razvija u embrij. Druga muška spolna stanica stapa se s dvije polarne jezgre (ili sekundarnom jezgrom) i formira triploidnu primarnu jezgru endosperma. Proces se naziva trostruka fuzija ili vegetativna gnojidba. Ova dva čina oplodnje čine proces dvostruke oplodnje. Dvostruka oplodnja događa se samo kod angiospermi.
Proces oplodnje kod životinja
Oplodnja je proces u kojem se jedan haploidni spermij stapa s jednim haploidnim jajašcem u obliku zigote. I spermatozoidi i jajne stanice posjeduju specifične značajke koje omogućuju ovaj proces.
Jaje je najveća stanica koja se proizvodi kod većine životinjskih vrsta. Ljudska jajna stanica je otprilike 16 puta veća od ljudske sperme. Jaja različitih vrsta sadrže različite količine žumanjka , hranjivih tvari koje podržavaju rast embrija u razvoju. Jaje je okruženo slojem želea , sastavljenim od glikoproteina (proteina koji imaju zalijepljene šećere), koji otpušta kemoatraktante specifične za vrstu (kemijski atraktori) koji vode spermije do jajašca. Kod sisavaca se ovaj sloj naziva zona pellucida . U placentnih sisavaca, sloj folikularnih stanica okružuje zonu pelucidu. Zona pellucida/sloj mliječi odvojen je od jajeta membranom koja se naziva žućkasta ovojnica , a nalazi se izvan stanične plazma membrane. Neposredno ispod plazma membrane jajeta nalaze se kortikalne granule, vezikule koje sadrže enzime koji će razgraditi proteine koji drže ovojnicu žućnjaka oko plazma membrane kada dođe do oplodnje.
Spermij je jedna od najmanjih stanica koje se proizvode kod većine životinjskih vrsta. Spermij se sastoji od glave koja sadrži čvrsto zbijenu DNK, bičastog repa za plivanje i mnogo mitohondrija koji osiguravaju snagu za kretanje spermija. Plazma membrana spermija sadrži proteine koji se nazivaju bindin, a to su proteini specifični za vrstu koji prepoznaju i vežu se na receptore na plazma membrani jajašca. Osim jezgre, glava spermija također sadrži organelu zvanu akrosom, koja sadrži probavne enzime koji će razgraditi sloj mliječi/zona pellucida kako bi spermij mogao doći do plazmatske membrane jajeta.
Kako bi se osiguralo da potomak ima samo jedan potpuni diploidni set kromosoma, samo se jedan spermij može stopiti s jednim jajašcem. Spajanje više od jednog spermija s jajnom stanicom ili polispermija genetski je nekompatibilna sa životom i rezultira smrću zigote. Postoje dva mehanizma koji sprječavaju polispermiju: "brzi blok" polispermije i "spori blok" polispermije.
Gornji i drugi koraci gnojidbe razmotreni su u nastavku:
