Оплодотворение

Оплодотворение у растений, животных и человека - это слияние мужской и женской половых клеток - гамет, в результате которого образуется первая клетка нового организма - зигота. С оплодотворением связано половое размножение и передача наследственной информации от родителей потомкам.

Оплодотворение свойственно большинству растений. Ему обычно предшествует образование гаметангиев (половых органов), в которых развиваются гаметы. Если у растения в цикле развития происходит половой процесс, то происходит и мейоз, т. е. обнаруживается смена ядерных фаз (см. Чередование поколений).

Типы полового процесса у низших растений разнообразны. Назовем лишь основные. Слияние имеющих жгутики гамет, форма и размеры которых одинаковы, называют изогамией, а гаметы - изогаметами. Так, изогамны многие одноклеточные водоросли, например некоторые хламидомонады; будучи одноклеточными, они сами становятся гаметангиями, образуя гаметы. У многоклеточной водоросли улотрикса гаметангиями становятся некоторые не отличающиеся от других клетки. У некоторых изогамных бурых водорослей гаметангии отличны от остальных клеток растения.

У многих изогамных водорослей образовать зиготу может не любая пара гамет, поскольку гаметы физиологически различны. Внешне одинаковые гаметы нельзя назвать ни мужскими, ни женскими; физиологические же различия обозначают при изогамии знаками + и -. Слиться могут только гаметы разных знаков, образованные физиологически разными (+ и -) особями водоросли.

Слияние имеющих жгутики гамет, различающихся физиологически и размерами, называют гетерогамией, а гаметы - женской (более крупную) и мужской (меньшую). Гетерогамны, например, некоторые хламидомона-ды. Слияние безжгутиковой крупной женской гаметы (яйцеклетки) с мелкой, мужской, имеющей обычно жгутик или жгутики (сперматозоидом), носит название оогамии. Женские гаметангии большинства оогамных низших растений называют оогониями, а мужские - антеридиями. Оогамны, например, многие зеленые и бурые, а также красные водоросли.

У изо-, гетеро- и многих оогамных низших растений гаметы выходят из гаметангиев в воду, где и происходит оплодотворение. У некоторых (например, у зеленой водоросли вольвокса) яйцеклетка остается в оогонии, куда проникают вышедшие в воду сперматозоиды и где происходит слияние гамет.

Все высшие растения оогамны. Типичные их гаметангии - антеридии (мужские) и архегонии (женские) - многоклеточны. В архегонии образуется одна яйцеклетка, в антеридии - много сперматозоидов. У мохо- и папоротникообразных вышедшие из антеридиев сперматозоиды подплывают в воде к вскрывшимся архегониям и сливаются с яйцеклетками внутри архегониев. У папоротникообразных и семенных растений оплодотворение происходит на (или в) заростках (гаметофитах), развивающихся у первых самостоятельно, а у вторых - на спорофитах (см. Чередование поколений). Заростки равноспоровых папоротникообразных обоеполы, а разноспоровых и всех семенных - раздельнополы (см. Споры). Сильная редукция мужского заростка семенных растений привела к тому, что антеридии в нем (т. е. в пыльцевом зерне) не формируются ни у голо-, ни у покрытосеменных. В женском заростке (первичном эндосперме) почти всех голосеменных архегонии еще развиваются, а в женском заростке - зародышевом мешке - покрытосеменных их уже нет.

У семенных растений оплодотворению предшествует опыление - перенесение пыльцевых зерен из микроспорангиев, где они начали развиваться из микроспор, в пыльцевую камеру семязачатка (у голосеменных) или на рыльце пестика (у покрытосеменных). Лишь у немногих голосеменных (саговники, гинкго) в мужских заростках образуются многожгутиковые сперматозоиды, а у остальных, например у хвойных, и у всех покрытосеменных мужские гаметы - спермин - жгутиков не имеют.

Сперматозоиды достигают архегониев, двигаясь в выработанной самим растением жидкости. У семенных растений, имеющих спермин, последние идут к яйцеклеткам по пыльцевым трубкам, образуемым мужскими заростками. У покрытосеменных после опыления пыльцевое зерно образует пыльцевую трубку, которая, удлиняясь, растет между клетками рыльца и столбика, входит в полость завязи и, пройдя через пыльцевход семязачатка, врастает своим концом в зародышевый мешок. Здесь из вскрывшейся пыльцевой трубки выходят спермин. Один спермий сливается с яйцеклеткой, образуя диплоидную зиготу, дающую начало зародышу. Второй сливается с центральной клеткой зародышевого мешка, имеющей у большинства покрытосеменных два гаплоидных ядра или одно диплоидное (если ядра слились). После слияния центральной клетки со спермием ее ядро становится триплоидным. Этот своеобразный процесс, свойственный только покрытосеменным растениям, был впервые описан русским ученым С. Г. Навашиным (1898) и назван двойным оплодотворением. Из триплоидной клетки развивается многоклеточная запасающая ткань - вторичный эндосперм, питательные вещества которого используются зародышем на ранних стадиях его развития.

Оплодотворение, независимое от присутствия свободной воды, - одно из важнейших приспособлений семенных растений к существованию на суше.

Оплодотворение у многоклеточных животных заключается в слиянии двух гамет разного пола - сперматозоида и яйцеклетки. Сперматозоид вносит в яйцеклетку наследственный материал, содержащийся в его ядре. Место проникновения сперматозоида в яйцеклетку может определять расположение частей будущего организма. Например, у амфибий та часть яйцеклетки, в которую вошел сперматозоид, в ходе развития превратится в передний конец тела.

До того момента, когда один из сперматозоидов коснется поверхности яйцеклетки, последняя влияет на их поведение, выделяя определенные вещества. Они заставляют сперматозоиды двигаться быстрее или же, наоборот, склеивают и обездвиживают их (это необходимо, если сперматозоидов слишком много). Особенно активные взаимодействия начинаются, как только сперматозоид касается поверхности яйцеклетки. В течение нескольких секунд передняя часть сперматозоида превращается в трубочку, кончик которой склеивается с поверхностью яйцеклетки. Через эту трубочку в яйцеклетку вдавливается содержимое сперматозоида, и в том числе его ядро с наследственным материалом.

В яйцеклетке сразу же начинаются бурные изменения, которые внешне проявляются в том, что на ее поверхности образуется оболочка, препятствующая проникновению других сперматозоидов. Кроме того, в яйцеклетке происходят быстрые перестройки структур цитоплазмы, ответственных за синтез белка: процессы синтеза сразу же и во много раз ускоряются. Лишь после этого наследственный материал сперматозоида, вошедшего в яйцеклетку, объединяется с наследственным материалом ядра яйцеклетки. Материнские и отцовские хромосомы (носители наследственного материала) распределяются поровну по всем клеткам зародыша, образующегося из зиготы - оплодотворенной яйцеклетки.

Источник: Энциклопедический словарь юного биолога. Составитель Аспиз М. Е. Издательство "Педагогика", Москва, 1985