Esența procesului de fertilizare

Definiția 1

Fertilizare - Acesta este procesul de fuziune a celulei reproductive masculine (spermatozoizi) cu celula reproductivă feminină (ovul), ducând la formarea unui zigot.

Esența și semnificația acestui fenomen este unificarea informației ereditare a două celule (două organisme) într-o singură celulă.

Gametii au un set haploid de cromozomi. Și ca urmare a fuziunii lor, se formează un zigot diploid, care transportă jumătate din informații de la un părinte, iar cealaltă jumătate de la celălalt părinte. Acest lucru crește gradul de diversitate al setului de gene din genotip și duce la o variabilitate crescută.

Fertilizarea la animale

La animale, fertilizarea poate fi atât externă, cât și internă. Fertilizarea externă este inerentă speciilor care locuiesc de obicei în corpurile de apă. Apare în afara sistemului reproductiv al femelei. Fertilizarea externă are viermi polichetici, moluște bivalve, raci, echinodermi, pești osoși, amfibieni și chiar unele animale terestre - râme, niște arahnide.

Procesul de fertilizare extern este destul de simplu. În primul rând, femela își depune ouăle. Masculul eliberează apoi material seminal. Spermatozoizii înconjoară ouăle și le pătrund. Se produce fertilizarea. Dezavantajele acestei metode constau în faptul că o parte semnificativă a gametilor (atât ovule cât și spermatozoizi) moare în mediul înconjurător și majoritatea ovulelor fertilizate (zigotii) mor, de asemenea. De aceea, speciile care au fertilizare externă formează un număr atât de mare de ouă (ouă). Aceasta compensează pierderea.

Fecundarea internă are loc în tractul genital al femelei. În timpul acestui proces, ovulul este activat în corpul femelei, pătrunderea spermatozoizilor în tractul genital al femelei, fuziunea spermei și ovulului. După fuziunea gametilor, membranele oului devin impermeabile față de alți spermatozoizi. La unele specii de animale, mai multe celule de spermă pot pătrunde în ou. Dar doar una dintre ele se îmbină cu nucleul său. Restul celulelor spermatozoice degenerează.

Fertilizarea în plante

Pentru fertilizarea în alge și plante cu spori superiori, umiditatea este o condiție prealabilă. Mediul acvatic oferă capacitatea de a mișca sperma mobilă.

Dar plantele de sămânță nu depind de prezența umezelii. Transferul spermatozoizilor la locul fertilizării la plantele de sămânță se numește polenizare. În procesul de polenizare, boabele de polen sunt transferate de la antera stamei la locul fertilizării (pe mugurul semințelor în gimnosperme sau pe stigmatul pistilului în plantele cu flori).

Observația 1

Polenul poate fi transportat de vânt sau de animale.

Fecundarea dublă în angiosperme

Procesul de fertilizare în angiosperme este foarte complex și a fost descris pentru prima dată de profesorul S. G. Navashin. Polenul ajunge pe stigmatul pistilului. Apoi, tubul de polen începe să se dezvolte. Crește până la ovarul pistilului și ajunge în sacul embrionar. Doi spermatozoizi intră în sacul embrionar prin tubul polenic. Una dintre ele se fuzionează cu oul, iar a doua cu celula centrală a sacului embrionar. Acest fenomen se numește fertilizare dublă.

Dar fertilizarea dublă este de fapt două procese complet diferite. Ca urmare a fertilizării oului, se formează un embrion. Și ca rezultat al fuziunii spermei haploide cu celula centrală diploidă, se formează o celulă triploidă. Nu este un organism care se formează din acesta, ci un țesut special (endosperm), care va furniza embrionului nutrienți. Datorită fertilizării duble, plantele cu flori, în comparație cu gimnospermele, pot acumula nutrienți în semințe mai repede. Aceasta accelerează maturarea după fertilizare, contribuie la supraviețuirea angiospermelor în condiții moderne.

