Мета навчання
Що таке запліднення?
Запліднення — це процес злиття чоловічих і жіночих статевих клітин, що дає початок розвитку нового організму.
Чоловіча гамета або «сперма» і жіноча гамета «яйцеклітина» або «яйцеклітина» є спеціалізованими статевими клітинами, які зливаються разом, щоб почати формування зиготи під час процесу, який називається статевим розмноженням.
Процес запліднення у тварин може відбуватися як внутрішнім, так і зовнішнім, різниця, яка значною мірою визначається способом народження. Люди є прикладом внутрішнього запліднення, тоді як розмноження морського коника є прикладом зовнішнього запліднення.
Зовнішнє запліднення
Зовнішнє запліднення зазвичай відбувається у водному середовищі, де і яйцеклітини, і сперма вивільняються у воду. Після того, як сперма досягає яйцеклітини, відбувається запліднення.
Здебільшого зовнішнє запліднення відбувається під час процесу нересту, коли одна або кілька самок випускають ікру, а самець (самці) випускають сперму в тій самій області одночасно. Вивільнення репродуктивного матеріалу може бути спровоковано температурою води або тривалістю світлового дня. Майже всі риби нерестяться, як і ракоподібні (такі як краби та креветки), молюски (такі як устриці), кальмари та голкошкірі (такі як морські їжаки та морські огірки).
Пари риб, які не відкладають ікру, можуть демонструвати поведінку залицяння . Це дозволяє самці вибрати конкретного самця. Тригер для вивільнення яйцеклітини та сперматозоїда (нерест) призводить до того, що яйцеклітина та сперматозоїд розміщуються на невеликій ділянці, підвищуючи можливість запліднення.
Зовнішнє запліднення у водному середовищі захищає ікру від висихання. Трансляція нересту може призвести до більшого змішування генів у групі, що призводить до вищого генетичного різноманіття та більших шансів на виживання виду у ворожому середовищі. Для сидячих водних організмів, таких як губки, трансляційний нерест є єдиним механізмом запліднення та колонізації нових середовищ. Наявність у воді запліднених яєць і молодняку, що розвивається, створює можливості для хижацтва, що призводить до втрати потомства. Таким чином, мільйони яйцеклітин повинні бути вироблені особинами, а потомство, отримане за допомогою цього методу, має швидко дозрівати. Рівень виживання ікри, виробленої під час нересту, низький.
Внутрішнє запліднення
Внутрішнє запліднення найчастіше відбувається у наземних тварин, хоча деякі водні тварини також використовують цей метод. Існує три способи народження потомства після внутрішнього запліднення.
Перевагою внутрішнього запліднення є захист заплідненої яйцеклітини від зневоднення на суші. Ембріон ізольований всередині самки, що обмежує хижацтво молодняку. Внутрішнє запліднення посилює запліднення яєць конкретним самцем. За допомогою цього методу утворюється менше потомства, але їх виживаність вища, ніж при зовнішньому заплідненні.
| Зовнішнє запліднення | Внутрішнє запліднення |
| Злиття чоловічої статевої клітини (сперма) і жіночої статевої клітини (яйцеклітини) відбувається поза організмом | Злиття гамет відбувається всередині організму |
| Обидві особини виділяють свої гамети поза тілом | Сперму в жіночі статеві шляхи виділяє тільки чоловік |
| Розвиток відбувається поза організмом | Розвиток відбувається всередині організму |
| Шанси вижити потомства менше. Тому виробляється велика кількість яєць | Шансів на виживання потомства більше. Тому виробляється невелика кількість яєць |
| Наприклад, жаба, риба | Наприклад, люди, птахи, корова, курка |
Запліднення у рослин відбувається після запилення і проростання. Запилення відбувається шляхом перенесення пилку - чоловічих мікрогамет насіннєвих рослин, що виробляють сперму - з однієї рослини на стигму (жіночий репродуктивний орган) іншої. Пилкове зерно поглинає воду і відбувається проростання.
Пророщене пилкове зерно проростає пилковою трубкою, яка росте і проникає в яйцеклітину (структуру яйця рослини) через пору, яка називається мікропілою. Потім сперма переноситься через пилкову трубку з пилку.
У квіткових рослин відбувається вторинне запліднення. З кожного пилкового зерна переносяться два сперматозоїди, один з яких запліднює яйцеклітину з утворенням диплоїдної зиготи. Ядро другого сперматозоїда зливається з двома гаплоїдними ядрами, що містяться в другій жіночій гаметі, яка називається центральною клітиною. Це друге запліднення утворює триплоїдну клітину, яка згодом набухає і розвиває плодове тіло.
Процес запліднення, який включає перехресне запліднення між гаметами двох різних особин, чоловічої та жіночої статі, називається аллогамією. Автогамія, також відома як самозапліднення, відбувається, коли дві гамети з однієї особини зливаються; це відбувається у гермафродитів, таких як плоскі черви та деякі рослини.
Підживлення рослин
Злиття двох різнорідних статевих репродуктивних одиниць (гамет) називається заплідненням. Цей процес відкрив Страсбургер (1884).
1. ПРОРОЩЕННЯ
Проростання пилкового зерна на рильці та зростання пилкової трубки: пилкові зерна досягають сприйнятливого рильця плодолистка під час акту запилення. Пилкові зерна, прикріпившись до рильця, вбирають воду і набухають. Після взаємного розпізнавання та прийняття пилкових зерен пилкове зерно проростає (in vivo) , утворюючи пилкову трубку, яка росте у рильце у напрямку до порожнини яєчника.
