какое оплодотворение у млекопитающих наружное или внутреннее
Химия, Биология, подготовка к ГИА и ЕГЭ
Внутреннее и внешнее оплодотворение
Оплодотворение — это слияние половых клеток (гаплойдных) с образованием зародыша (диплойдного организма).
Вот только оплодотворение, оказывается, бывает разным.
наружного (внешнего) оплодотворения
Наружное или внешнее оплодотворение наблюдается у водных беспозвоночных, рыб и у земноводных.
В яичниках самок рыб развивается икра , состоящая из отдельных икринок. В парных семенниках самцов образуется семенная жидкость ( молоки ), содержащая сперматозоиды. В период нереста самки через половое (которое находится около анального) отверстие выбрасывают (выметывают) в воду икру. Находящиеся рядом самцы рым поливают икру семенной жидкостью. Подвижные сперматозоиды достигают икринок (яйцеклеток) и происходит оплодотворение, в результате которого образуется зигота.
Нерестом называют поведение рыб в период размножения. В основе нереста лежат инстинкты.
Деление зиготы приводит к формированию личинки рыбы. Сначала она развивается в икринке, позже выходит из нее. При этом личинка продолжает питаться за счет запаса питательных веществ, находящихся в желточном мешке, которые находится на брюшной стороне личинки.
Когда личинка начинает питаться самостоятельно (обычно мелкими взвешенными в воде организмами — планктоном) и становится похожа на взрослую рыбу (но маленькую), она называется мальком .
Защита о потомстве есть у рыб с внешним оплодотворением, но у таких видов количество икринок гораздо меньше.
Родители защищают свое потомство от неблагоприятных факторов внешней среды и большинство мальков выживает
Внутреннее оплодотворение
Слияние гамет происходит внутри родительского (женского) организма. Соответственно, развитие зародыша тоже происходит внутри.
Особенности внешнего и внутреннего оплодотворения у животных
При половом размножении два родителя передают гены своему потомству, что приводит сочетанию унаследованных черт. Эти гены передаются через процесс, называемый оплодотворением. Во время оплодотворения мужские и женские половые клетки сливаются и образовывают одну клетку, называемую зиготой. Зигота растет и развивается посредством митозом в полностью функционирующий новый организм. Существует два способа, с помощью которых может происходить оплодотворение.
Первый способ – это внешнее оплодотворение (яйцеклетка оплодотворяется вне тела), а второй – внутреннее оплодотворение (яйцеклетка оплодотворяется в репродуктивном тракте самки). В то время как оплодотворение необходимо для организмов, которые размножаются половым путем, особи, размножающиеся бесполым путем не нуждаются оплодотворении. Эти организмы производят генетически идентичные копии самих себя посредством бинарного деления, почкования, фрагментации, партеногенеза или других форм бесполого размножения.
Половые клетки
У животных половое размножение включает слияние двух разных гамет, образующих зиготу. Гаметы производятся типом деления клеток, называемым мейозом. Гаметы гаплоидны (содержат только один набор хромосом ), тогда как зигота диплоидна (содержит два набора хромосом). В большинстве случаев мужская гамета (сперматозоид) является подвижной и обычно имеет жгутик. С другой стороны, женская гамета (яйцеклетка) является не подвижной и относительно большой по сравнению с мужской.
У людей гаметы производятся в мужских и женских гонадах. Мужские гонады – это яички, а женские гонады – яичники. Гонады также вырабатывает половые гормоны, которые необходимы для развития первичных и вторичных репродуктивных органов и структур.
Внешнее оплодотворение
Внешнее оплодотворение происходит главным образом во влажных средах и требует, чтобы самец и самка выпускали или передавали свои гаметы в окружающую их среду (обычно воду). Этот процесс также называется нерестом. Преимущество внешнего оплодотворения заключается в том, что оно приводит к производству большого количества потомков. Один из недостатков заключается в том, что экологические опасности, такие как хищники, значительно уменьшают вероятность дожить до зрелого возраста.
Амфибии, рыбы и кораллы являются примерами организмов, которые воспроизводятся с помощью внешнего оплодотворения. Животные, размножающиеся таким способом, обычно не заботятся о своем потомстве после нереста. Некоторые нерестовые животные обеспечивают различную степень защиты и ухода за яйцами после оплодотворения. Одни прячут яйца в песке, а другие переносят их в мешочках или во рту. Эта дополнительная забота увеличивает шансы потомства на выживание.
