วัตถุประสงค์การเรียนรู้
การปฏิสนธิคืออะไร?
การปฏิสนธิเป็นกระบวนการที่เซลล์สืบพันธุ์เพศผู้และเพศเมียหลอมรวมเข้าด้วยกัน เป็นการเริ่มต้นการพัฒนาของสิ่งมีชีวิตใหม่
เซลล์สืบพันธุ์เพศผู้หรือ 'สเปิร์ม' และ 'ไข่' หรือ 'ไข่' เพศเมียเป็นเซลล์เพศเฉพาะ ซึ่งจะหลอมรวมเข้าด้วยกันเพื่อเริ่มการก่อตัวของไซโกตในระหว่างกระบวนการที่เรียกว่าการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ
กระบวนการปฏิสนธิในสัตว์สามารถเกิดขึ้นได้ทั้งภายในและภายนอก ความแตกต่างส่วนใหญ่ถูกกำหนดโดยวิธีการเกิด มนุษย์เป็นตัวอย่างของการปฏิสนธิภายใน ในขณะที่การสืบพันธุ์ของม้าน้ำเป็นตัวอย่างของการปฏิสนธิภายนอก
การปฏิสนธิภายนอก
การปฏิสนธิภายนอกมักเกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมทางน้ำที่ทั้งไข่และสเปิร์มถูกปล่อยลงสู่น้ำ หลังจากที่สเปิร์มเข้าสู่ไข่แล้ว การปฏิสนธิจะเกิดขึ้น
การปฏิสนธิภายนอกส่วนใหญ่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการวางไข่ โดยตัวเมียหนึ่งหรือหลายตัวจะปล่อยไข่ และตัวผู้จะปล่อยสเปิร์มในบริเวณเดียวกันพร้อมๆ กัน การปล่อยสารสืบพันธุ์อาจถูกกระตุ้นโดยอุณหภูมิของน้ำหรือความยาวของแสงแดด วางไข่ของปลาเกือบทุกชนิด เช่นเดียวกับครัสเตเชียน (เช่น ปูและกุ้ง) หอย (เช่น หอยนางรม) ปลาหมึก และเอไคโนเดิร์ม (เช่น เม่นทะเลและปลิงทะเล)
คู่ปลาที่ไม่ได้วางไข่แบบกระจายเสียงอาจแสดง พฤติกรรมเกี้ยวพาราสี สิ่งนี้ทำให้ผู้หญิงสามารถเลือกผู้ชายโดยเฉพาะได้ ตัวกระตุ้นการปล่อยไข่และสเปิร์ม (spawning) ทำให้ไข่และสเปิร์มถูกวางในพื้นที่ขนาดเล็ก ช่วยเพิ่มความเป็นไปได้ในการปฏิสนธิ
การปฏิสนธิภายนอกในสภาพแวดล้อมทางน้ำช่วยปกป้องไข่ไม่ให้แห้ง การวางไข่แบบกระจายสามารถส่งผลให้มีการผสมผสานของยีนภายในกลุ่มมากขึ้น ซึ่งนำไปสู่ความหลากหลายทางพันธุกรรมที่สูงขึ้นและโอกาสที่สายพันธุ์จะอยู่รอดได้มากขึ้นในสภาพแวดล้อมที่ไม่เป็นมิตร สำหรับสิ่งมีชีวิตในน้ำที่ไม่มีที่อยู่อาศัย เช่น ฟองน้ำ การวางไข่แบบกระจายเป็นกลไกเดียวสำหรับการปฏิสนธิและการตั้งรกรากของสภาพแวดล้อมใหม่ การปรากฏตัวของไข่ที่ปฏิสนธิและการพัฒนาตัวอ่อนในน้ำเปิดโอกาสให้มีการปล้นสะดมทำให้สูญเสียลูกหลาน ดังนั้น บุคคลต้องผลิตไข่หลายล้านฟอง และลูกหลานที่ผลิตด้วยวิธีนี้จะต้องโตเต็มที่อย่างรวดเร็ว อัตราการรอดชีวิตของไข่ที่เกิดจากการวางไข่แบบกระจายต่ำ
การปฏิสนธิภายใน
การปฏิสนธิภายในเกิดขึ้นบ่อยที่สุดในสัตว์บก แม้ว่าสัตว์น้ำบางชนิดก็ใช้วิธีการนี้เช่นกัน มีสามวิธีในการผลิตลูกหลานหลังจากการปฏิสนธิภายใน