Г. Б. Амічі (1824) відкрив пилкову трубку у Portulaca oleracea. Як правило, лише одна пилкова трубка виробляється пилковим зерном (однофонний). Але деякі рослини, такі як представники гарбузових, виробляють багато пилкових трубочок ( полісифонні ). Пилкова трубка містить вегетативне ядро або ядро трубки та дві чоловічі гамети. Пізніше вегетативна клітина дегенерує. Тепер пилкова трубка досягає яйцеклітини після проходження крізь стрижень.
2. ВХІД ПИЛКОВОЇ ТРУБКИ В СІМЯСЯМЯСЯД
Досягнувши зав'язі, пилкова трубка потрапляє в семязачаток. Пилкова трубка може потрапити в яйцеклітину одним із таких шляхів:
a. Порогамія. Коли пилкова трубка потрапляє в яйцеклітину через мікропіле, це називається порогамією . Це найпоширеніший тип, наприклад Лілія
b. Халазогамія - Вхід пилкової трубки в яйцеклітину з халазальної області відомий як халазогамія. Халазогамія зустрічається рідше, наприклад, Casuarina, Juglans, Betula тощо.
в. Мезогамія - Пилкова трубка потрапляє в семязачаток через його середню частину, тобто через покрив (наприклад, Cucurbita, Populus ) або через канатик (наприклад, Pistacia ).
3. ВХІД ПИЛКОВОЇ ТРУБКИ В ЗАРОДОВИЙ МІШУК
Пилкова трубка входить у зародковий мішок лише з мікропілярного кінця незалежно від способу її входу в семязачаток. Пилкова трубка або проходить між синергідом і яйцеклітинами, або входить в одну з синергід через ниткоподібний апарат. Синергіди керують ростом пилкової трубки шляхом виділення деяких хімічних речовин ( хемотропна секреція ). Кінчик пилкової трубки входить в один синергид. Прониклий синергид починає дегенерувати. Після проникнення кінчик пилкової трубки збільшується і розривається, вивільняючи більшу частину свого вмісту, включаючи дві чоловічі гамети та вегетативне ядро, у синергид.
4. ПОДВІЙНЕ ЗАПЛІДНЕННЯ
Ядра обох чоловічих статевих клітин вивільняються в зародковий мішок. Одна чоловіча гамета зливається з яйцеклітиною, утворюючи диплоїдну зиготу. Процес називається сингамією або генеративним заплідненням.
Диплоїдна зигота нарешті розвивається в ембріон. Інша чоловіча гамета зливається з двома полярними ядрами (або вторинним ядром), утворюючи триплоїдне первинне ядро ендосперму. Процес називається потрійним злиттям або вегетативним заплідненням. Ці два акти запліднення складають процес подвійного запліднення. Подвійне запліднення відбувається лише у покритонасінних.
Процес запліднення у тварин
Запліднення - це процес, під час якого один гаплоїдний сперматозоїд зливається з однією гаплоїдною яйцеклітиною, утворюючи зиготу. Кожна з сперматозоїдів і яйцеклітин має особливі особливості, які роблять цей процес можливим.
Яйцеклітина є найбільшою клітиною, що утворюється у більшості видів тварин. Яйцеклітина людини приблизно в 16 разів більша за сперматозоїд людини. Яйця різних видів містять різну кількість жовтка , поживних речовин для підтримки росту ембріона, що розвивається. Яйце оточене желеподібним шаром , що складається з глікопротеїнів (білків, які містять цукор), який вивільняє специфічні для виду хемоаттрактанти (хімічні атрактори), які спрямовують сперму до яйця. У ссавців цей шар називається оболонкою (zona pellucida) . У плацентарних ссавців оболонку оболонки оточує шар фолікулярних клітин. Zona pellucida/желеподібний шар відокремлений від яйця мембраною, яка називається жовтковою оболонкою , яка знаходиться за межами плазматичної мембрани клітини. Безпосередньо під плазматичною мембраною яйцеклітини знаходяться кортикальні гранули, везикули, що містять ферменти, які руйнують білки, які утримують жовткову оболонку навколо плазматичної мембрани, коли відбувається запліднення.
Сперматозоїд є однією з найменших клітин, що утворюються у більшості видів тварин. Сперма складається з головки, яка містить щільно упаковану ДНК, джгутикового хвоста для плавання та багатьох мітохондрій, які забезпечують рух сперматозоїдів. Плазматична мембрана сперматозоїда містить білки під назвою біндин, які є видоспецифічними білками, які розпізнають і зв’язуються з рецепторами на плазматичній мембрані яйцеклітини. На додаток до ядра, головка сперматозоїда також містить органеллу, звану акросомою, яка містить травні ферменти, які руйнують желеподібний шар/зону пелюцида, щоб дозволити сперматозоїдам досягти плазматичної мембрани яйцеклітини.
Щоб гарантувати, що потомство має лише один повний диплоїдний набір хромосом, лише один сперматозоїд може злитися з однією яйцеклітиною. Злиття більш ніж одного сперматозоїда з яйцеклітиною або поліспермія генетично несумісні з життям і призводять до загибелі зиготи. Існує два механізми, які запобігають поліспермії: «швидке блокування» поліспермії та «повільне блокування» поліспермії.
Вищевказані та інші етапи запліднення обговорюються нижче:
