§42. Оплодотворение и эмбриональное развитие животных

Определения и обозначения

Оплодотворение — слияние мужской и женской гамет, приводящее к образованию зиготы. Оно объединяет наследственный материал родителей и начинает развитие нового организма. Оплодотворение бывает наружным, если гаметы встречаются вне тела, и внутренним, если это происходит в половых путях.

Зигота — первая клетка нового организма, возникающая при слиянии гамет и содержащая наследственный материал обоих родителей. В ней объединяются хромосомные наборы яйцеклетки и сперматозоида. Зигота служит исходной клеткой, из которой последующими делениями развивается зародыш.

Дробление — серия быстрых митотических делений зиготы без увеличения общего объёма зародыша. Клетки, возникающие при этих делениях, называются бластомерами. Благодаря дроблению одна крупная клетка превращается во множество клеток, из которых затем строится зародыш.

Гаструляция — этап развития, когда клетки зародыша перемещаются и формируют зародышевые листки. Эти клеточные слои дают начало разным тканям и органам. Поэтому гаструляция задаёт основу дальнейшего плана строения организма.

Как это устроено

Способ оплодотворения связан с условиями жизни животных. В воде гаметы могут встречаться вне организма, поэтому многие водные животные выделяют их одновременно и в большом количестве: это повышает шанс слияния. На суше гаметы быстро высыхали бы, поэтому внутреннее оплодотворение обеспечивает их встречу в защищённых половых путях и создаёт более безопасные условия для раннего развития.

Когда сперматозоид проникает в яйцеклетку, запускаются реакции, мешающие проникновению других сперматозоидов. Это необходимо, потому что слияние нескольких гамет нарушило бы нормальное количество хромосом и могло бы помешать развитию. Затем ядра гамет объединяют наследственный материал, восстанавливают диплоидный набор хромосом, и образуется зигота.

При дроблении зигота быстро делится митозом, а число бластомеров растёт. Между делениями клетки почти не увеличиваются, поэтому размеры зародыша в целом остаются близкими к исходным. Это отличается от обычного роста организма, при котором клетки увеличиваются в размерах и наращивают массу тканей.

Во время гаструляции клетки меняют положение и образуют зародышевые листки. Наружный слой — эктодерма, внутренний — энтодерма; у животных с тремя листками между ними формируется мезодерма. Разные слои дают начало определённым группам тканей, поэтому их появление распределяет клеточные «задачи» для последующего развития.

После гаструляции происходят нейруляция и органогенез. Во время нейруляции закладываются структуры нервной системы, а при органогенезе формируются другие органы и системы. Клетки специализируются, то есть приобретают различное строение и функции, и зародыш постепенно получает характерный для своего вида план строения.

Основные этапы эмбрионального развития животных

Читайте таблицу сверху вниз: она показывает последовательность основных этапов от слияния гамет до закладки органов. В графе «Что происходит» ищите процесс, а в последней графе — его непосредственный результат. Так легче отличить дробление, гаструляцию и органогенез друг от друга.

Разбор задач

Задача 1. У морского животного гаметы выделяются в воду. Определите тип оплодотворения и назовите условие, повышающее вероятность встречи гамет.

1. Выделение гамет в воду означает, что их встреча происходит вне организма.
2. Такой способ называют наружным оплодотворением.
3. Поскольку гаметы могут рассеиваться в воде, одновременное выделение большого количества гамет повышает шанс их встречи.

Ответ: наружное оплодотворение; вероятность встречи повышает массовое и одновременное выделение гамет.

Задача 2. После нескольких делений зиготы число клеток увеличилось, но размер зародыша почти не изменился. Назовите процесс и объясните наблюдение.

1. Сопоставляем описание с этапом, на котором зигота многократно делится на бластомеры.
2. Такой процесс называется дроблением.
3. Общий размер почти не меняется, потому что деления идут без значительного роста клеток между ними.

Ответ: это дробление; число клеток растёт, но общий объём зародыша почти не увеличивается.

Задача 3. В опыте нарушено перемещение клеток зародыша, и зародышевые листки не формируются. Какой этап развития нарушен и к каким последствиям это приведёт?

1. Образование зародышевых листков связано с перемещением клеток.
2. Следовательно, нарушен этап гаструляции.
3. Без правильной закладки листков клетки не смогут нормально дать начало тканям и органам, поэтому последующее развитие будет нарушено.

Ответ: нарушена гаструляция; это приведёт к неправильной дифференцировке и формированию тканей и органов.

Типичные ошибки

Ошибка — считать оплодотворение простым контактом гамет. Такое представление упускает проникновение сперматозоида, слияние наследственного материала и возникновение зиготы. Её допускают, если запоминают только момент встречи клеток; проверь себя, назвав итог процесса и что именно объединяется.

Ошибка — путать дробление с ростом зародыша. При дроблении клеток становится больше, но общий размер почти не меняется, тогда как рост означает увеличение размеров или массы. Чтобы проверить себя, спроси: увеличивается ли объём зародыша, или меняется прежде всего число клеток?

Ошибка — считать зародышевые листки уже готовыми органами. На самом деле это клеточные слои, из которых позднее развиваются ткани и системы органов. Путаница возникает из-за того, что листки связаны с определёнными частями будущего организма; проверь себя, различая исходный слой и сформированный орган.

Ошибка — смешивать гаструляцию, нейруляцию и органогенез. Это связанные, но разные этапы: при гаструляции возникают листки, при нейруляции закладываются структуры нервной системы, при органогенезе формируются органы. Проверка простая: соотнеси название этапа с его главным результатом, не меняя их последовательность.

Связь с другими темами

Для понимания оплодотворения нужно знать строение гамет и то, как они образуются в ходе мейоза. Важно различать гаплоидный набор хромосом в гаметах и диплоидный набор, который восстанавливается после их слияния. Эти знания объясняют, почему гаметы несут половинный набор наследственного материала и как формируется зигота.

Тема связана с онтогенезом — индивидуальным развитием организма от его возникновения до завершения жизни. Она также помогает понять передачу наследственных признаков и появление различий между организмами. При изучении позвоночных эти этапы позволяют сравнивать способы размножения и особенности развития зародыша.

Что запомнить

• При оплодотворении гаметы сливаются, образуя зиготу.
• Зигота получает наследственный материал от обоих родителей.
• Дробление увеличивает число клеток, но почти не увеличивает размер зародыша.
• Гаструляция приводит к формированию зародышевых листков.
• Из зародышевых листков развиваются ткани и органы.
• Нейруляция и органогенез обеспечивают закладку структур будущего организма.