§ 31. Осеменение и оплодотворение у животных. Способы полового размножения животных

Осеменение и оплодотворение у животных

Как известно, половое размножение у животных сопровождается половым процессом в форме копуляции. При этом слияние яйцеклетки и сперматозоида с образованием зиготы называется оплодотворением. Сближение мужской и женской половых клеток перед оплодотворением называется осеменением. Процесс осеменения обусловлен совокупностью факторов, повышающих вероятность встречи половых клеток. К ним относятся: брачное поведение (брачные игры), половая активность самцов и самок, избыточная продукция сперматозоидов, крупные размеры яйцеклеток, выделение половыми клетками специфических веществ, способствующих их сближению.

В зависимости от того, где происходит процесс осеменения — в водной среде или половых путях самки, различают два способа оплодотворения: внешнее и внутреннее. Отличительные особенности этих способов представлены в таблице.

Таблица. Сравнительная характеристика внешнего и внутреннего способов оплодотворения у животных

Внешнее оплодотворение встречается у водных животных: многощетинковых червей, двустворчатых моллюсков, костных рыб, земноводных. Преимущество внешнего оплодотворения заключается в том, что оно приводит к образованию многочисленного потомства. Однако недостатком его является наличие экологических опасностей, значительно снижающих вероятность выживания потомства. Как известно, животные с внешним оплодотворением обычно не заботятся о своем потомстве.

Внутреннее оплодотворение характерно для наземных животных: плоских и круглых червей, брюхоногих моллюсков, паукообразных, насекомых, пресмыкающихся, птиц и млекопитающих. Оно встречается у некоторых водных животных (многощетинковые черви, головоногие моллюски, хордовые рыбы). После оплодотворения у птиц и пресмыкающихся оплодотворенные яйца покрываются защитной оболочкой, устойчивой к потере воды и повреждениям. У млекопитающих эмбрионы развиваются в теле матери и от нее получают все необходимое для процессов жизнедеятельности. Кроме того, большинство птиц и млекопитающих продолжают заботиться о своих детенышах и после рождения, что значительно повышает выживаемость потомства.

Независимо от способа осеменения оплодотворение включает три этапа:

1) проникновение ядра сперматозоида в яйцеклетку;
2) слияние ядер сперматозоида и яйцеклетки с образованием ядра зиготы;
3) активизация зиготы к дроблению и дальнейшему развитию.

Установлено, что оболочка сперматозоида имеет специфические рецепторы, которые узнают химические вещества, выделяемые яйцеклеткой. Поэтому сперматозоиды способны к направленному движению к яйцеклетке. Неоплодотворенная яйцеклетка покрыта несколькими защитными оболочками, предохраняющими ее от неблагоприятных условий. При достижении сперматозоидом яйцеклетки в месте их контакта происходит растворение оболочек, и сперматозоид проникает в яйцеклетку.

После того как ядро сперматозоида проникает в яйцеклетку, под влиянием ее специфических ферментов происходит образование оболочки оплодотворения. Она препятствует доступу других сперматозоидов. Это обеспечивает слияние с яйцеклеткой только одного сперматозоида. Ядро сперматозоида продвигается к ядру яйцеклетки, набухает и сливается с ним — происходит процесс оплодотворения. В результате слияния ядер образуется оплодотворенная яйцеклетка — диплоидная зигота.

Активизация зиготы происходит закономерно: в ней изменяется интенсивность обмена веществ, повышается потребность в кислороде, начинается активный синтез питательных веществ. Клетка готовится к делению.

Способы полового размножения у животных

Половое размножение у животных может происходить двумя способами:

1) с оплодотворением (яйцеклетка сливается со сперматозоидом с образованием зиготы, из которой развивается новый организм);
2) без оплодотворения (новая особь развивается из неоплодотворенной яйцеклетки).

Способ полового размножения, когда взрослая особь развивается из неоплодотворенной яйцеклетки, называется партеногенезом. Хотя партеногенетическое размножение не сопровождается слиянием мужских и женских половых клеток, партеногенез все же считается половым размножением. Ведь организм в этом случае развивается из гаметы, а не из соматической клетки, как при бесполом размножении. Полагают, что партеногенез возник в процессе эволюции раздельнополых форм. Он может наблюдаться как при благоприятных условиях, так и при неблагоприятных. Например, у тлей, дафний летом развиваются самки, а осенью, когда условия среды ухудшаются, из неоплодотворенных яиц развиваются самцы. У пчел, клещей, муравьев и наездников (паразитических ос) партеногенетически появляются только самцы.

У позвоночных партеногенез встречается редко (не более чем у 0,1 % всех видов). Например, существует несколько видов ящериц, которые в естественных условиях размножаются партеногенезом (ящерицы скальные, вараны комодские). Партеногенетические популяции также найдены и у некоторых видов рыб, земноводных, птиц (в том числе у нескольких пород кур и индеек). Cреди млекопитающих cлучаи партеногенеза не известны.

Партеногенез можно вызвать экспериментально воздействием разных раздражителей на неоплодотворенную яйцеклетку, в норме способную к оплодотворению. Применяя механическую или химическую стимуляцию неоплодотворенных яиц различными агентами, можно стимулировать образование оболочки оплодотворения, после чего происходит полноценное развитие. Например, из активированных уколом тонкой иглы икринок лягушки неоднократно удавалось вырастить нормальных головастиков и взрослых лягушек. Такое развитие получило название искусственного партеногенеза.

Проверим знания