การปฏิสนธิภายในมีข้อได้เปรียบในการปกป้องไข่ที่ปฏิสนธิจากการคายน้ำบนบก ตัวอ่อนถูกแยกออกจากกันภายในตัวเมีย ซึ่งจำกัดการปล้นสะดมของตัวอ่อน การปฏิสนธิภายในช่วยเพิ่มการปฏิสนธิของไข่โดยตัวผู้โดยเฉพาะ วิธีนี้ผลิตลูกหลานได้น้อยลง แต่อัตราการรอดชีวิตสูงกว่าอัตราการปฏิสนธิภายนอก
| การปฏิสนธิภายนอก | การปฏิสนธิภายใน |
| การหลอมรวมของเซลล์สืบพันธุ์เพศชาย (สเปิร์ม) และเซลล์สืบพันธุ์เพศหญิง (ไข่) เกิดขึ้นภายนอกร่างกาย | การหลอมรวมของ gametes เกิดขึ้นภายในร่างกาย |
| บุคคลทั้งสองปล่อยเซลล์สืบพันธุ์ออกจากร่างกาย | เฉพาะผู้ชายเท่านั้นที่ปล่อยสเปิร์มเข้าไปในระบบสืบพันธุ์ของผู้หญิง |
| การพัฒนาเกิดขึ้นภายนอกร่างกาย | การพัฒนาเกิดขึ้นภายในร่างกาย |
| โอกาสรอดของลูกหลานก็น้อยลง ดังนั้นจึงมีการผลิตไข่จำนวนมาก | โอกาสรอดของลูกหลานมีมากขึ้น ดังนั้นจึงมีการผลิตไข่จำนวนน้อย |
| ตัวอย่างเช่น กบ ปลา | เช่น คน นก วัว ไก่ |
การปฏิสนธิในพืชเกิดขึ้นหลังจากการผสมเกสรและการงอก การผสมเกสรเกิดขึ้นจากการถ่ายโอนละอองเรณูซึ่งเป็นไมโครแกมมาเตตเพศผู้ของพืชเมล็ด ซึ่งผลิตสเปิร์มจากต้นหนึ่งไปยังมลทิน (อวัยวะสืบพันธุ์เพศเมีย) ของอีกต้นหนึ่ง เม็ดละอองเรณูใช้น้ำและเกิดการงอก
ละอองเรณูที่งอกจะงอกหลอดเรณูซึ่งเติบโตและแทรกซึมออวุล (โครงสร้างไข่ของพืช) ผ่านรูพรุนที่เรียกว่าไมโครไพล์ จากนั้นสเปิร์มจะถูกถ่ายโอนผ่านท่อละอองเรณูจากละอองเรณู
ในพืชดอก มีการปฏิสนธิครั้งที่สอง สเปิร์มสองตัวถูกถ่ายโอนจากละอองเรณูแต่ละอัน ซึ่งหนึ่งในนั้นปฏิสนธิกับเซลล์ไข่เพื่อสร้างไซโกตซ้ำ นิวเคลียสของเซลล์สเปิร์มตัวที่สองหลอมรวมกับนิวเคลียสเดี่ยว 2 ตัวที่อยู่ภายในเซลล์สืบพันธุ์เพศเมียตัวที่สองที่เรียกว่าเซลล์กลาง การปฏิสนธิครั้งที่สองนี้ก่อให้เกิดเซลล์ทริปลอยด์ ซึ่งต่อมาจะพองตัวและพัฒนาร่างกายที่ออกผล
กระบวนการปฏิสนธิซึ่งเกี่ยวข้องกับการผสมข้ามระหว่าง gametes จากบุคคลสองคนที่แตกต่างกัน ชายและหญิงเรียกว่า allogamy Autogamy หรือที่รู้จักในชื่อ self-fertilization เกิดขึ้นเมื่อ gametes สองตัวจากฟิวส์ตัวเดียว สิ่งนี้เกิดขึ้นในกระเทยเช่นพยาธิตัวตืดและพืชบางชนิด
การปฏิสนธิของพืช
การรวมตัวกันของหน่วยสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ (gametes) สองหน่วยที่ต่างกันเรียกว่าการปฏิสนธิ กระบวนการนี้ค้นพบโดย Strasburger (1884)
1. การงอก