În procesul evoluției lumii plantelor, plantele cu flori (și numai ele) au un astfel de fenomen ca dubla fertilizare, în urma căreia se formează o sămânță. Gimnospermele produc și ele semințe, dar nu există fertilizare dublă. Fertilizarea este precedată de polenizare, adică de transferul polenului de la staminele unei flori la pistil, cel mai adesea ale unei alte flori. Cu fertilizare dublă, doi spermatozoizi pătrund în ovul, dintre care unul se fuzionează cu ovulul, iar al doilea cu o celulă centrală mare.

Granule de polen diferite plante cu flori au forme diferite. Mai mult decât atât, cel mai adesea suprafața boabelor de polen este rugoasă, ceea ce le permite să rămână pe corpul insectelor polenizatoare și apoi pe stigmatul pistilului. În plus, stigmatul secretă un lichid lipicios care reține polenul. Pe stigmatul pistilului se formează un bob de polen tub de polen, care crește între celulele stigmatului și coloana pistilului, după care crește în cavitatea ovarului pistilului.

În cavitatea ovarului poate exista un ovul, mai multe sau multe. Numărul lor depinde de tipul plantei. Ovule sunt numite diferit ovule... Dacă există mai multe ovule în ovar, atunci fiecare dintre ele este polenizat cu propriul său bob de polen (spermă conținută în el), adică, în acest caz, mai multe tuburi de polen vor germina prin pistil.

Ovulele cresc de la suprafața interioară a pereților ovarului în cavitatea ovarului. Ovulul este format din învelișul și țesutul părții centrale, unde se formează opt celule haploide (având un singur set de cromozomi). Două dintre aceste celule se îmbină, rezultând o mare celula centrală, în care se restabilește un set dublu de cromozomi.

Ovulul de pe partea opusă locului de atașare la ovar este intrarea polenului, care este o gaură mică care duce la partea centrală a ovulului.

La vârful tubului de polen în creștere se află doi spermatozoizi... Spermatozoizii, spre deosebire de spermatozoizi, nu au coadă și, prin urmare, sperma este imobilă. Când tubul crește în ovul prin conducta polenică, un spermă este fuzionat cu una dintre celulele haploide, care joacă un rol ovocite... Ca urmare a acestei fertilizări, zigot cu un set dublu de cromozomi. Ulterior, se dezvoltă germeni de semințe.

Al doilea spermă este fuzionat cu celula centrală. Ca urmare a acestei fertilizări, așa-numitul endosperm... Se caracterizează printr-un set triplu de cromozomi, care este unic, deoarece celulele corpului angiospermelor și multe alte organisme au un set dublu de cromozomi.

Endospermul este un țesut care conține o cantitate de nutrienți. Embrionul folosește aceste substanțe în timpul dezvoltării semințelor sau în timpul germinării semințelor. În primul caz, în locul endospermului din sămânța matură, cea mai mare parte este ocupată de organele embrionului (cel mai adesea cotiledoane mari), în al doilea caz, endospermul rămâne.

Când sămânța se coace, tegumentul ovulului se transformă în piele de semințe.

FazăEu I - o reacție acrosomală apare în ea. Membrana exterioară a spermei se rupe, enzimele proteolitice sunt eliberate și dizolvă membrana ovulului. Membranele plasmatice se îmbină, citoplasmele se îmbină. Nucleul și centriolul spermei trec în citoplasma ovulului. Partea cozii este absorbită. Apoi, celula ovulă este activată, potențialul său se schimbă și membrana vitelină se exfoliază și se formează membrana de fertilizare (reacție corticală). Activarea se încheie cu debutul sintezei proteinelor.

FazăIII- syngamia... Se distinge:

Etapa 2 X pronucleii - nucleul masculin se umflă, ia forma profazei, în acest timp ADN-ul se dublează și pronucleul masculin primește un set haploid de cromozomi reduplicați (n2c). Celula ovulă în momentul întâlnirii cu sperma se află în stadiul de meioză, blocată de un factor special. După întâlnirea cu sperma, ovulul este activat și blocul este îndepărtat. Nucleul ovulului, care a finalizat meioza, se transformă într-un pronucleu feminin, dobândind, de asemenea, un set de cromozomi n2c.

Etapa sincarionului este fuziunea materialului nuclear și formarea unui zigot.

Prima diviziune mitotică a zigotului conduce la formarea a două celule embrionare (blastomere) cu un set de cromozomi 2n2c în fiecare.

