Fertilizarea este procesul de combinare a gameților masculini și feminini, care duce la formarea unui zigot și la dezvoltarea ulterioară a unui nou organism. În timpul procesului de fertilizare, în zigot se stabilește un set diploid de cromozomi, ceea ce 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 în mediul în care intră celulele reproducătoare masculine și feminine. De exemplu, fertilizarea la pești este externă. Celulele reproductive masculine (lapte) și feminine (caviar) secretate de acestea intră în apă, unde se „întâlnesc” și se unesc. Datele despre fertilizare la aricii de mare indică faptul că în 2 secunde după contactul spermatozoizilor cu ovulul, apar modificări în proprietățile electrice ale membranei plasmatice a oului. Fuziunea conținutului gameților are loc după 7 secunde.

Intern Fertilizarea este asigurată prin transferul spermatozoizilor din corpul masculin în cel feminin ca urmare a actului sexual. O astfel de fertilizare are loc la mamifere, iar punctul central aici este rezultatul întâlnirii dintre celulele germinale. Se crede că conținutul nuclear al unui singur spermatozoid pătrunde în ovulul acestor animale. În ceea ce privește citoplasma spermatozoizilor, la unele animale intră în ovul în cantități mici, la altele nu intră deloc în ovul.

La om, fecundarea are loc în partea superioară a trompei uterine, iar în fertilizare, ca și la alte mamifere, participă doar un spermatozoid, al cărui conținut nuclear intră în ovul. Uneori pot exista nu unul, ci două sau mai multe ouă în trompa uterine, în urma cărora este posibilă nașterea de gemeni, tripleți etc.. De exemplu, în secolul al XVIII-lea. În Rusia a fost înregistrat un caz de naștere a 16 gemeni, 7 tripleți și 4 cvadrupleți (69 de copii în total) de către o mamă (soția țăranului Fiodor Vasilyev).

Ca urmare a fertilizării, setul diploid de cromozomi este restabilit în ovulul fecundat. Ouăle sunt capabile de fertilizare în aproximativ 24 de ore după ovulație, în timp ce capacitatea de fertilizare a spermatozoizilor durează până la 48 de ore.

Rămân multe neclare despre mecanismele de fertilizare. Se presupune că pătrunderea materialului nuclear în ovul de către doar unul dintre mulți spermatozoizi este asociată cu modificări ale proprietăților electrice ale membranei plasmatice a oului. Există două ipoteze cu privire la motivele activării spermatozoizilor a metabolismului ovulelor. Unii cercetători cred că legarea spermatozoizilor de receptorii externi de pe suprafața celulelor este un semnal care intră în ovul prin membrană și activează acolo inozitol trifosfat și ionii de calciu. Alții cred că spermatozoizii conțin un factor de inițiere special.

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

Spre deosebire de zigogeneză, multe organisme animale sunt capabile să se reproducă în condiții naturale prin partenogeneză (din grecescul parthenos - virgin și geneza - naștere). Există partenogeneză obligatorie și facultativă. Partenogeneza obligatorie este reproducerea organismelor dintr-un ou nefertilizat. Această partenogeneză servește ca mijloc de reproducere pentru mai mult de 90 de specii de animale, inclusiv unele vertebrate. Un exemplu de partenogeneză obligatorie este reproducerea șopârlei de stâncă caucaziană, reprezentată doar de indivizi de sex feminin. Dimpotrivă, partenogeneza facultativă înseamnă că ouăle sunt capabile să se dezvolte atât fără fertilizare, cât și după fertilizare. Partenogeneza facultativă, la rândul ei, este feminină și masculină. Partenogeneza femelelor este comună la albine, furnici și rotifere, în care masculii se dezvoltă din ouă nefertilizate. Partenogeneza masculină are loc la unele alge izogame.

La plante, există și cazuri în care un embrion se dezvoltă dintr-un ou nefertilizat. După cum sa menționat mai sus, acest fenomen se numește apomix. Se găsește foarte mult în multe angiosperme, inclusiv în cele cultivate, cum ar fi sfecla, bumbacul, inul, tutunul și altele.

Alături de partenogeneza naturală se distinge partenogeneza artificială (indusă), care poate fi cauzată de iritarea ouălor folosind factori fizici sau chimici, ceea ce duce la activarea ouălor și, în consecință, la dezvoltarea ouălor nefertilizate. Partenogeneza artificială a fost observată la animale aparținând multor grupe sistematice - echinoderme, viermi, moluște și chiar unele mamifere.