Внутреннее оплодотворение
Внутреннее оплодотворение происходит при слиянии половых клеток (гамет) самца и самки внутри репродуктивного тракта самки. Животные, которые используют внутреннее оплодотворение, специализируются на защите развивающегося яйца. Например, рептилии и птицы откладывают оплодотворенные яйца, которые покрыты защитной оболочкой, устойчивой к потере воды и повреждениям.
Млекопитающие, за исключением монотремов, шагнули на ступень выше, позволяя эмбриону развиваться в утробе матери. Такая дополнительная защита увеличивает шансы на выживание, потому что мать обеспечивает эмбрион всем, что ему необходимо для нормального развития. Фактически, большинство матерей-млекопитающих продолжают заботиться о своих детенышах в течение нескольких лет после рождения.
Самец или самка
Важно отметить, что не все животные строго делятся на самцов и самок. Животные, такие как морские анемоны, могут иметь как мужские, так и женские репродуктивные структуры; Они известны как гермафродиты. Некоторые гермафродиты способны к самооплодотворению, но большинство нуждается в партере для размножения. Поскольку обе вовлеченные стороны становятся оплодотворенными, этот процесс удваивает количество потомства, которое появится на свет. Гермафродитизм – хорошее решение проблемы нехватки потенциальных половых партнеров. Другим решением является способность менять пол от самца к самке (протэндри) или от самки к самцу (протогиния). Определенные виды рыб, например, губановые могут изменяться от самки к самцу в процессе перехода во взрослую жизнь.
Оплодотворение у млекопитающих
Оплодотворение как процесс объединения мужской и женской гаметы. Перенос сперматозоида в женском половом тракте. Дистантное и конактное взаимодействие гамет. Сингамия, кортикальная реакция. Презумптивные зоны как источники развития участков бластулы.
На основании всех этих точно установленных фактов можно сказать, что всякий организм, как бы ни был он сложен и велик, начинает свою жизнь в виде одной маленькой, часто микроскопической клетки-яйца, которое должно быть оплодотворено для своего дальнейшего развития. Неоплодотворенные же яйца у большинства животных неспособны к дальнейшему развитию и погибают. Отсюда естественно сделали заключение, что оплодотворение необходимо для развития, т. е. для размножения и деления яйцевой клетки. у всех многоклеточных животных отличают два типа клеток. Клетки телесные, из которых строятся все органы и ткани (мышцы), и клетки половые.
Телесные клетки неподвижны и фактически лишены возможности конъюгировать между собой. Впрочем, если бы конъюгация была возможна, она все равно не достигла бы цели, так как происходила бы между родственными клетками.
Мейоз ведет к уменьшению генетического материала вдвое, благодаря чему количество генетического материала у особей данного вида в ряду поколений остается постоянным. Во время мейоза происходит несколько важных процессов: случайное расхождение хромосом (независимое расчленение), обмен генетическим материалом между гомологичными хромосомами (кроссинговер). В результате этих процессов возникают новые комбинации генов. Поскольку ядро зиготы после оплодотворения содержит генетический материал двух родительских особей, это повышает генетическое разнообразие внутри вида. Если суть и биологическое значение полового процесса едины для всех организмов, то его формы очень разнообразны и зависят от уровня эволюционного развития, среды обитания, образа жизни и некоторых других особенностей.
Биологический смысл полового размножения состоит в том, что возникающие организмы могут сочетать полезные признаки отца и матери. Такие организмы более жизнеспособны. Половое размножение играет важную роль в эволюции организмов.
1. Понятие оплодотворения
В зависимости от видовой принадлежности организмов у животных, размножающихся половым путем, различают наружное и внутреннее оплодотворение.
Наружное оплодотворение происходит в окружающей среде, в которую поступают мужские и женские половые клетки. Например, наружным является оплодотворение у рыб. Выделяемые ими мужские (молока) и женские (икра) половые клетки поступают в воду, где и происходит их «встреча» и объединение. Данные об оплодотворении у морских ежей свидетельствуют о том, что уже через 2 секунды после соприкосновения сперматозоидов и яйцеклетки наступают изменения в электрических свойствах плазменной мембраны яйцеклетки. Слияние содержимого гамет наступает через 7 секунд.