Partenogeneză

un organism fiică se dezvoltă uneori dintr-un ou nefertilizat. Acest fenomen se numește dezvoltare virgină sau partenogeneză... În acest caz, sursa materialului ereditar pentru dezvoltarea descendenților este de obicei ADN-ul oului - ginogeneza... Mai puțin frecvent observate androgeneză- dezvoltarea unui descendent dintr-o celulă cu citoplasmă de ovocite și nucleu de spermă. Nucleul gametului feminin moare în cazul androgenezei.

Fertilizarea este procesul de fuziune a două celule, rezultând în formarea unei noi celule, dând naștere unui alt organism din același gen sau specie. Ce este plantele cu flori și cum se întâmplă, citiți acest articol.

Esența fertilizării

Apare ca urmare a fuziunii a două celule, femela și mascul, și apariția unui zigot diploid. Fiecare pereche de cromozomi conține o celulă paternă și una celulară maternă. Esența procesului de fertilizare este restaurarea și combinarea materialului ereditar al părinților. Urmașii lor vor fi mai viabili, deoarece vor combina cele mai utile calități de la tată și mamă.

Fertilizarea - ce este?

Acesta este procesul de încurajare a dezvoltării oului ca urmare a unirii nucleelor. Fertilizarea - ce este? Acesta este un proces ireversibil care apare ca urmare a fuziunii gametilor heterosexuali și a unirii nucleilor acestora. nu se supune acestei proceduri a doua oară.

Dar există plante care reproduc o nouă generație numai cu ajutorul gametului feminin fără fertilizare. O astfel de reproducere se numește virgină. Este de remarcat faptul că aceste două metode de reproducere în aceeași specie de plante se pot alterna.

Fecundarea dublă a plantelor cu flori

Ambele începuturi se numesc gameti. Mai mult, femela este oul, iar masculul este sperma, care sunt nemișcate în plantele de semințe și mobile în plantele de spori. Fertilizarea - ce este? Aceasta este apariția unei celule speciale - un zigot care conține trăsături ereditare de spermă și ovul.

Au o fertilizare complexă, care se numește dublă, deoarece, pe lângă ou, este fertilizată și o altă celulă specială. Formarea spermei are loc în particulele de praf de polen, iar maturarea lor se efectuează în stamine, mai precis în anterele lor. Locul de formare a ovocitelor sunt ovulele situate în ovarul pistilului. Când ovulul este fertilizat cu spermă, semințele încep să se dezvolte din ovul.

Pentru ca fertilizarea plantelor cu flori să aibă loc, trebuie mai întâi să polenizezi planta, adică particulele de praf de polen trebuie să ajungă pe stigmatul pistilului. Odată ajuns pe stigmat, acestea încep să crească în interiorul ovarului, rezultând formarea unui tub de polen. În același timp, doi spermatozoizi se formează în firul de praf. Nu stau nemișcați, dar încep să se deplaseze spre tubul polenic, care pătrunde în ovul. Aici, ca rezultat al diviziunii și alungirii unei celule, se formează un sac embrionar.

Este necesar pentru localizarea unei celule de ou și a altei celule în care este concentrat un set dublu de informații ereditare. După aceasta, tubul polenic germinează în sacul embrionar și un spermă fuzionează cu celula ovulă, în urma căreia se formează un zigot, iar celălalt cu o celulă specială. Dezvoltarea embrionului are loc de la zigot. A doua fuziune formează țesutul nutritiv, sau endosperm, necesar hrănirii embrionului în perioada de creștere.

De ce este nevoie pentru existența fiecărei specii de plante?

• În primul rând, este necesar să se restabilească setul diploid de cromozomi și, în cadrul acestuia, asocierea lor.
• Asigurați continuitatea materială între generații în urma unei succesiuni.
• Combinați proprietățile ereditare ale a doi părinți dintr-o specie sau gen.

Toate acestea se fac la nivel genetic. Pentru ca fertilizarea să aibă loc, maturizarea gametilor materni și paterni trebuie să aibă loc simultan.

