В чем заключается биологическое значение оплодотворения
В чем заключается биологическое значение оплодотворения
Оплодотворение — сложный процесс, при котором сперматозоид взаимодействует с гомологичным ооцитом, в результате чего образуется новый организм. Соединение двух гамет у млекопитающих начинается с их перемещения по репродуктивным трактам мужского и женского организмов, продолжающегося до тех пор, пока они не встретятся в женских репродуктивных путях. Последующее взаимодействие между двумя гаметами происходит в несколько этапов, завершающихся их слиянием с образованием зиготы:
• связывание сперматозоида с оболочкой ооцита;
• активация ооцита;
• образование мужского и женского пронуклеусов;
• инициация деления клетки и раннего эмбрионального развития.
В последние 20 лет были предприняты значительные усилия, направленные на идентификацию молекул и сигнальных путей, имеющих отношение к взаимодействию гамет. Взаимодействие и информационный обмен между двумя совершенно чужими клетками осуществляются при помощи множества биологических, физиологических и генетических факторов. Большинство наших знаний о взаимодействии половых клеток получено у животных, базируются они преимущественно на данных, полученных на мышиной модели. Хотя многие молекулы, вовлеченные в процесс оплодотворения, идентифицированные на мышиной модели, сохранились в процессе эволюции и у человека, вопрос о возможности экстраполяции этих данных на человека остается спорным.
Основным экспериментальным методом, используемым для изучения клеточных и молекулярных механизмов взаимодействия сперматозоида и ооцита, служит ЭКО. Теперь, когда ЭКО стало рутинной процедурой (как в отношении лабораторных животных, так и для людей), были выявлены многие ключевые факторы, необходимые для оплодотворения.
В дальнейших статьях на нашем сайте суммированы современные знания о молекулярных и клеточных механизмах оплодотворения, сфокусировано внимание на сегодняшнем понимании клеточных биологических процессов и молекулярных событий, имеющих отношение к имплантации эмбриона, и их прикладное значение для клинической репродуктивной медицины.
История изучения оплодотворения
До того, как в XVII в. зародилась современная биология репродукции и развития, наиболее распространенным было учение о «семенах» плюралистического течения пифагорейской школы, представителями которого были Анаксагор из Клазомен и Эмпедокл из Акрагаса (V в. до н.э.). С точки зрения репродукции человека, термин «плюрализм» означает, что плод происходит от двух родительских «семян». Гиппократ (около 460-370 гг. до н.э.) утверждал, что «семена» вырабатываются всеми частями организма, и каждое «семя» содержит как мужское, так и женское начало; при зачатии потомству передаются части тела, напоминающие того или иного родителя.
Век спустя Аристотель (384-322 гг. до н.э.) подверг критике теорию Гиппократа. Согласно воззрениям Аристотеля, вклад в развитие плода вносит только мужское семя, роль же женщины сводится к обеспечению плода менструальной кровью. Он же заметил, что иногда дети больше напоминают своих дедушек и бабушек, нежели родителей. То, что «семена» тканей и крови могут никак не проявиться у детей, а проявляются только у внуков, с трудом поддавалось объяснению. Аристотель предположил, что мужское семя представляет собой смесь ингредиентов, иногда составленную несовершенно, из-за чего материал предыдущих поколений может проходить незамеченным. Большинство своих идей Аристотель представил в трактате «О происхождении животных».
Это была одна из первых законченных работ по эмбриологии. Более того, Аристотель впервые применил в своем трактате иллюстрации, позволявшие лучше понять его идеи.
Гален (130-201 гг. до н.э.), считающийся величайшим греческим врачом после Гиппократа и основателем экспериментальной физиологии, разделял взгляды Гиппократа на совместный вклад мужских и женских «семян» в репродукцию, но считал, что каждое из них содержит только один элемент. В XVII веке несколько выдающихся открытий дали толчок новым научным направлениям репродуктивной биологии. Уильям Харви (1578-1657) впервые предположил, что человек и другие млекопитающие размножаются посредством оплодотворения ооцита спермой.
Однако основателем современной репродуктивной биологии многие авторы считают Ренье де Граафа (1641-1673). Именно де Грааф в 1672 г. установил, что источником яйцеклеток служат тестикулы женщин, которые теперь мы называем яичниками. Через 5 лет студент-медик Иоганн Хэм впервые увидел под микроскопом в семенной жидкости сперматозоиды, о чем сообщил Антони ван Левенгуку. Он назвал их «анималькулами» и предположил, что они появляются в процессе разложения семенной жидкости.
Левенгук (1632-1723) был первым ученым, сделавшим подробное описание сперматозоидов как составного компонента спермы. Он также предположил, что оплодотворение происходит при проникновении сперматозоида в яйцеклетку, но наблюдать этот процесс ученые не могли в течение последующего столетия из-за низкого качества имеющихся в то время микроскопов.
Другое революционное для научного мышления открытие было сделано итальянским священником и физиологом Ладзаро Спалланцани в 1779 г. До этого времени знания о размножении основывались на примере растений. Считали, что эмбрион — «производное мужского семени, взращенного на женской почве». В своих опытах Спалланцани впервые доказал, что для развития эмбриона необходим истинный физический контакт между яйцеклеткой и спермой. Спалланцани провел серию успешных инсеминаций лягушек, рыб и собак.
Первое успешное искусственное оплодотворение женщины было произведено через 11 лет после опытов Спалланцани. В 1790 г. известный шотландский анатом и хирург доктор Джон Хантер сообщил об успешной инсеминации жены одного мануфактурного торговца спермой мужа. Все эти открытия привели к созданию современных репродуктивных технологий, благодаря которым 25 июля 1978 г. произошло рождение первого ребенка, зачатого с помощью ЭКО (метод разработан Эдвардсом и Стептоу).
Видео физиология оплодотворения
Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021
ГДЗ рабочая тетрадь по биологии 9 класс Пасечник, Швецов Просвещение 2019-2020 Задание: Стр 36 еуроки – ГДЗ без мороки
Биологическое значение оплодотворения заключается в том, что в результате образуется диплоидная клетка, которая сочетает в себе признаки обоих родителей.
Наружное оплодотворение характерно для водных животных, а внутреннее – для наземных.
В результате оплодотворения образуется зигота.
Потому что при благоприятных условиях среды обитания организмам не нужно приспосабливаться к их изменениям. Соответственно, воспроизводить себе подобных менее энергозатратно и быстрее именно бесполым путем. При наступлении неблагоприятных условий есть риски того, что новые организмы не выживут. Это значит, но в новом поколении важно образовывать генетическое разнообразие, что возможно только при половом размножении. Например, кишечнополостные.
Из оплодотворенных яйцеклеток у медоносных пчел формируются только самки – матки и рабочие пчелы с диплоидным набором хромосом (32). Если развивается неоплодотворенная яйцеклетка, то в ней происходит редукция числа хромосом, они делятся пополам, а набор становится гаплоидным. Из них и развиваются трутни (самцы). При слиянии половых клеток самцов с гаплоидным набором (16) с яйцеклетками новый организм получает диплоидный набор хромосом.
Параграф 13. Индивидуальное развитие организма (онтогенез)
Работаем с информацией
Онтогенез – это индивидуальное развитие каждого отдельного организма, который представляет собой сложный процесс его формирования и становления от зарождения и до самой смерти.
Эмбриогенез – это период развития живого организма от момента образования зиготы до момента его рождения (выхода из яйцевых оболочек).
Постэмбриональное развитие – это процесс индивидуального развития живого организма, который начинается с момента его рождения (выходя из яйцевых оболочек) и заканчивается смертью.
Процесс оплодотворения яйцеклетки в подробностях
Понятие беременности подразумевает оплодотворение яйцеклетки, с чего зарождается новая жизнь в женских репродуктивных органах. Как до зачатия, так и в последующем в процесс развития плода постепенно задействуются все органы и системы женщины, создавая благоприятные условия для вынашивания.882
Зам. заведующей эмбриологией, к.б.н.
Условия оплодотворения
Среди этих условий нет какого-то главного, только при совокупном «удачном» стечении обстоятельств оплодотворение яйцеклетки произойдет. А если самостоятельно не удается «поймать» овуляцию, то ее можно определить с помощью ультрасонографии, на ультразвуковом аппарате визуализируется созревание фолликула.
Стадии оплодотворения
Процесс оплодотворения, управляемый гипоталамусом, проходит несколько этапов до формирования полноценного эмбриона:
Стадии оплодотворения
Эмбрион проходит в своем развитии несколько стадий:
Как происходит имплантация эмбриона в эндометрий
Этапы имплантации
После оплодотворения яйцеклетки на 7–10 день наступает очередь важнейшего процесса – имплантации, если он не произойдет, то случится выкидыш еще до того, как факт беременности будет установлен.
Для надежного закрепления в эндометрии, трофобласт выбрасывает своеобразные отростки с питательной жидкостью, которые погружает в маточный слой. К этому времени прогестерон уже подготовил эндометрий к внедрению бластоцисты: слой стал достаточно толстым, чтобы окружить имплантированный эмбрион со всех сторон. В свою очередь трофобласт выделяет хорионический гонадотропин, стимулирующий желтое тело к продуцированию прогестерона и предотвращая наступление месячных. Если по каким-то причинам транспортировка зиготы в полость матки нарушена, то зародыш прикрепится в фаллопиевой трубе, то есть наступит внематочная беременность.
По религиозным и социальным представлениям после того, как сперматозоид оплодотворит яйцеклетку, начинается новая человеческая жизнь. Даже более 50% атеистов в России поддерживают данную версию, около 65% верующих, примерно 50% мужчин, 74% женщин.
Особенности процесса оплодотворения
Упрощенно схему оплодотворения яйцеклетки можно представить следующим образом. При естественном интимном контакте мужская семенная жидкость проникает во влагалище, среда которого в силу повышенного рН губительна для большинства сперматозоидов. Но наиболее жизнеспособные сперматозоиды попадают по цервикальному каналу в шейку, затем – в матку.
Мнение врача
Двигаясь против направления тока жидкости, сперматозоиды попадают в фаллопиевы трубы. Поскольку жидкость в трубах течет от яичника к матке, то спермии продвигаются от матки к половой железе. В трубе (в ампулярной части) уже находится яйцеклетка, вышедшая из фолликула, где и происходит оплодотворение, а именно, слияние ядер половых клеток мужчины и женщины. На этом этапе закладывается геном будущего ребенка. В некоторых случаях половая клетка может быть оплодотворена несколькими спермиями (полиспермия), что, как правило, обусловливает нежизнеспособность зиготы. Если процесса оплодотворения не происходит, то эндометрий (функциональный слой) отторгается и вместе с погибшей яйцеклеткой выводится наружу в виде менструации.
Врач репродуктолог, акушер-гинеколог
При использовании ВРТ половые клетки и эмбрион проходят те же этапы развития, кроме непосредственно слияния двух гамет, которое осуществляется в лабораторных условиях. Эмбрион также развивается в пробирке в стерильных условиях, пока не достигнет стадии имплантации.
Этапы естественного оплодотворения
Данная статья не может быть использована для постановки диагноза, назначения лечения и не заменяет прием врача.
Воспроизведение организмов, его значение. Способы размножения, сходство и различие полового и бесполого размножения. Оплодотворение у цветковых растений и позвоночных животных. Внешнее и внутреннее оплодотворение
Содержание:
Способность давать потомство — одно из важнейших свойств организмов. Они воспроизводят себе подобных, размножаются. Новые особи относятся к тому же биологическому виду, что и родители, генетически с ними сходны.
Воспроизведение организмов, его значение
Размножение должно приводить к получению такого количества потомков, которое превышает число особей в поколении родителей. Это важно, потому что, не все дочерние организмы доживают до состояния половой зрелости и смогут размножаться. Потомки от одной родительской пары могут погибнуть от болезней, хищников, стихийных бедствий. Если потомков больше, чем родителей, то это воспроизведение.
Размножение обеспечивает преемственность, то есть постоянную передачу генетической информации потомству от родителей. Жизнь непрерывна потому, что существует воспроизведение себе подобных. Хотя продолжительность существования конкретной особи конечна, виды в целом существуют длительно по историческим меркам. Выживание групп происходит благодаря воспроизведению.
Способы размножения, сходство и различие полового и бесполого размножения
Даже одна родительская особь, ее отдельные части способны дать начало новым организмам. Образование новых поколений из одной клетки, группы клеток или органа материнского организма относят к бесполому размножению. При этом, родители и потомки обладают сходной или полностью идентичной генетической информацией.
Половое размножение заключается в необходимости слияния половых клеток. Гаметы образуются в разных организмах, поэтому содержат неодинаковый генетический материал.
Способы бесполого размножения
Если происходит простое деление одноклеточного организма, то образуются две дочерние особи. Они тоже состоят из одной клетки, похожей на материнскую. Этот процесс характерен для одноклеточных водорослей и простейших.
У споровиков происходит множественное деление. Типичный представитель этой группы — малярийный плазмодий. Неоднократно делится ядро клетки паразита, после чего делится цитоплазма на такое же количество частей.
Еще один способ бесполого размножения позволяет быстро увеличивать количество особей одного вида. После деления ядра, у дрожжей на поверхности материнской клетки появляется небольшое выпячивание. В него перемещается одно из вновь образовавшихся ядер. Затем новая клетка отделяется. Численность особей быстро увеличивается.
Для многоклеточных организмов тоже характерны спорообразование и вегетативное размножение. Образование спор происходит в жизненном цикле грибов, некоторых групп растений, имеющих более древнее происхождение по сравнению с цветковыми и голосеменными.
Спора — одна клетка с небольшим запасом питательных веществ, защитной оболочкой. Споровое размножение характерно для водорослей, грибов, мхов, папоротников (Рис. 1). Легкие споры разносятся водой и ветром, прорастают только при попадании в благоприятные условия. Так появляются новые организмы.
Рис. 1 Папоротники — споровые растения
При вегетативном размножении группы клеток дают начало новому организму. При почковании выпячивается стенка тела, например, у гидры. Выпуклость постепенно увеличивается в размерах. У дочерней гидры на верхушке выпячивания формируются ротовое отверстие и щупальца. Затем маленькая гидра отпочковывается от материнского организма (Рис. 2).
Рис. 2 Почкование у гидры
Фрагментация — разделение материнского организма на две или более частей. Из каждой развивается дочерняя особь. Способ размножения основан на способности живых существ регенерировать. Организм при повреждении достраивает недостающие части тела. Фрагментация происходит у медуз, актиний, иглокожих, плоских и кольчатых червей. Встречается у растений, например, у многоклеточных водорослей, которые способны размножаться кусочками слоевища.
Полиэмбриония — разделения зародыша. Если такое явление происходит у человека, то рождаются однояйцевые близнецы.
Способность к вегетативному размножению достигает наивысшего развития у растений. Начло новым организмам могут дать целые органы или разные части материнского организма.
Способы вегетативного размножения цветковых растений:
Рис. 3 Укоренение черенка
Для бесполого размножения требуется только одна родительская особь. Образуются генетически идентичные потомки. Это снижает возможности приспособления к изменяющимся условиям среды обитания. Единственным источником изменчивости становятся случайные мутации.
Половое размножение
В этом способе воспроизведения участвуют половые клетки — гаметы, которые сливаются в одну клетку — зиготу. Зигота дает начало новому организму. Перед слиянием необходимо предварительное уменьшение числа хромосом в гаметах в 2 раза, чтобы в момент оплодотворения их число снова стало диплоидным.
Рис. 4 Два вида половых клеток
В процессе мейоза из одной диплоидной клетки возникают четыре с гаплоидным набором хромосом. Оплодотворение способствует восстановлению и поддержанию постоянства кариотипа.
Партеногенез — особая форма полового размножения. Новый организм развивается из неоплодотворенной яйцеклетки. Другое название этого процесса — «девственное развитие». Наблюдается у дафний, пчел, некоторых ящериц.
Конъюгация — форма полового размножения, при которой особи сначала обмениваются фрагментами генетического материала, затем происходит бесполое размножение. Конъюгация — половой процесс у инфузорий.
Черты сходства и различия полового и бесполого размножения
Бесполое размножение способствует сохранению, в процессе естественного отбора, признаков наибольшей приспособленности. Половой процесс создает и сохраняет генетическое разнообразие. Возникают предпосылки для появления новых признаков, которые могут помочь оказаться полезными в изменившихся условиях существования.
Оплодотворение у цветковых растений и позвоночных животных
По наличию гамет растительные организмы относят к двудомным и однодомным. Первые — это мужские и женские особи. У однодомных есть и мужские, и женские цветки на одном растении, как у огурца. Двудомные — растения, несущие либо только женские, либо только мужские цветки, как у тополя, облепихи, ивы.
Встречаются двуполые(гермафродитные) организмы. У простейших, кишечнополостных, плоских червей, дождевого червя, некоторых рыб, моллюсков, ящериц, одна и та же особь производит мужские и женские половые клетки. Также, к гермафродитным организмам относятся многие цветковые растения.
Оплодотворением называют процесс слияния мужской клетки и женской, с образованием зиготы. В отличие от гамет, она имеет диплоидный набор хромосом. Зигота делится, из нее развивается зародыш.
Для оплодотворения необходимы следующие условия:
У растений может происходить оплодотворение мужскими гаметами, произведенными одной особью, женских половых клеток, созревших на другой особи. Возможно, и проникновение собственных сперматозоидов при самоопылении.
Оплодотворение начинается в момент сближения и проникновения сперматозоида в яйцеклетку. Происходит слияние ядер двух половых клеток. Формируются нити веретена первого деления. Образуются две первые клетки нового организма.
Двойное оплодотворение у растений
Опыление — перенос пыльцы, содержащей мужские гаметы (спермии), на рыльце пестика. Только после этого возможно оплодотворение.
Рис. 5 Двойное оплодотворение в цветке
Протекание этапов оплодотворения изучил С.Г. Навашин в 1898 г. Процесс назвали двойным оплодотворением. Участвуют два спермия и одна яйцеклетка. Второй и третий этапы двойного оплодотворения протекают в завязи пестика, где расположен зародышевый мешок с семязачатком.
После оплодотворения происходят митотические деления зиготы, образуется зародыш. Питательные вещества для роста и развития находятся в эндосперме.
Оплодотворение у животных
У позвоночных сближение гамет возможно при синхронизации их выведения из мужского и женского организмов. Облегчает оплодотворение выделение яйцеклеткой особых химических факторов, «направляющих» сперматозоид в пространстве.
Внешнее и внутреннее оплодотворение
У животных возможно наружное или внутреннее оплодотворение. В первом случае мужские и женские гаметы попадают из организма во внешнюю среду. Например, самка выметывает, откладывает яйцеклетки (икру). Самец выделяет сперму. Слияние половых клеток происходит вне тела — в окружающей среде.
Рис. 6 Икра лягушки
Внешнее оплодотворение — характерная особенность примитивно устроенных водных животных. К ним относятся двустворчатые моллюски, большинство видов рыб, многие земноводные (Рис. 6).
Внутреннее оплодотворение отличается от внешнего тем, секрет половых желез самца попадает в половые органы самки, где происходит слияние гамет. Оплодотворенная яйцеклетка зачастую выводится наружу. Внутреннее оплодотворение — характерная черта наземных животных. Этот тип слияния половых клеток встречается у пресмыкающихся, птиц, млекопитающих. Такой способ характерен для некоторых водных насекомых.
Наружно-внутренний — промежуточный тип. Самка способна захватывать половые продукты, выделенные самцом и оставленные во внешней среде на каком-либо субстрате. Так происходит у ряда членистоногих, у хвостатых земноводных.
В протекании оплодотворения у растений и животных можно найти общие черты. Они доказывают единство живой природы. Каждый тип оплодотворения имеет преимущества и недостатки. При выделении половых клеток в окружающую среду, часто происходит их гибель. Этот тип оплодотворения — единственно возможный у животных, ведущих прикрепленный образ жизни.
Внутреннее оплодотворение обеспечивает сохранение большего числа гамет, их потери существенно уменьшаются. Животным необходимо тратить энергию на поиск полового партнера. Кроме того, появляется потомство, мало приспособленное к самостоятельной жизни. Требуется уход родителей.
Живые организмы начинают свою жизнь с одной клетки или части материнского организма. Размножение может быть бесполым или половым, в зависимости от вида участвующих клеток.
Биологическая роль оплодотворения заключается в восстановлении диплоидного набора хромосом при слиянии гаплоидных половых клеток, сочетании в новом организме наследственной информации и признаков двух родителей.
Характеристика основных этапов оплодотворения. Биологическое значение оплодотворения. Половой диморфизм. Партеногенез
Оплодотворение, слияние мужской половой клетки (сперматозоида) с женской (яйцом, яйцеклеткой), приводящее к образованию зиготы — нового одноклеточного организма. Биологический смысл оплодотворения состоит в объединении ядерного материала мужской и женской гамет, что приводит к объединению отцовских и материнских генов, восстановлению диплоидного набора хромосом, а также активации яйцеклетки, то есть стимуляции её к зародышевому развитию. Соединение яйцеклетки со сперматозоидом обычно происходит в воронкообразно расширенной части маточной трубы в течение первых 12 часов после овуляции. Семенная жидкость (сперма), попадая во влагалище женщины при половом сношении (коитусе), обычно содержит от 60 до 150 млн сперматозоидов, которые благодаря движениям со скоростью 2 — 3 мм в минуту, постоянным волнообразным сокращениям матки и труб и щелочной среде уже спустя 1 — 2 минуты после полового акта достигают матки, а через 2 — 3 часа — концевых отделов маточных труб, где обычно и происходит слияние с яйцеклеткой.
Различают моноспермное (в яйцеклетку проникает один сперматозоид) и полиспермное (в яйцеклетку проникают два и более сперматозоидов, но с ядром яйцеклетки сливается только одно ядро сперматозоида) оплодотворение. Сохранению активности спермиев во время прохождения их в половых путях женщины способствует слабощелочная среда шеечного канала матки, заполненного слизистой пробкой. Во время оргазма при половом акте слизистая пробка из шеечного канала частично выталкивается, а затем вновь втягивается в него и тем самым способствует более быстрому попаданию сперматозоидов из влагалища (где в норме у здоровой женщины среда слабокислая) в более благоприятную среду шейки и полости матки. Прохождению сперматозоидов через слизистую пробку шеечного канала способствует и резко повышающаяся в дни овуляции проницаемость слизи. В остальные дни менструального цикла слизистая пробка имеет значительно меньшую проницаемость для сперматозоидов.
Многие сперматозоиды, находящиеся в половых путях женщины, могут сохранять способность к оплодотворению 48 — 72 часа (иногда даже до 4 — 5 суток). Овулировавшая яйцеклетка сохраняет жизнеспособность примерно 24 часа. Учитывая это, наиболее благоприятным временем для оплодотворения считается период разрыва созревшего фолликула с последующим рождением яйцеклетки, а также 2 — 3-й день после овуляции. Вскоре после оплодотворения начинается дробление зиготы и образование зародыша.
Партеногенез (от греч. παρθενος — девственница и γενεσις — рождение, у растений — апомиксис) — так называемое «девственное размножение», одна из форм полового размножения организмов, при которой женские половые клетки (яйцеклетки) развиваются во взрослый организм без оплодотворения. Хотя партеногенетическое размножение не предусматривает слияния мужских и женских гамет, партеногенез все равно считается половым размножением, так как организм развивается из половой клетки. Считается, что партеногенез возник в процессе эволюции организмов у раздельнополых форм.
В тех случаях, когда партеногенетические виды представлены (всегда или периодически) только самками, одно из главных биологических преимуществ партеногенеза заключается в ускорении темпа размножения вида, так как все особи подобных видов способны оставить потомство. Такой способ размножения используется некоторыми животными (хотя чаще к нему прибегают относительно примитивные организмы). В тех случаях, когда из оплодотворённых яйцеклеток развиваются самки, а из неоплодотворённых — самцы, партеногенез способствует регулированию численных соотношений полов (например, у пчёл). Часто партеногенетические виды и расы являются полиплоидными и возникают в результате отдалённой гибридизации, обнаруживая в связи с этим гетерозис и высокую жизнеспособность. Партеногенез следует относить к половому размножению и следует отличать от бесполого размножения, которое осуществляется всегда при помощи соматических органов и клеток (размножение делением, почкованием и т. п.).