В механизмах оплодотворения многое еще остается неясным. Предполагают, что проникновение в яйцеклетку ядерного материала лишь одного из множества сперматозоидов связано с изменениями электрических свойств плазматической мембраны яйцеклетки. По вопросу о причинах активации сперматозоидом метаболизма яйцеклетки существует две гипотезы. Одни исследователи считают, что связывание сперматозоида с внешними рецепторами на поверхности клеток представляет собой сигнал, который через мембрану поступает внутрь яйцеклетки и активирует там инозитолтрифосфат и ионы кальция. Другие полагают, что сперматозоиды содержат специальный инициирующий фактор.
Оплодотворенная яйцеклетка дает начало зиготе, развитие организмов через образование зигот называют зигогенезом. Экспериментальные разработки, выполненные в последние годы, показали, что оплодотворение яйцеклеток млекопитающих, включая человека, возможно и в пробирке, после чего зародыши, развившиеся в пробирке, могут быть имплантированы в матку женщины, где они могут развиваться дальше. К настоящему времени известны многочисленные случаи рождения «пробирочных» детей. Установлено также, что оплодотворить яйцеклетку человека способны не только сперматозоиды, но и сперматиды. Наконец, возможно оплодотворение яйцеклеток (лишенных искусственно ядер) млекопитающих ядрами их соматических клеток.
Оплодотворение осуществляет две разные функции:
Важная роль в процессе оплодотворения принадлежит сперматозоиду, он необходим для:
* активации яйца, побуждения его к началу развития (данная функция не специфична: в качестве активирующего фактора сперматозоид может быть заменен рядом физических или механических агентов, например при партеногенезе);
* внесения в яйцеклетку генетического материала отца.
2. Перенос сперматозоида в женском половом тракте
Канал шейки матки (цервикальный канал) является первым этапом, который должны преодолеть сперматозоиды. Образование слизи шейки матки находится под контролем гормонов. Эстрогены в 1 фазе стимулируют образование обильной цервикальной слизи, в то время как прогестерон во 2 фазу секреторную активность желез «сгущает». Помимо секрета желез шейки матки в состав цервикальной слизи может входить незначительное количество эндометриальной, трубной и, возможно, фолликулярной жидкости. Кроме этого, цервикальная слизь включает в себя лейкоциты, погибшие клетки эндометрия и эпителия канала шейки матки. И, таким образом, представляет собой гетерогенную субстанцию. Около 50% цервикальной слизи представлено водой.
Циклические изменения в слизи оказывают влияние на жизнеспособность и подвижность сперматозоидов в канале шейки матки. Благоприятные для сперматозоидов изменения в цервикальной слизи наступают приблизительно с 9-го дня нормального 28-дневного менструального цикла и постепенно возрастают, достигая, пика в период овуляции, а увеличение вязкости в лютеиновой фазе цикла создает для сперматозоидов труднопреодолимый барьер. Сперматозоиды могут задерживаться в слизи шейки матки, где они длительно сохраняют жизнеспособность и постепенно медленно проникают в полость матки.
Таким образом, цервикальная слизь:
— создает условия для проникновения сперматозоидов в период овуляции, или наоборот препятствует проникновению сперматозоидов в другие периоды менструального цикла;
— защищает сперматозоиды от «враждебной» среды во влагалище;
— накапливает энергию для сперматозоидов;
— осуществляет отбор сперматозоидов по подвижности и морфологии;
— создает резервуар для сперматозоидов;
— запускает реакции капацитации (изменение сперматозоида при прохождении полости матки).
Одним из наиболее важных показателей, влияющих на способность сперматозоидов к проникновению через шеечную слизь, является консистенция цервикальной слизи. Наименьшая резистентность к проникновению сперматозоидов наблюдается в середине цикла, когда вязкость слизи минимальна, а повышенная вязкость в лютеиновую фазу создает труднопреодолимый барьер для сперматозоидов. Отмершие клетки и лейкоциты создают дополнительное препятствие для миграции сперматозоидов. Так, выраженный эндоцервицит часто сопровождается снижением фертильности. Цервикальная слизь доступна для проникновения сперматозоидов в течение ограниченного периода времени. Длительность этого промежутка времени у каждой женщины индивидуальна, и может отличаться в разных циклах.
В репродуктивном тракте мужчины сперматозоиды имеют низкую оплодотворяющую способность. Нормальная оплодотворяющая способность сперматозоидов формируется после эякуляции в женском репродуктивном тракте. Формирование нормальной оплодотворяющей способности сперматозоидов, или капацитация, происходит в результате образования спермы, т. е. смешивания сперматозоидов с семенной жидкостью во влагалище, а также во время продвижения сперматозоидов через слизь шейки матки. Продвижению сперматозоидов в просвете фаллопиевых труб способствуют собственная двигательная активность сперматозоидов и направленные в сторону каудального отдела труб волны сокращения гладких мышц стенки яйцевода.
Двигательная активность сперматозоидов, находящихся в каудальной части фаллопиевых труб, возрастает через несколько минут после овуляции. Это свидетельствует о том, что ооцит или фолликулярные клетки высвобождают сигнальные факторы, которые активируют подвижность сперматозоидов (хемотаксис) и направляют их в зону оплодотворения. Только небольшая часть сперматозоидов человека (2-12 %) обладает хемотаксисом, т. е. реагирует на хемостимуляцию фолликулярными факторами. Поэтому в оплодотворении ооцита избирательно участвуют только капацитированные сперматозоиды.
Сперматозоид человека движется при помощи жгутика. Во время движения сперматозоид обычно вращается вокруг своей оси. Скорость движения сперматозоида человека может достигать 0,1 мм в сек. или более 30 см в час. У человека приблизительно через 1-2 часа после коитуса с эякуляцией первые сперматозоиды достигают ампулярной части фаллопиевой трубы.
3. Перемещение яйца
После того, как произойдет оплодотворение яйцеклетки, она начинает постепенно двигаться по трубе в сторону матки. Движение осуществляется при помощи сокращения мышц стенок яйцевода и колебания ресничек, покрывающих трубу изнутри. Двигается яйцо не очень быстро и достигает матки только на 8-10 день после оплодотворения. Постепенно зародыш начинает выделять особые ферменты, разрушающие слизистую оболочку матки. Внутри нее происходит эрозия, к которой и прикрепляется зародыш. Этот процесс называется нидацией.
Зародыш, при помощи ворсинок, покрывающих его внешнюю оболочку, постепенно вступает в контакт с кровеносными сосудами тела женщины. Если раньше его питание обеспечивали вещества, содержащиеся в самом яйце, то теперь это происходит за счет матери. Через ее кровь к нему начинают поступать питательные вещества и кислород. Полностью процесс присоединения зародыша к стенке матки завершается на 12-14 день после оплодотворения.
Нидация зародыша напрямую зависит от скорости его продвижения к матке. Во время перемещения яйца по трубе постепенно происходит формирование особого верхнего слоя, вырабатывающего впоследствии ферменты, позволяющие разрушить слизистую оболочку матки и прикрепиться к ее стенке. Если же движение происходит слишком быстро, то этот слой не успевает сформироваться, следовательно, зародыш не сможет прикрепиться к матке. В результате произойдет выкидыш.
4. Жизнеспособность яиц и сперматозоидов
Для определения времени, в течение которого сохраняется оплодотворяющая способность сперматозоидов, находящихся в половом тракте крольчихи, Hammond произвел следующие опыты. Известно, что овуляция у крольчихи наступает через 10 ч после покрытия ее самцом. Введя искусственно сперматозоиды во влагалище крольчихи, автор затем покрывал ее самцом, у которого хирургическим путем был перевязан семявыводящий проток. Таким образом, самец при покрытии самки не мог выделить своих сперматозоидов и, если беременность наступала, то, следовательно, от тех сперматозоидов, которые были искусственно введены во влагалище. Покрывая таким самцом самок в различное время после их искусственного обсеменения, Гаммонд установил время жизнеспособности сперматозоидов. На рис. 149 представлен опыт Гаммонда. В результате этих опытов было установлено, что наибольшая оплодотворяющая способность сперматозоидов, находящихся в половом тракте крольчих, сохраняется в течение 18 ч, так как только в пределах этого времени беременность наступала в 90,9%.
Способность к оплодотворению яйцеклетки изучена еще меньше. Hoehne полагает, что яйцеклетка может быть оплодотворенной и по прошествии 3-4 дней после овуляции. По Гаммонду, наибольшее время жизнеспособности яйцевой клетки равняется 4 ч. Несмотря на то, что данные, полученные в эксперименте на животных, не могут быть безоговорочно отнесены к человеку, тем не менее они могут в известной мере характеризовать жизнеспособность половых клеток вообще, и в частности, у человека.
Процесс слияния гамет, т.е. собственно оплодотворение, разделяют на три последовательные фазы:
1) дистантное взаимодействие гамет и их сближение;
2) контактное взаимодействие гамет и активизация яйцеклетки;
* осуществление встречи спермиев и яиц при их низкой концентрации в среде;
* предотвращение оплодотворения яиц спермиями другого вида. [8]
В ходе эволюции выработалось, соответственно и два механизма и для решения поставленных задач: видоспецифичное привлечение спермиев и видоспецифичная их активация.
4 оборота в минуту. Эти движения обусловлены биением жгутиков сперматозоидов, которые продолжаются около
Сперматозоиды при контакте с яйцеклеткой могут связывать десятки тысяч молекул гликопротеида Zp3. При этом отмечается запуск акросомальной реакции. Акросомальная реакция характеризуется повышением проницаемости плазмалеммы спермия к ионам Са2+ и её деполяризацией. Это способствует слиянию плазмалеммы с передней мембраной акросомы.
Ферменты разрушают блестящую зону, спермий проходит через разрыв и входит в перивителлиновое пространство, расположенное между блестящей зоной и плазмалеммой яйцеклетки. Через несколько секунд изменяются свойства плазмалеммы яйцеклетки, и начинается кортикальная реакция, а ещё через несколько минут наступает зонная реакция, в процессе которой изменяются свойства блестящей зоны.
50 нм, препятствующая полиспермии, то есть проникновению других спермиев. Механизм кортикальной реакции включает приток ионов натрия через участок мембраны сперматозоида, встроенный в поверхность яйцеклетки после завершения акросомальной реакции. В результате отрицательный мембранный потенциал клетки становится слабоположительным. Приток ионов натрия обусловливает высвобождение ионов кальция из внутриклеточных депо и увеличение его содержания в гиалоплазме яйцеклетки. Вслед за этим начинается экзоцитоз кортикальных гранул. Высвобождающиеся из них протеолитические ферменты разрывают связи между блестящей зоной и плазмалеммой яйцеклетки, а также между спермиями и прозрачной зоной. Кроме того, выделяется гликопротеид, связывающий воду и привлекающий её в пространство между плазмалеммой и блестящей зоной. Вследствие этого формируется перивителлиновое пространство. Наконец, выделяется фактор, способствующий отвердению прозрачной зоны и образованию из нее оболочки оплодотворения.
Благодаря механизмам предотвращения полиспермии только одно гаплоидное ядро сперматозоида получает возможность слиться с одним гаплоидным ядром яйцеклетки, что приводит к восстановлению характерного для всех клеток диплоидного набора хромосом. Проникновение сперматозоида в яйцеклетку через несколько минут значительно усиливает процессы внутриклеточного метаболизма, что связано с активизацией её ферментативных систем. Это служит стимулом для завершения второго деления мейоза, и овоцит второго порядка становится зрелым яйцом. При этом образуется также второе полярное тельце, которое тотчас же дегенерирует, а хвост сперматозоида рассасывается в цитоплазме ядра. Ядра обеих гамет превращаются в пронуклеусы и сближаются. Мембраны пронуклеусов разрушаются, а отцовские и материнские хромосомы прикрепляются к образовавшимся нитям веретена. К этому времени оба гаплоидных набора, содержащих у человека по 23 хромосомы, уже реплицировались, и возникшие в результате 46 пар хроматид выстраиваются по экватору веретена, как в метафазе митоза. Слияние пронуклеусов называется кариогамией и продолжается около
оплодотворение гамета сперматозоид сингамия
Оплодотворение осуществляет две разные функции:
Важная роль в процессе оплодотворения принадлежит сперматозоиду, он необходим для:
* активации яйца, побуждения его к началу развития (данная функция не специфична: в качестве активирующего фактора сперматозоид может быть заменен рядом физических или механических агентов, например при партеногенезе);
* внесения в яйцеклетку генетического материала отца.
Существует несколько принципов классификации процесса оплодотворения:
— по месту проникновения сперматозоида в яйцеклетку:
* наружное (оплодотворение происходит во внешней среде);
* внутреннее (оплодотворение происходит в половых путях самки).
— по количеству сперматозоидов участвующих в оплодотворении:
* моноспермное (один сперматозоид);
* полиспермное (два и более сперматозоидов)
У ряда беспозвоночных, рыб, хвостатых амфибий и птиц возможна полиспермия, когда в яйцо проникает несколько сперматозоидов, однако с ядром яйцеклетки сливается ядро только одного спермия.
Конкретные особенности оплодотворения очень сильно варьируют у различных видов. Взаимодействие гамет подразделяют на четыре стадии:
* проникновение сперматозоида в яйцеклетку;
* слияние генетического материала.
После этих процессов начинаются процессы дробления.
1. Алланазарова Н.А. “Биология индивидуального развития” (учебное пособие) Самарканд, 2002.
2. Афанасьев Ю.И., Юрина Н.А. “Гистология, цитология, эмбриология” М.: Медицина, 2001.
3. Белоусов Л.В. “Основы общей эмбриологии” М.: Изд-во МГУ, 1993. С. 53-68.
4. Гилберт С. “Биология развития” Т. 1. М.: Мир, 1993.
7. Карлсон Б.М. “Основы эмбриологии по Пэттену.” Т. 1. М.: Мир, 1983.
8. Кноррэ А. Г. “Краткий очерк эмбриологии человека” М.: Медицина, 1967.
9. Токин Б.П. “Общая эмбриология” М.: Высш. школа, 1987.
10. Юрина Н.А., Торбек В.Э., Румянцева Л.С. “Основные этапы эмбриогенеза позвоночных животных и человека” М., 1984.
Подобные документы
презентация [540,5 K], добавлен 28.12.2012
Гаметы как репродуктивные клетки, имеющие гаплоидный (одинарный) набор хромосом и участвующие в гаметном, в частности, половом размножении. Основные этапы их жизненного цикла. Строение сперматозоида и яйцеклетки. Процесс оплодотворения, влияющие факторы.
презентация [1,5 M], добавлен 16.12.2014
реферат [195,4 K], добавлен 07.06.2010
Осуществление биосинтеза андрогенов. Тестостерон как основной андроген, его воздействие на ткани организма и основной эффект. Секреция андрогенов у женщин корой надпочечника и яичниками. Влияние избытка и недостатка андрогенов на оплодотворение.
реферат [1,0 M], добавлен 28.04.2010
Как происходит процесс оплодотворения. Общая характеристика этапов беременности. Оплодотворение яйцеклетки, условия наступления беременности, поведение эмбриона. Особенности строения матки и выбор периода зачатия, препятствия для развития беременности.
статья [792,8 K], добавлен 07.06.2010
Внешнее строение и окраска дрозофилы. Длительность онтогенеза дрозофилы и особенности первого спаривания, яйцо и оплодотворение. Созревание яиц и сперматозоидов, определение пола. Геном дрозофилы и его использование в генетическом моделировании.
презентация [532,4 K], добавлен 26.10.2015
Теоретический анализ оплодотворения у животных (внешнее и внутреннее), у растений (простое и двойное). Характеристика основных этапов эмбрионального и постэмбрионального развития. Отличительные черты непрямого развития с неполным и полным метаморфозом.
презентация [856,9 K], добавлен 19.05.2010
Описание особенностей оплодотворения и формирования бластомеров в клетке. Понятие поздней гаструляции, специфика протекания ее этапов у низших и высших млекопитающих. Изменения плаценты в процессе эволюции, характеристика ее типов и основные функции.
реферат [13,6 K], добавлен 01.12.2011
Криоконсервация — заморозка биологического материала, обеспечивающая сохранение и жизнеспособность клеток после разморозки; объекты и температурный режим, криоповреждения и криопротекторы. Методы биоинженерии: экстракорпоральное оплодотворение, in vitro.
курсовая работа [57,6 K], добавлен 16.06.2014
Сущность, особенности и формы бесполого размножения организмов. Сравнение соматических клеток с половыми. Понятие и сравнительный анализ спорообразования, размножения и оплодотворения. Особенности созревания и основные функции мужских и женских гамет.