§ 36. Оплодотворение

Определения и обозначения

Оплодотворение — слияние мужской и женской гамет, в результате которого обычно образуется зигота. Это не просто встреча половых клеток: их наследственный материал объединяется, и начинается развитие нового организма. Так передаются признаки обоих родителей.

Зигота — клетка, возникающая при оплодотворении. Её наследственный материал происходит от обеих гамет, поэтому она сочетает информацию родителей. Зигота служит началом развития организма: позднее она делится и образует новые клетки.

Наружное оплодотворение — слияние гамет вне организма самки. Оно обычно происходит в воде или во влажной среде, где гаметы не высыхают слишком быстро и сперматозоиды могут двигаться. Поэтому для такого размножения важны подходящие условия и одновременное выделение гамет.

Внутреннее оплодотворение — слияние гамет внутри организма самки. В отличие от наружного, встреча половых клеток происходит не во внешней среде, а в организме. Это уменьшает зависимость оплодотворения от воды вокруг животных и защищает гаметы от части внешних воздействий.

Как это устроено

Чтобы произошло оплодотворение, сперматозоид должен достичь яйцеклетки. Условия встречи зависят от способа размножения: при наружном оплодотворении гаметы оказываются в окружающей среде, а при внутреннем сперматозоид попадает в организм самки. Важны также подвижность сперматозоида, расстояние между гаметами и то, насколько быстро они теряют жизнеспособность.

Добравшись до яйцеклетки, сперматозоид проникает через её оболочки. Затем ядра гамет сближаются и сливаются, объединяя наследственную информацию. Так образуется зигота: гаплоидные наборы хромосом двух гамет дают диплоидный набор, характерный для клеток организма данного вида.

Яйцеклетка должна принять наследственный материал только одного сперматозоида. После его проникновения в ней происходят изменения, которые затрудняют или блокируют проникновение остальных. Если защитный механизм нарушен, в зиготе может оказаться слишком много хромосом; это часто мешает нормальному развитию или делает его невозможным.

При наружном оплодотворении гаметы сливаются вне тела самки, обычно в воде. Внешняя среда увеличивает вероятность потери или гибели гамет, поэтому встреча зависит от места и времени их выделения. При внутреннем оплодотворении слияние происходит в организме самки: гаметы и ранние стадии развития лучше защищены, а вероятность встречи обычно выше.

Оплодотворение восстанавливает диплоидный набор хромосом после того, как гаметы получили гаплоидные наборы. При этом зигота получает наследственный материал обоих родителей, поэтому их признаки могут сочетаться у потомства. Новая комбинация наследственной информации способствует разнообразию организмов.

Сравнение наружного и внутреннего оплодотворения

Сравнивайте прежде всего место слияния гамет и условия, от которых зависит их сохранность. Строки о вероятности встречи и защите помогают понять, почему при наружном оплодотворении часто выделяется много гамет.

Разбор задач

Почему у животных, размножающихся в воде с наружным оплодотворением, обычно выделяется много гамет?

1. Определяем, где оказываются гаметы: они выделяются во внешнюю водную среду, а не соединяются внутри организма самки.

2. Учитываем потери: часть гамет не встречается, рассеивается или погибает, поэтому не участвует в оплодотворении.

3. Связываем количество с результатом: выделение большого числа гамет повышает вероятность того, что хотя бы часть сперматозоидов достигнет яйцеклеток.

Ответ: много гамет выделяется потому, что при наружном оплодотворении значительная их часть теряется, а многочисленность повышает шанс встречи и образования зигот.

Что образуется после слияния ядер яйцеклетки и сперматозоида и как меняется набор хромосом?

1. Устанавливаем исходные наборы: в ядрах яйцеклетки и сперматозоида обычно находится по одному гаплоидному набору хромосом, обозначаемому n.

2. Прослеживаем слияние: наследственный материал обеих гамет объединяется в одной клетке.

3. Определяем результат: в клетке становится два набора, то есть 2n, и она называется зиготой.

Ответ: образуется зигота с диплоидным набором хромосом (2n). Число хромосом не увеличивается бесконтрольно: два гаплоидных набора объединяются и восстанавливают диплоидный.

Сравните оплодотворение у рыб и млекопитающих по месту слияния гамет и условиям, необходимым для успешного размножения.

1. У многих рыб гаметы выделяются в воду, где и происходит их слияние. Для успеха необходимы водная среда и условия, позволяющие яйцеклеткам и сперматозоидам встретиться.

2. У млекопитающих сперматозоид достигает яйцеклетки внутри организма самки, поэтому оплодотворение внутреннее. Встреча гамет меньше зависит от окружающей среды.

3. Сопоставляем последствия: у рыб гаметы больше подвержены воздействию среды, у млекопитающих оплодотворение и раннее развитие лучше защищены.

Ответ: у многих рыб слияние гамет происходит в воде вне тела самки, а у млекопитающих — внутри её организма. Рыбам необходимы подходящие водные условия и близость выделившихся гамет, тогда как внутреннее оплодотворение млекопитающих защищает гаметы от внешней среды.

Типичные ошибки

• Считать оплодотворением только встречу гамет. Их встреча ещё не означает, что наследственный материал объединился и образовалась зигота. Ошибку допускают, потому что представляют процесс как простое сближение клеток; проверьте себя вопросом, появился ли результат — зигота.

• Путать оплодотворение с дроблением зиготы. Оплодотворение образует зиготу, а дробление — её последующие деления. Эти процессы следуют друг за другом, поэтому полезно проверять порядок этапов: сначала слияние гамет, затем деление клетки.

• Утверждать, что наружное оплодотворение происходит вне воды. Для него обычно нужна вода или влажная среда, поддерживающая подвижность и сохранность гамет. Путаница возникает из-за слова «наружное», которое указывает на место относительно тела самки, а не на отсутствие воды.

• Считать, что число хромосом в зиготе удваивается без ограничения. Гаметы гаплоидны, и при их слиянии обычно восстанавливается диплоидный набор. Проверьте рассуждение обозначениями: n + n = 2n, а не бесконечное увеличение числа наборов.

Связь с другими темами

Для понимания оплодотворения нужно знать, чем гаметы отличаются от соматических клеток, и различать гаплоидный и диплоидный наборы хромосом. Тема связана с размножением, мейозом и передачей наследственной информации от родителей потомству. Позже эти знания помогут разобраться в раннем эмбриональном развитии: после образования зиготы начинаются её дробление и дальнейшее индивидуальное развитие организма.

Что запомнить

• Оплодотворение — слияние мужской и женской гамет.
• Результатом оплодотворения обычно становится зигота.
• Ядра гамет несут наследственный материал родителей.
• При слиянии гаплоидных гамет в зиготе восстанавливается диплоидный набор хромосом.
• При наружном оплодотворении слияние гамет происходит вне организма самки.
• При внутреннем оплодотворении гаметы сливаются внутри организма самки.