Оплодотворение и его значение
Оплодотворение представляет собой слияние специализированных мужских и женских половых клеток (гамет), приводящее к формированию зиготы (оплодотворенной яйцеклетки) и последующему развитию из нее нового (дочернего) организма. Ключевым моментом процесса оплодотворения является слияние ядер половых клеток яйцеклетки и сперматозоида. В результате в зиготе формируется двойной (или диплоидный) набор хромосом, полученных поровну от мужского и женского организмов. Образование нового генотипа в результате объединения генетического материала двух разных родительских генотипов — главная особенность и главное преимущество полового способа размножения, обеспечивающее увеличение изменчивости, столь необходимой для эволюции. Об этом уже было сказано.
Различают два типа оплодотворения — наружное и внутреннее. У всех растений оплодотворение наружное. У животных тип оплодотворения различается в зависимости от видовой принадлежности.
Наружным называется оплодотворение осуществляемое в окружающей среде (часто — в водных условиях), куда попа-дают мужские и женские половые клетки. Большинство животных, обитающих или размножающихся в воде размножаются наружным оплодотворением.
Внутреннее оплодотворение происходит внутри материнского организма, для чего сперматозоиды вводятся в половые пути самки. Этот тип оплодотворения распространен среди обитателей суши, но наблюдается и у некоторых водных животных (хрящевые рыбы, головоногие моллюски). Вероятность встречи мужских и женских гамет при внутреннем оплодотворении гораздо выше, чем при наружном, поэтому у самок образуется гораздо меньшее количество яйцеклеток. Так, например, в женском организме ежемесячно образуется одна яйцеклетка, за год — 12, а обитающая в тропических и умеренных океанических водах луна-рыба (она же — рыба-голова) выметывает до 300 миллионов икринок в год! Оцените разницу!
Внутреннее оплодотворение у многих животных (птицы, пресмыкающиеся, хрящевые рыбы) сопровождается откладыванием яиц во внешнюю среду, где из яиц в течение определенного срока развивается потомство.
Насчет хрящевых рыб — не опечатка. Да, всем известны живородящие акулы, но акулы, как и все хрящевые рыбы, подразделяются на яйцекладущих, яйцеживородящих и живородящих. Яйцекладущие хрящевые рыбы выметывают (откладывают) не икру, а оплодотворенные яйцеклетки. Обычно одновременно откладывается от 1 до 12 яиц, но полярная акула откладывает за один раз до 500 яиц. Яйцеживорождение, распространенное также среди земноводных и пресмыкающихся, представляет собой способ воспроизводства потомства, сочетающий признаки живорождения и яйцерождения. При нем самка не откладывает яйца, а вынашивает их внутри себя. Детеныши покидают яйцевую оболочку в теле матери и после этого выходят наружу — рождаются. Принципиальным отличием яйцеживородящих животных от плацентарных живородящих является то, что у яйцеживородящих зародыш отделен от обмена веществ в материнском организме и питается за счет веществ, содержащихся в желтке яйца, и (тем не менее связь с материнским организмом возможна).
У большинства млекопитающих зигота и образующийся из нее эмбрион (зародыш) развиваются внутри половых органов самки. Почти у всех (кроме яйцекладущих и сумчатых) для выращивания эмбриона в матке формируется плацента (детское место). Через плаценту устанавливается связь между кровеносными руслами эмбриона и матери, обеспечивающая питание эмбриона, газообмен и удаление продуктов его метаболизма.
Появление плаценты у млекопитающих относится к ароморфозам, прогрессивным эволюционным изменениям строения организмов, приводящим к общему повышению уровня их организации. Плацента способствует вынашиванию потомства в хорошо защищенных условиях, что благотворно сказывается на его выживаемости. (Вспомните, что вы знаете из курса анатомии о оплодотворении и развитие зародыша у человека).
Двойное оплодотворение цветковых (покрытосеменных) растений представляет собой особый тип оплодотворения, который наблюдается только у представителя этого отдела растений. Двойное оплодотворение было открыто в 1898 году и детально изучено на примере лилейных выдающимся русским ботаником Сергеем Навашиным.
Суть двойного оплодотворения заключается в том, что к моменту оплодотворения в зародышевом мешке цветка, помимо яйцеклетки, образуются еще двуядерная (диплоидная) центральная клетка, ядра которой со временем сливаются воедино, образуя одно центральное ядро. Из проросшей на рыльце пестика пылинки по пыльцевой трубке в зародышевый мешок попадают два спермия, один из которых сливается с яйцеклеткой, а другой — с центральным ядром. Из оплодотворенной яйцеклетки образуется зигота, из которой развивается зародыш растения, а от слияния спермия с центральным ядром образуется особая питательная ткань, состоящая из клеток с триплоидным набором хромосом, называемая эндоспермом. Эндосперм обеспечивает питательными веществами зародыш семени.
Вспомните из курса ботаники, что представляет собой процесс опыления растений и как он происходит. Заодно вспомните, чем покрытосеменные растения отличаются от голосеменных.