Оплодотворение¶
Оплодотворение — процесс слияния мужской и женской половых клеток (гамет) с образованием зиготы, обладающей двойным набором хромосом. Является ключевой стадией полового размножения у животных, растений и большинства грибов, обеспечивающей генетическое разнообразие потомства. У человека оплодотворение обычно происходит в ампулярной части маточной (фаллопиевой) трубы.
¶Биологическое значение
Половое размножение требует восстановления диплоидного набора хромосом, утраченного в процессе мейоза при образовании гамет. Оплодотворение решает эту задачу: слияние гаплоидных ядер мужской и женской клеток создаёт зиготу с соматическим набором хромосом (у человека — 46). Дополнительный эффект — комбинирование генетического материала отцовской и материнской линий, что повышает адаптивный потенциал популяции.
¶Оплодотворение у животных
¶Подготовка гамет
Сперматозоиды формируются в семенниках в процессе сперматогенеза, яйцеклетки — в яичниках в процессе оогенеза. У большинства позвоночных зрелая яйцеклетка покидает фолликул в момент овуляции; сперматозоиды поступают в половые пути при половом акте или иным способом (у рыб, амфибий — наружное оплодотворение).
¶Стадии процесса
- Сближение и активация. Сперматозоиды преодолевают барьеры женского полового тракта, ориентируясь на химические сигналы (хемотаксис). У морских беспозвоночных и рыб оплодотворение наружное: гаметы вымешаются в воду.
- Контакт со скорлупой яйца. У большинства животных сперматозоид связывается с оболочками яйцеклетки — блестящей оболочкой (zona pellucida у млекопитающих) или вителлиновой мембраной.
- Акросомная реакция. В передней части сперматозоида (акросоме) высвобождаются ферменты (гиалуронидаза, акрозин), растворяющие оболочки яйца, и формируется акросомальный тяж, обеспечивающий контакт с плазматической мембраной яйцеклетки.
- Слияние мембран. Происходит включение сперматозоида в цитоплазму яйцеклетки.
- Кортиковая реакция. Гранулы кортика слоя яйца высвобождаются в перивителлиновое пространство, изменяя свойства оболочек и блокируя проникновение дополнительных сперматозоидов (полиспермия).
- Образование мужского и женского пронуклеусов. Ядро сперматозоида разрыхляется, хроматин деспирализуется; ядро яйцеклетки завершает второе деление мейоза.
- Кариогамия. Ядра сливаются, формируется диплоидное ядро зиготы, начинается дробление.
¶Виды оплодотворения
| Тип | Место | Примеры |
|---|---|---|
| Наружное | Внешняя среда (вода) | Рыбы, земноводные, большинство беспозвоночных |
| Внутреннее | В половых путях самки | Млекопитающие, птицы, пресмыкающиеся, насекомые |
¶Оплодотворение у человека
У человека оплодотворение внутреннее. Сперматозоиды попадают во влагалище, преодолевают шейку матки, полость матки и трубу; путь занимает около 1–2 часов. Яйцеклетка, как правило, оплодотворяется в ампулярном отделе трубы в течение 12–24 часов после овуляции. Слияние гамет запускает биохимические изменения, препятствующие дальнейшему проникновению сперматозоидов, и инициирует развитие зиготы. Имплантация бластоцисты в эндометрий происходит на 6–7-е сутки.
¶Оплодотворение у растений
У голосеменных и покрытосеменных растений оплодотворение двойное: спермий (один из двух спермиев пыльцевого зерна) сливается с яйцеклеткой, образуя зародыш, второй — с центральной клеткой с образованием эндосперма. У мхов и папоротников гаметы раздельнополы, оплодотворение требует наличия воды, по которой сперматозоиды достигают архегония.
¶Искусственное оплодотворение
В медицине применяются методы вспомогательных репродуктивных технологий:
- ЭКО (экстракорпоральное оплодотворение) — слияние гамет в лабораторных условиях, перенос эмбриона в полость матки.
- ИКСИ (интрацитоплазматическая инъекция сперматозоида) — введение одного сперматозоида непосредственно в ооцит.
- Искусственное осеменение — введение спермы в половые пути самки (применяется в животноводстве и ветеринарии).
Первое в мире ребёнок, рождённый после ЭКО, — Луиза Браун (Великобритания, 1978). В России методика внедрена в 1980-е годы; первая российская «дети ЭКО» родились в 1986–1987 годах.
¶Интересные факты
- Сперматозоид человека содержит около 37,5 млн белков и является одной из самых маленьких клеток человека (длина хвоста — около 50 мкм).
- Яйцеклетка — самая крупная клетка человека (диаметр около 120 мкм).
- У человека за один цикл созревает, как правило, одна яйцеклетка, тогда как у кошек и собак — до нескольких десятков.
¶Источники
- Биология. Общая биология. 9 класс / под ред. И. Н. Пономарёвой. — Просвещение.
- Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Биология. 9 класс. — Дрофа.
- Садовникова Н. А. Биология. Половое размножение. — Просвещение.
- Alberts B. et al. Molecular Biology of the Cell. — Garland Science.