Fertilizarea în angiosperme

Acest proces a fost caracterizat pentru prima dată de omul de știință german Strasburger din a doua jumătate a secolului al XIX-lea. Fertilizarea angiospermelor are loc ca urmare a fuziunii a doi nuclei de gameți diferiți: cu un principiu masculin și feminin. Citoplasma lor nu este implicată în fertilizare. Fertilizarea în sine are loc atunci când spermatozoizii fuzionează cu nucleul ovulului.

Locul de origine al spermei este un bob de polen sau un tub de polen. Boabele încep să germineze după ce lovește stigmatul. Timpul de început al acestui proces este diferit pentru fiecare plantă, precum și momentul fertilizării. De exemplu, polenul sfeclei germinează în două ore, iar porumbul - instantaneu. Primul semn al germinării cerealelor este creșterea volumului. De obicei, un bob de polen formează un tub. Dar unele plante nu respectă această regulă și formează mai multe tuburi, dintre care doar unul ajunge la dezvoltarea sa.

Tubul polenic, cu sperma care se deplasează de-a lungul acestuia, crește și, în cele din urmă, se rupe. Tot conținutul său se află în sacul embrionar. Unul dintre spermatozoizii care au pătruns aici este introdus în ovul și fuzionează cu nucleul său haploid. Fertilizarea - ce este? Este fuziunea a doi nuclei: spermatozoizii și ovulul. Oul fertilizat începe să se împartă și se produc două celule noi. Sunt divizibile cu patru și așa mai departe. Astfel, are loc o diviziune multiplă, în urma căreia se dezvoltă embrionul plantei.

Angiospermele, după procesul de fertilizare, au capacitatea de a dezvolta un organ suplimentar numit endosperm. Acesta nu este altceva decât un teren de reproducere pentru embrion. Odată cu fuziunea celui de-al doilea spermă și nucleul diploid, se formează un anumit set de cromozomi, dintre care doi sunt de origine maternă, iar unul este de origine paternă. Astfel, fertilizarea dublă a organismelor de origine vegetală apare atunci când un spermă este fuzionat cu ovulul, iar celălalt cu nucleul celulei situat în centru.

Trăsături distinctive ale angiospermelor

• Adaptabilitate mare la creștere în diferite condiții.
• Fertilizare dublă, care vă permite să aveți un aport de substanțe necesare germinării normale a semințelor.
• Prezența endospermului triploid.
• Formarea ovulelor în ovar, în care pereții pistilului îi protejează de daune.
• Dezvoltarea fătului angiospermelor din ovar.
• Găsirea sămânței în interiorul fructului, ale cărei pereți sunt protecția sa.
• Prezența unei flori permite insectelor.

Datorită caracteristicilor enumerate, acestea ocupă o poziție dominantă în lume.

Caracteristica fertilizării angiospermelor

Rezultă din faptul că aceste plante au fertilizare dublă. O caracteristică unică este reprezentată de un fenomen numit xenias. Înțelesul său constă în faptul că polenul afectează direct proprietățile și caracteristicile endospermului. Să luăm porumbul ca exemplu.

Vine cu semințe galbene și albe. Culoarea lor depinde de nuanța endospermului. Când florile femele de porumb cu boabe albe sunt polenizate cu polen dintr-o varietate cu boabe galbene, culoarea acestuia va fi în continuare galbenă, deși dezvoltarea endospermului are loc pe o plantă cu boabe albe.

Ce rol joacă plantele cu flori?

Aceste plante au 13.000 de genuri și 250.000 de specii. Sunt utilizate pe scară largă în întreaga lume. Plantele cu flori sunt componente cheie ale biosferei, produc materie organică, leagă dioxidul de carbon și eliberează oxigen. Cu ei începe lanțurile alimentare de pășuni. Multe varietăți de plante cu flori sunt folosite de oameni pentru hrană. Acestea sunt folosite pentru a construi locuințe și a confecționa diverse materiale de uz casnic.

Medicina nu se poate lipsi de ele. Anumite specii de angiosperme sunt dominante pe planetă; joacă un rol decisiv în formarea învelișului vegetal și crearea părții principale a fitomasei terestre. În cele din urmă, aceste plante determină posibilitatea existenței însăși a omului pe pământ ca specie biologică.

Fertilizarea este procesul de combinare a gametilor masculini și feminini, care duce la formarea unui zigot și dezvoltarea ulterioară a unui nou organism. În procesul de fertilizare, un set diploid de cromozomi este stabilit în zigot, care determină semnificația biologică remarcabilă a acestui proces.

În funcție de speciile de organisme la animalele care se reproduc sexual, se disting fertilizarea externă și internă.

Fertilizarea externă are loc într-un mediu care primește celule reproductive masculine și feminine. De exemplu, fertilizarea la pești este externă. Celulele reproductive masculine (de lapte) și femele (caviar) secretate de acestea intră în apă, unde se „întâlnesc” și se unesc. Datele privind fertilizarea la arici indică faptul că în termen de 2 secunde de la contactul spermatozoizilor și ovulului, apar modificări ale proprietăților electrice ale membranei plasmatice a ovulului. Fuziunea conținutului de gamete are loc în 7 secunde.

Intern Fertilizarea este asigurată de transferul spermatozoizilor de la corpul masculin la femeie ca rezultat al actului sexual. O astfel de fertilizare are loc la mamifere, iar punctul central aici este rezultatul întâlnirii dintre celulele reproductive. Se crede că conținutul nuclear al unui singur spermă pătrunde în oul acestor animale. În ceea ce privește citoplasma spermei, la unele animale intră în ouă într-o cantitate mică, la altele nu intră deloc în ou.

La om, fertilizarea are loc în partea superioară a trompei uterine, iar la fertilizare, ca și la alte mamifere, este implicat un singur spermă, al cărui conținut nuclear pătrunde în ou. Uneori în trompa uterină pot exista nu unul, ci două sau mai multe ouă, în urma cărora este posibilă nașterea gemenilor, a tripletelor etc. De exemplu, în secolul al XVIII-lea. s-a înregistrat cazul nașterii în Rusia a unei singure mame (soția țăranului Fyodor Vasiliev) 16 gemeni, 7 triplete și 4 cvadrupluri (în total 69 de copii).

Ca urmare a fertilizării, un set diploid de cromozomi este restabilit într-un ovul fertilizat. Oocitele sunt capabile de fertilizare în aproximativ 24 de ore după ovulație, în timp ce capacitatea de fertilizare a spermei durează până la 48 de ore.

Rămâne mult neclar despre mecanismele de fertilizare. Se presupune că pătrunderea materialului nuclear în celula ovulă a unuia dintre mulți spermatozoizi este asociată cu modificări ale proprietăților electrice ale membranei plasmatice a oului. Există două ipoteze cu privire la motivele activării metabolismului ovulelor de către spermă. Unii cercetători consideră că legarea spermei la receptorii externi de pe suprafața celulei este un semnal care intră în ou prin membrană și activează ionii de inozitol trifosfat și calciu acolo. Alții cred că sperma conține un factor declanșator special.

Un ovul fertilizat dă naștere unui zigot, dezvoltarea organismelor prin formarea zigoturilor se numește zigogeneză. Evoluțiile experimentale din ultimii ani au arătat că fertilizarea ouălor de mamifere, inclusiv a oamenilor, este posibilă într-o eprubetă, după care embrionii care se dezvoltă într-o eprubetă pot fi implantați în uterul unei femei, unde se pot dezvolta în continuare. Până acum, sunt cunoscute numeroase cazuri de naștere a copiilor „eprubete” (vezi secțiunea VI). De asemenea, s-a stabilit că nu numai sperma, ci și spermatidele sunt capabile să fertilizeze un ovul uman. În cele din urmă, este posibilă fertilizarea ovocitelor (private artificial de nuclee) ale mamiferelor cu nucleele celulelor lor somatice (vezi § 35).

Spre deosebire de zigogeneză, multe organisme animale sunt capabile de reproducere in vivo prin partenogeneză (din grecescul parthenos - virgin și geneza - naștere). Distingeți între partenogeneză obligatorie și facultativă. Partenogeneza obligatorie este multiplicarea organismelor dintr-un ou nefertilizat. Această partenogeneză servește ca metodă de reproducere pentru animale de peste 90 de specii, inclusiv unele vertebrate. Un exemplu de partenogeneză obligatorie este reproducerea șopârlei caucaziene, reprezentată doar de femele. În schimb, partenogeneza facultativă înseamnă că ouăle se pot dezvolta atât fără fertilizare, cât și după fertilizare. Partenogeneza facultativă, la rândul ei, este feminină și masculină. Partenogeneza feminină este frecventă la albine, furnici, rotifere, în care masculii se dezvoltă din ouă nefecundate. Partenogeneza masculină apare la unele alge izogame.