การงอกของละอองเรณูบนมลทินและการเจริญเติบโตของละอองเรณู: ละอองเรณูไปถึงเกสรเพศเมียที่รับได้โดยการผสมเกสร เม็ดละอองเรณูหลังจากติดกับปานแล้วจะดูดซับน้ำและพองตัว ภายหลังการรับรู้และการยอมรับละอองเรณูร่วมกัน ละอองเรณูจะงอก (ในร่างกาย) เพื่อผลิตละอองเรณูซึ่งเติบโตเป็นมลทินไปยังโพรงรังไข่
GB Amici (1824) ค้นพบหลอดเรณูใน Portulaca oleracea โดยทั่วไปแล้วละอองเรณูเพียงหลอดเดียวที่ผลิตโดยละอองเรณู (monosiphonous) แต่พืชบางชนิด เช่น สมาชิกในวงศ์ Cucurbitaceae จะสร้างท่อละอองเรณูจำนวนมาก ( หลายรูป ) หลอดละอองเรณูประกอบด้วยนิวเคลียสของพืชหรือนิวเคลียสของหลอดและเซลล์สืบพันธุ์เพศผู้สองตัว ต่อมาเซลล์พืชจะเสื่อมลง หลอดละอองเรณูมาถึงออวุลหลังจากผ่านสไตล์
2. การเข้าสู่ท่อเกสรเข้าสู่ไข่
เมื่อไปถึงรังไข่ หลอดละอองเรณูจะเข้าสู่ออวุล หลอดละอองเรณูอาจเข้าสู่ออวุลโดยทางใดทางหนึ่งดังต่อไปนี้:
ก. Porogamy - เมื่อละอองเรณูเข้าสู่ออวุลผ่าน micropyle จะเรียกว่า poogamy เป็นประเภทที่พบบ่อยที่สุด เช่น ลิลลี่
ข. Chalazogamy - การที่ละอองเรณูเข้าสู่ออวุลจากบริเวณ chalazal เรียกว่า chalazogamy Chalazogamy พบได้น้อยกว่า เช่น Casuarina, Juglans, Betula เป็นต้น
ค. Mesogamy - หลอดละอองเรณูเข้าสู่ออวุลผ่านทางส่วนตรงกลาง เช่น ผ่านทาง integument (เช่น Cucurbita, Populus ) หรือผ่าน funicle (เช่น Pistacia )
3. การเข้าสู่ท่อละอองเกสรเข้าสู่ถุงตัวอ่อน
หลอดละอองเรณูเข้าสู่ถุงเอ็มบริโอจากปลาย micropylar เท่านั้น โดยไม่คำนึงถึงวิธีการเข้าสู่ออวุล หลอดละอองเรณูจะผ่านระหว่างซินเนอร์จิดกับเซลล์ไข่ หรือเข้าสู่หนึ่งในซินเนอร์จิดผ่านเครื่องมือฟิลิฟอร์ม สารเสริมฤทธิ์นี้ควบคุมการเจริญเติบโตของละอองเรณูโดยการหลั่งสารเคมีบางชนิด ( การหลั่งเคมี ) ส่วนปลายของหลอดละอองเรณูจะเชื่อมประสานกันเป็นหนึ่งเดียว ซินเนอร์จิดที่เจาะเข้าไปเริ่มเสื่อมสภาพ หลังจากการเจาะเข้าไป ปลายของละอองเรณูจะขยายใหญ่ขึ้นและแตกออก ปล่อยสารส่วนใหญ่ของมัน รวมทั้งเซลล์สืบพันธุ์เพศผู้ 2 ตัวและนิวเคลียสของพืชเข้าสู่การทำงานร่วมกัน
4. การปฏิสนธิสองครั้ง
นิวเคลียสของ gametes ตัวผู้ทั้งสองถูกปล่อยออกมาในถุงเอ็มบริโอ เซลล์สืบพันธุ์ตัวผู้หนึ่งตัวจะหลอมรวมกับไข่เพื่อสร้างไซโกตซ้ำ กระบวนการนี้เรียกว่าการผสมเทียมหรือการปฏิสนธิโดยกำเนิด
