Оплодотворение

Определения и обозначения

Оплодотворение — процесс слияния мужской и женской гамет, в результате которого обычно образуется зигота. Гаметы — половые клетки, участвующие в размножении. Их слияние объединяет наследственный материал родителей и даёт начало развитию нового организма.

Зигота — первая клетка нового организма, возникающая при слиянии гамет и содержащая наследственный материал обоих родителей. Она начинает делиться и постепенно даёт начало многоклеточному организму. Поэтому зигота — уже не гамета, а результат оплодотворения.

Наружное оплодотворение — слияние гамет вне организма самки, обычно в водной среде. Гаметы оказываются снаружи и должны встретиться в окружающей среде. Вода помогает им сохраняться и перемещаться, поэтому для такого способа размножения она особенно важна.

Внутреннее оплодотворение — слияние гамет внутри организма самки, в её половых путях. Такое место встречи защищает гаметы от высыхания и других воздействий внешней среды. Понимание этого определения помогает отличить внутренний способ от наружного по месту слияния клеток.

Как это устроено

Мужские и женские гаметы образуются в ходе мейоза — особого деления клеток, при котором число хромосом уменьшается вдвое. Поэтому у каждой гаметы гаплоидный набор: в нём содержится по одной хромосоме из каждой пары. Это необходимо, чтобы при соединении двух гамет число хромосом не удваивалось в каждом поколении.

Сначала гаметы должны встретиться, иначе оплодотворение не начнётся. Затем мужская гамета проникает в женскую, и их ядра сближаются. Наконец, ядра сливаются, объединяя содержащиеся в них хромосомы; таким образом, проникновение клетки — лишь часть последовательности, а не весь процесс.

В ядре каждой гаметы находится гаплоидный набор хромосом. Когда ядра сливаются, эти наборы объединяются и обычно образуют диплоидный набор, характерный для клеток организма. Возникшая клетка называется зиготой; именно поэтому после оплодотворения развитие начинается с одной клетки с наследственным материалом обоих родителей.

При наружном оплодотворении гаметы встречаются вне тела самки, чаще всего в воде. В водной среде они могут перемещаться и не высыхают так быстро, поэтому вероятность встречи выше, чем на сухой поверхности. При внутреннем оплодотворении гаметы соединяются в половых путях самки, где встреча происходит в защищённых условиях.

Оплодотворение важно не только потому, что после него появляется зигота. В ней сочетаются наследственные признаки двух родителей, поэтому потомок получает новую комбинацию наследственного материала. Образование зиготы также запускает развитие нового организма: её клетка начинает делиться, а затем формируются ткани и органы.

Наружное и внутреннее оплодотворение

Чтобы сравнить способы, сначала посмотри на место слияния гамет: именно оно определяет название. Затем сопоставь условия встречи и её вероятность. Указания «обычно» важны: особенности размножения могут различаться у разных групп организмов.

Разбор задач

Задача 1. В гаметах организма содержится по 12 хромосом. Сколько хромосом будет в зиготе после оплодотворения? Нужно учесть, что зигота получает хромосомы от обеих гамет. Поэтому сложим их гаплоидные наборы.

1. В первой гамете 12 хромосом.
2. Во второй гамете также 12 хромосом.
3. Складываем наборы: 12 + 12 = 24.

Ответ: в зиготе будет 24 хромосомы. Это диплоидный набор для данного организма, восстановленный при слиянии гамет.

Задача 2. Рыбы откладывают икру и выделяют молоки в воду. Определите, где происходит оплодотворение, и назовите необходимое условие. Икра содержит женские гаметы, а молоки — мужские. По условию они оказываются во внешней среде и там могут встретиться.

1. Устанавливаем место встречи гамет: это происходит вне организма самки.
2. Называем тип: такое слияние является наружным оплодотворением.
3. Определяем условие: нужна вода, чтобы гаметы не высохли и могли встретиться.

Ответ: оплодотворение происходит наружным способом; необходима водная среда.

Задача 3. Гаметы животных поместили в сухую среду, и слияния не произошло. Объясните результат и сравните его с возможностью оплодотворения внутри самки. Для ответа важно выяснить, что мешало гаметам встретиться и могли ли они сохраняться в таких условиях. Затем сопоставим внешнюю среду с условиями внутри организма.

1. В сухой среде гаметы могут быстро высохнуть, а их перемещение затруднено.
2. Поэтому вероятность встречи и слияния становится очень низкой; для наружного оплодотворения обычно нужна вода.
3. Внутри организма самки гаметы встречаются в половых путях, где они защищены от высыхания.

Ответ: слияния не произошло из-за неподходящей сухой среды. Внутри организма самки оплодотворение возможно, поскольку гаметы встречаются в более защищённых условиях.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что оплодотворение заканчивается проникновением сперматозоида в яйцеклетку. Так думают, потому что проникновение хорошо заметно, но без слияния ядер наследственные наборы не объединяются. Проверка: проследи, завершилась ли последовательность слиянием ядер гамет.

Ошибка — приписывать гаметам диплоидный набор хромосом. Это происходит, если забыть, что при мейозе число хромосом уменьшается вдвое. Проверка: обозначь набор гаметы как n, а после слияния двух наборов — обычно как 2n.

Ошибка — путать зиготу с гаметой. Гамета участвует в оплодотворении, а зигота возникает после слияния гамет и начинает развитие организма. Проверка: спроси себя, появилась ли клетка до слияния или уже в результате него.

Ошибка — считать, что наружное оплодотворение возможно в любой среде. Такое представление не учитывает, что снаружи гаметы могут высохнуть и не встретиться. Проверка: выясни, есть ли условия для их сохранения и перемещения; обычно для наружного оплодотворения нужна вода.

Связь с другими темами

Чтобы понять оплодотворение, нужно знать, чем половые клетки отличаются от соматических, то есть клеток тела. Также пригодятся понятия мейоза и набора хромосом: они объясняют, почему гаметы несут половинный набор, а при оплодотворении он обычно восстанавливается.

После образования зиготы начинается эмбриональное развитие, поэтому знание оплодотворения помогает понять его начальный этап. Оно связано и с размножением организмов, и с наследственной изменчивостью: при слиянии гамет объединяется наследственный материал родителей.

Что запомнить

• Оплодотворение — слияние мужской и женской гамет.
• Гаметы имеют гаплоидный набор хромосом.
• В результате оплодотворения образуется зигота.
• В зиготе обычно восстанавливается диплоидный набор хромосом.
• Наружное оплодотворение происходит вне организма самки, чаще всего в воде.
• Внутреннее оплодотворение происходит внутри организма самки.