La plante, sunt cunoscute și cazuri când embrionul se dezvoltă dintr-un ou nefertilizat. După cum sa menționat mai sus, acest fenomen este numit apomix. Este foarte răspândit în multe angiosperme, inclusiv în plante cultivate precum sfecla, bumbac, in, tutun și altele.

Împreună cu partenogeneza naturală, se distinge partenogeneza artificială (indusă), care poate fi cauzată de iritarea ovocitelor folosind factori fizici sau chimici, ceea ce duce la activarea ovocitelor și, ca urmare, la dezvoltarea ouălor nefertilizate. Partenogeneza artificială a fost observată în cazul animalelor aparținând multor grupuri taxonomice - echinoderme, viermi, moluște și chiar unele mamifere.

Este cunoscută o formă de partenogeneză, numită androgeneză (din grecescul andros - om, geneză - naștere). Dacă nucleul este inactivat în ou și dacă după aceea pătrund în el mai mulți spermatozoizi, atunci dintr-un astfel de ou, ca urmare a fuziunii nucleilor masculi (spermatozoizi), se dezvoltă un corp masculin. Experimentele lui V. L. Astaurov (1904-1974), care au arătat androgeneza pe viermele de mătase, sunt cunoscute pe scară largă. Aceste experimente au fost după cum urmează. În ovocitele unui vierme de mătase dintr-o specie (Bombyx mandarina), nucleele au fost inactivate cu ajutorul temperaturii ridicate, iar apoi astfel de ouă au fost fertilizate cu spermatozoizii unui vierme de mătase din altă specie (B. mori). După ce au pătruns în ovocite, acestea din urmă au fuzionat între ele, ceea ce a dat naștere la noi organisme, care în proprietățile lor s-au dovedit a fi organisme paterne (B. mori). Încrucișarea acestor organisme cu femelele B. mori a produs descendenți aparținând B. mori.

Rolul partenogenezei și al formelor sale în natură este mic, deoarece nu oferă capacități adaptative largi ale organismelor. Cu toate acestea, utilizarea sa are o importanță practică. În special, B. L. Astaurov a dezvoltat o metodă de obținere a descendenților partenogenetici la viermii de mătase, care este utilizată pe scară largă în producția industrială de mătase.

Spre deosebire de zigogeneză și partenogeneză, există ginogeneză (din grecesc gyne - femeie), care este o pseudogamie în care spermatozoizii se întâlnesc cu ovulul și îl activează, dar nucleul spermei nu se îmbină cu nucleul ovulului. În acest caz, descendența permisivă este formată doar din femele. La unele specii de viermi rotunzi, pești și amfibieni, ginogeneza servește ca formă normală de reproducere, producând descendenți constând doar din femele. Ginogeneza poate fi, de asemenea, indusă artificial folosind factori capabili să distrugă nucleele celulare (radiații, temperatură etc.). În special, sunt descrise cazurile de ginogeneză artificială la viermii de mătase, la unele specii de pești și amfibieni. Producerea unor astfel de forme poate avea o anumită importanță practică în cazul speciilor utile din punct de vedere economic.

Așa cum s-a menționat mai sus, fertilizarea în înflorire (angiosperme) are o trăsătură distinctivă esențială sub forma fertilizării duble (SG Navashin, 1896), care se reduce la faptul că în sacul embrionar un ou haploid și o celulă centrală diploidă sunt fertilizate spermatozoizii, ca rezultat, se formează un embrion diploid și o celulă triploidă, care se dezvoltă în celule endospermice (vezi capitolul II).

Partenogeneza, androgeneza și ginogeneza sunt forme de tulburări de reproducere. Se presupune că aceste forme au apărut în cursul evoluției ca urmare a unor adaptări evolutive particulare.