ในที่สุดไซโกตแบบซ้ำจะพัฒนาเป็นตัวอ่อน เซลล์สืบพันธุ์เพศชายอีกตัวจะหลอมรวมเข้ากับนิวเคลียสที่มีขั้วทั้งสอง (หรือนิวเคลียสทุติยภูมิ) เพื่อสร้างนิวเคลียสของเอนโดสเปิร์มปฐมภูมิทริปลอยด์ กระบวนการนี้เรียกว่า การผสมสามเท่าหรือการปฏิสนธิพืช การปฏิสนธิทั้งสองนี้เป็นกระบวนการของการปฏิสนธิสองครั้ง การปฏิสนธิสองครั้งเกิดขึ้นในพืชดอกเท่านั้น
กระบวนการปฏิสนธิในสัตว์
การปฏิสนธิเป็นกระบวนการที่สเปิร์มเดี่ยวเดี่ยวหลอมรวมกับไข่เดี่ยวเดี่ยวเพื่อสร้างไซโกต สเปิร์มและเซลล์ไข่มีคุณสมบัติเฉพาะที่ทำให้กระบวนการนี้เป็นไปได้
ไข่เป็นเซลล์ที่ใหญ่ที่สุดที่ผลิตในสัตว์ส่วนใหญ่ เซลล์ไข่ของมนุษย์มีขนาดใหญ่กว่าเซลล์สเปิร์มของมนุษย์ประมาณ 16 เท่า ไข่ของสายพันธุ์ต่างๆ มีปริมาณ ไข่แดง ที่แตกต่างกัน ซึ่งเป็นสารอาหารที่สนับสนุนการเจริญเติบโตของตัวอ่อนที่กำลังพัฒนา ไข่ล้อมรอบด้วย ชั้นเยลลี่ ซึ่งประกอบด้วยไกลโคโปรตีน (โปรตีนที่มีน้ำตาลติดอยู่) ซึ่งจะปล่อยสารเคมีดึงดูดทางเคมี (ตัวดึงดูดทางเคมี) เฉพาะสปีชีส์ที่นำสเปิร์มไปยังไข่ ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ชั้นนี้เรียกว่า โซนาเพลลูซิดา ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่มีรก ชั้นของเซลล์ฟอลลิคูลาร์ล้อมรอบโซนาเพลลูซิดา ชั้นโซนาเพลลูซิดา/เยลลี่ถูกแยกออกจากไข่โดยเมมเบรนที่เรียกว่า ไวเทลลีนซองจดหมาย ซึ่งอยู่นอกพลาสมาเมมเบรนของเซลล์ ใต้เมมเบรนของพลาสมาของไข่คือคอร์ติคัลแกรนูล ซึ่งเป็นถุงที่มีเอนไซม์ที่จะย่อยสลายโปรตีนที่ยึดไวเทลลีนห่อหุ้มรอบพลาสมาเมมเบรนเมื่อเกิดการปฏิสนธิ
สเปิร์มเป็นหนึ่งในเซลล์ที่เล็กที่สุดที่ผลิตในสัตว์ส่วนใหญ่ สเปิร์มประกอบด้วยส่วนหัวที่มีดีเอ็นเออัดแน่น หางแฟลเจลลาร์สำหรับว่ายน้ำ และไมโทคอนเดรียจำนวนมากเพื่อให้พลังในการเคลื่อนที่ของสเปิร์ม พลาสมาเมมเบรนของตัวอสุจิประกอบด้วยโปรตีนที่เรียกว่า บินดิน ซึ่งเป็นโปรตีนเฉพาะสปีชีส์ที่จดจำและจับกับตัวรับบนเยื่อหุ้มพลาสมาของไข่ นอกจากนิวเคลียสแล้ว หัวสเปิร์มยังมีออร์แกเนลล์ที่เรียกว่า อะโครโซม ซึ่งมีเอนไซม์ย่อยอาหารที่จะย่อยสลายชั้นเยลลี่/โซนาเพลลูซิดา เพื่อให้สเปิร์มเข้าถึงเยื่อหุ้มพลาสมาของไข่ได้
เพื่อให้แน่ใจว่าลูกหลานมีชุดโครโมโซมแบบดิพลอยด์ที่สมบูรณ์เพียงชุดเดียว สเปิร์มเพียงตัวเดียวสามารถหลอมรวมกับไข่หนึ่งใบได้ การรวมตัวของสเปิร์มมากกว่าหนึ่งตัวกับไข่หรือโพลีสเปิร์มนั้นไม่เข้ากันทางพันธุกรรมกับชีวิตและส่งผลให้ไซโกตตาย มีสองกลไกที่ป้องกัน polyspermy: "การปิดกั้นอย่างรวดเร็ว" ไปยัง polyspermy และ polyspermy "slow block"
กล่าวถึงขั้นตอนข้างต้นและขั้นตอนอื่นๆ ของการปฏิสนธิด้านล่าง:
