§ 5. Оплодотворение и его значение

Определения и обозначения

Оплодотворение — слияние мужской и женской гамет, приводящее к образованию зиготы. Гаметы имеют половинный набор хромосом, поэтому их объединение восстанавливает диплоидный набор, характерный для большинства клеток организма. Это сохраняет постоянное число хромосом вида при смене поколений.

Гаметы — специализированные половые клетки с гаплоидным набором хромосом, который обозначают n. В отличие от них, клетки тела обычно имеют диплоидный набор 2n, то есть две копии каждой хромосомы. Такое различие необходимо, чтобы при слиянии гамет не происходило удвоения числа хромосом в каждом поколении.

Зигота — первая клетка нового организма, возникающая после слияния гамет. Она получает наследственный материал от обоих родителей, поэтому сочетает их генетические варианты. Из зиготы в ходе последующих делений развивается зародыш.

Партеногенез — развитие нового организма из неоплодотворённой яйцеклетки. При нём яйцеклетка не сливается со сперматозоидом, поэтому процесс отличается от обычного оплодотворения. Это понятие помогает не смешивать два разных способа начала развития.

Как это устроено

Мейоз — особый тип деления клеток, при котором число хромосом в образующихся гаметах уменьшается вдвое. Если бы гаметы сохраняли полный набор, их слияние удваивало бы число хромосом в зиготе. Поэтому уменьшение набора заранее обеспечивает его восстановление при оплодотворении: n + n = 2n.

У животных сперматозоид обычно мал и подвижен: его строение помогает добраться до яйцеклетки и передать ей наследственный материал. Яйцеклетка крупнее и содержит запас веществ, который поддерживает первые этапы развития. Различия связаны с тем, что гаметы выполняют неодинаковые задачи, но обе вносят хромосомный набор в зиготу.

У одних животных гаметы встречаются внутри организма самки, у других — во внешней среде. Во внешней среде вероятность встречи зависит от условий, в которых оказались половые клетки, и от того, насколько близко они выделены друг к другу. Чем меньше вероятность встречи, тем меньше шанс слияния гамет и образования зиготы.

После проникновения сперматозоида яйцеклетка обычно запускает блок, мешающий проникнуть другим сперматозоидам. Это важно, потому что каждый дополнительный сперматозоид может внести ещё один набор хромосом. Тогда число хромосом в клетке окажется нарушенным, и нормальное развитие часто становится невозможным.

При оплодотворении объединяется наследственная информация гамет, а их ядра сближаются и сливаются. Так в зиготе оказывается генетический материал обоих родителей и восстанавливается диплоидный набор. Затем зигота делится митозом, и начинается развитие нового организма.

Сравнение гамет и зиготы

Сравнивайте клетки по строкам: так легче увидеть, чем отличаются их функции, наборы хромосом и строение. Зигота не является третьей гаметой: это результат их слияния, обычно уже с диплоидным набором.

Разбор задач

Задача 1. У организма диплоидный набор равен 2n = 24. Определите набор хромосом в его гаметах и зиготе после оплодотворения. Сначала нужно найти половину диплоидного числа, поскольку гаметы образуются с гаплоидным набором. Затем складываем наборы двух гамет.

1. Диплоидный набор равен 24, поэтому гаплоидный набор: n = 24 ÷ 2 = 12.
2. Каждая гамета содержит 12 хромосом, а при слиянии их наборы объединяются: 12 + 12 = 24.
3. Следовательно, в зиготе восстанавливается диплоидный набор 2n = 24.

Ответ: в каждой гамете 12 хромосом, в зиготе — 24. Число не увеличивается относительно клеток тела, потому что половинные наборы гамет складываются.

Задача 2. В опыте яйцеклетку оплодотворили двумя сперматозоидами. Объясните, почему такое развитие обычно нарушается. Нужно учесть, что каждая гамета вносит свой набор хромосом. Яйцеклетка должна объединить его только с одним сперматозоидом.

1. Обозначим набор яйцеклетки как n, а набор каждого сперматозоида — также n.
2. При слиянии с двумя сперматозоидами в клетке окажется n + n + n = 3n, а не обычный набор 2n.
3. Нарушенное число хромосом мешает нормальной работе клеток и часто приводит к неправильному развитию зародыша.

Ответ: развитие обычно нарушается из-за избытка хромосом. Блок проникновения дополнительных сперматозоидов помогает сохранить правильный набор.

Задача 3. У животного гаметы имеют набор n = 8. Определите набор зиготы и клеток зародыша после нескольких митотических делений. Здесь важно различать оплодотворение и митоз: первое объединяет наборы, а второй сохраняет их. Поэтому сначала находим число хромосом в зиготе.

1. При оплодотворении складываются наборы двух гамет: 8 + 8 = 16.
2. Зигота имеет диплоидный набор 2n = 16.
3. При митозе клетки получают такой же набор, как исходная клетка, поэтому клетки зародыша после делений также имеют 16 хромосом.

Ответ: в зиготе и клетках зародыша — по 16 хромосом. Удвоение ДНК перед митозом не меняет число хромосом в дочерних клетках.

Типичные ошибки

Считать оплодотворением только встречу гамет — значит пропустить суть процесса. Ошибка возникает потому, что встреча действительно необходима, но сама по себе ещё не создаёт зиготу. Проверьте себя: в результате оплодотворения должны объединиться гаметы и образоваться первая клетка нового организма.

Приписывать гаметам диплоидный набор неверно: они гаплоидны, а диплоидность восстанавливается в зиготе. Путаница часто появляется из-за того, что клетки тела и зигота обычно имеют набор 2n. Для проверки разделите число хромосом клетки тела пополам и убедитесь, что два набора гамет дают исходное число.

Оплодотворение не следует смешивать с последующими делениями зиготы. Это происходит потому, что оба события относятся к началу развития, но выполняют разные задачи: оплодотворение создаёт зиготу, а митозы увеличивают число клеток зародыша. Проверьте себя вопросом: образовалась ли зигота или она уже делится?

Партеногенез — не обычное оплодотворение, хотя в обоих случаях развитие связано с яйцеклеткой. Ошибку допускают, если обращают внимание только на начало развития и забывают о слиянии гамет. Для проверки выясните, сливалась ли яйцеклетка со сперматозоидом: при партеногенезе этого не происходит.

Связь с другими темами

Для понимания оплодотворения нужно различать митоз и мейоз, а также знать понятия гаплоидного и диплоидного наборов хромосом. Тема связана с наследственностью и изменчивостью: зигота получает генетический материал обоих родителей, который объединяется в новой комбинации. Эти знания пригодятся при изучении эмбрионального развития, способов размножения организмов и репродуктивных технологий.

Что запомнить

• Гаметы имеют гаплоидный набор хромосом.
• При слиянии гамет образуется зигота.
• Зигота обычно имеет диплоидный набор хромосом.
• Оплодотворение объединяет наследственный материал двух родителей.
• Блок проникновения дополнительных сперматозоидов помогает сохранить нормальное развитие.
• Партеногенез — развитие из неоплодотворённой яйцеклетки.