18. Половое размножение животных

Определения и обозначения

Половая клетка, или гамета, — клетка, участвующая в половом размножении; при слиянии гамет возникает новый организм. Иначе говоря, это клетка, которая соединяется с другой половой клеткой. У животных гаметы бывают мужскими и женскими, а их соединение даёт начало развитию нового организма.

Сперматозоид — мужская половая клетка, обычно небольшая и подвижная. Подвижность помогает ему добраться до яйцеклетки, даже если между ними есть расстояние. Его особое строение связано прежде всего с поиском и встречей с женской половой клеткой.

Яйцеклетка — женская половая клетка, обычно крупная и содержащая запас питательных веществ. Этот запас нужен зародышу в начале развития, пока он не может получать питание самостоятельно. Поэтому яйцеклетке важно не столько активно двигаться, сколько обеспечить первые этапы развития.

Оплодотворение — слияние мужской и женской половых клеток с образованием зиготы. При этом клетки соединяются, и возникает первая клетка будущего организма. Знание этого термина помогает отличать само слияние клеток от последующих событий, например развития зародыша или откладывания яйца.

Как это устроено

У животных образуются мужские и женские половые клетки, потому что для полового размножения нужны две гаметы, участвующие в создании зиготы. Их особенности связаны с разными задачами: одной клетке нужно отыскать другую, а другой — обеспечить начало развития. Поэтому сперматозоид обычно меньше и подвижнее, а яйцеклетка крупнее и содержит запас питательных веществ. Различия в строении помогают каждой клетке выполнять свою роль.

Когда сперматозоид встречается с яйцеклеткой, происходит оплодотворение и образуется зигота. Это возможно потому, что половые клетки сливаются и объединяют то, что необходимо для начала развития нового организма. Зигота — не готовое животное, а одна клетка, из которой начинается его развитие. Поэтому встреча гамет служит началом последовательности дальнейших изменений.

После образования зигота развивается в зародыш, а из зародыша постепенно формируется организм животного. Клетки зародыша делятся и начинают выполнять разные задачи, благодаря чему постепенно возникают части тела и органы. Для этого начального развития требуется время и питание. Запас яйцеклетки помогает зародышу на первых этапах, но дальнейшие условия зависят от того, где он развивается.

При наружном оплодотворении половые клетки сливаются вне тела самки. Обычно это происходит в воде: влага мешает клеткам высохнуть, а сами клетки могут встретиться в окружающей среде. Однако успешное оплодотворение зависит от того, окажутся ли гаметы рядом в подходящее время. Поэтому животных с таким способом часто связывает водная среда размножения.

При внутреннем оплодотворении половые клетки сливаются внутри тела самки, где они защищены от высыхания и внешних условий. После оплодотворения развитие зародыша может продолжиться в теле матери или в яйце. Значит, место слияния половых клеток и место дальнейшего развития — не одно и то же. Внутреннее оплодотворение описывает именно то, где гаметы слились, а не то, где обязательно вырастет детёныш.

Сравнение наружного и внутреннего оплодотворения

Сначала найдите в таблице строку о месте слияния клеток: это главный признак, по которому различают два способа. Остальные строки помогают сравнить условия, количество гамет и примеры животных. Слово «обычно» напоминает, что в природе встречаются особенности и исключения.

Разбор задач

Задача 1. У рыбы и млекопитающего сравните, где происходит оплодотворение и чем различаются условия встречи половых клеток.

1. Вспомним, что у многих рыб оплодотворение наружное: гаметы сливаются вне тела самки, обычно в воде.
2. У млекопитающих оплодотворение внутреннее: слияние происходит внутри тела самки.
3. Сравним условия: в воде сперматозоид и яйцеклетка должны встретиться в окружающей среде, а внутри тела гаметы защищены от высыхания.

Ответ: у рыбы оплодотворение обычно наружное и происходит в воде, а у млекопитающего — внутреннее. Значит, условия встречи половых клеток у них различаются местом и степенью защиты от внешней среды.

Задача 2. Объясните, почему яйцеклетка обычно крупнее сперматозоида.

1. Сопоставим функции клеток: сперматозоид должен добраться до яйцеклетки, поэтому он обычно небольшой и подвижный.
2. Яйцеклетка обеспечивает начало развития зародыша и содержит запас питательных веществ.
3. Запас занимает место, поэтому яйцеклетка обычно крупнее. Различие размеров связано с разными задачами, а не с тем, что одна клетка важнее другой.

Ответ: яйцеклетка обычно крупнее, потому что в ней есть питательные вещества для первых этапов развития зародыша, а сперматозоид приспособлен к движению и встрече с ней.

Задача 3. У первого вида половые клетки сливаются в воде, у второго — внутри тела самки. Определите тип оплодотворения и возможные преимущества каждого способа.

1. Определяем место слияния гамет: в воде вне тела самки — это наружное оплодотворение.
2. Слияние внутри тела самки означает внутреннее оплодотворение.
3. Наружное оплодотворение возможно в воде, где клетки не высыхают, но их встреча зависит от условий среды. Внутреннее защищает гаметы от высыхания, а после слияния зародыш может развиваться в теле матери или в яйце.

Ответ: у первого вида наружное оплодотворение, у второго — внутреннее. Возможное преимущество наружного способа — размножение в водной среде, внутреннего — более защищённые условия для встречи половых клеток.

Типичные ошибки

Ошибка — считать оплодотворение и откладывание яйца одним и тем же. Оплодотворение означает слияние половых клеток, а яйцо может быть отложено позднее. Такое смешение возникает, потому что оба события связаны с размножением. Проверьте себя вопросом: произошло ли слияние гамет или речь идёт о появлении яйца вне тела самки?

Ошибка — думать, что при внутреннем оплодотворении зародыш обязательно развивается в теле матери. Внутренним называют слияние гамет внутри тела самки, но зародыш после этого может развиваться и в яйце. Путаница появляется из-за сходных слов «внутреннее оплодотворение» и «развитие внутри». Чтобы проверить себя, отдельно назовите место оплодотворения и место развития зародыша.

Ошибка — считать сперматозоид и яйцеклетку одинаковыми по строению и запасам питательных веществ. Обычно сперматозоид небольшой и подвижный, а яйцеклетка крупнее и содержит запас питательных веществ. Их смешивают, если запоминают лишь то, что обе клетки участвуют в размножении. Проверьте себя: какая клетка движется к другой, а какая обеспечивает зародыш запасом на первых этапах?

Ошибка — утверждать, что при наружном оплодотворении гаметы сливаются внутри самки. Название способа указывает на то, что встреча клеток происходит вне её тела. Путаницу может вызвать то, что размножение всё равно связано с самкой и самцом. Чтобы проверить себя, спросите, где именно соединяются сперматозоид и яйцеклетка: снаружи или внутри тела самки.

Связь с другими темами

Для понимания размножения нужно знать, что животные способны давать начало новым организмам и что развитие начинается с одной клетки. Тема опирается на знания о клетке и её частях: половые клетки тоже являются клетками, но у них разные особенности и функции. Это помогает связать строение клетки с её ролью в организме и размножении. Позже знание способов оплодотворения пригодится при изучении развития животных и их приспособлений к среде обитания.

Что запомнить

• Половое размножение связано с участием мужской и женской половых клеток.
• Сперматозоид — мужская, а яйцеклетка — женская половая клетка.
• Слияние гамет называется оплодотворением.
• Первая клетка нового организма после оплодотворения — зигота.
• При наружном оплодотворении половые клетки сливаются вне тела самки.
• При внутреннем оплодотворении слияние половых клеток происходит внутри тела самки.