Există o formă cunoscută de partenogeneză, numită androgeneză (din grecescul andros - om, geneza - naștere). Dacă nucleul dintr-un ou este inactivat și apoi mai mulți spermatozoizi pătrund în el, atunci un organism masculin se dezvoltă dintr-un astfel de ou ca urmare a fuziunii nucleelor ​​masculine (spermatozoide). Experimentele lui V.L.Astaurov (1904-1974), care au arătat androgeneza pe viermele de mătase, sunt larg cunoscute. Aceste experimente au constat în următoarele. În ouăle unei specii de viermi de mătase (Bombyx mandarina), nucleii au fost inactivați folosind temperatură ridicată, iar apoi astfel de ouă au fost fertilizate cu spermatozoizii unui vierme de mătase din altă specie (B. mori). După ce au pătruns în ouă, acestea din urmă s-au contopit unele cu altele, ceea ce a dat naștere la noi organisme, care în proprietățile lor s-au dovedit a fi organisme paterne (B. mori). Încrucișările acestor organisme cu femelele B. mori au produs descendenți aparținând B. mori.

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

Spre deosebire de zigogeneză și partenogeneză, există ginogeneză (din grecescul gyne - femeie), care este pseudogamia, care constă în faptul că spermatozoidul întâlnește ovulul și îl activează, dar nucleul spermatozoidului nu se contopește cu nucleul ovulului. ou. În acest caz, descendenții care le permit sunt formați numai din femele. La anumite specii de viermi rotunzi, pești și amfibieni, ginogeneza servește ca formă normală de reproducere, producând descendenți formați numai din femele. Ginogeneza poate fi indusă și artificial cu ajutorul unor factori care pot distruge nucleii celulari (radiații, temperatură etc.). În special, cazuri de ginogeneză artificială au fost descrise la viermi de mătase și la unele specii de pești și amfibieni. Obținerea unor astfel de forme poate avea o anumită semnificație practică în cazul speciilor utile din punct de vedere economic.

După cum s-a menționat mai sus, fertilizarea la plantele cu flori (angiosperme) are o trăsătură distinctivă semnificativă sub formă de fertilizare dublă (S. G. Navashin, 1896), care se rezumă la faptul că în sacul embrionar sunt fertilizați un ou haploid și o celulă centrală diploidă. de către spermatozoizi, în urma cărora se formează un embrion diploid și o celulă triploidă, dezvoltându-se în celule endospermale (vezi capitolul II).

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

Fertilizarea este procesul de fuziune a celulelor germinale feminine (ou) și masculine (spermatozoide), care duce la formarea unui nou organism unicelular (zigot). Acesta este momentul în care mulți consideră începutul unei noi vieți și punctul de plecare al sarcinii. Să aflăm mai detaliat cum are loc fertilizarea și în ce stadii poate apărea riscul de deces al fătului nenăscut.

Fuziunea ovulului și spermatozoizilor se numește proces de fertilizare.

Structura celulelor reproducătoare masculine

În mod normal, formarea spermatozoizilor capabili de fertilizare începe la o persoană în timpul pubertății (12-13 ani). Un spermatozoid matur este format dintr-un cap, gât și coadă. Cea mai importantă parte este concentrată în cap, unde se află nucleul, care furnizează genele tatălui în ovul.

Funcția cozii este mișcarea; această parte a spermatozoizilor este cea care îi permite să se miște cu o viteză de 2-3 mm pe minut și să ajungă în uter și trompele uterine. Spermatozoizii se găsesc în sperma. Este un lichid vâscos albicios, în care, pe lângă celulele germinale, se determină secreția veziculelor seminale și a prostatei.

În timpul actului sexual, 3-5 ml de spermatozoizi intră în vagin, unde sunt aproximativ 300-400 de milioane de spermatozoizi. În mod normal, majoritatea au mobilitate normală și structură corectă. În vagin mor în câteva ore, dar, ajungând la trompele uterine, pot rămâne viabile încă trei zile.

Un bărbat produce spermatozoizi de-a lungul vieții. Reînnoirea lor completă în corpul uman are loc aproximativ o dată la 2-2,5 luni.

Nucleul spermatozoidului conține informațiile genetice ale tatălui.

Celulele reproductive feminine

O femeie se naște cu o anumită rezervă de ouă. Când cantitatea de ouă este epuizată, apare menopauza. Prin urmare, dacă un bărbat este teoretic capabil să conceapă un copil la orice vârstă, atunci femeii i se acordă o perioadă limitată de timp.

În timpul pubertății, foliculii unei fete dobândesc capacitatea de a se maturiza și de a se rupe, astfel încât ovulul poate fi eliberat în cavitatea abdominală și poate intra în trompele uterine pentru fertilizare.

Acest proces are loc aproximativ o dată pe lună la mijlocul ciclului menstrual și se numește ovulație. În această perioadă ovulul se poate întâlni cu spermatozoizii pentru a concepe.

Un ovul uman matur nu are mobilitate independentă, spre deosebire de spermatozoizi. Mișcarea sa are loc sub influența efectului peristaltic de aspirație al trompei uterine și a pâlpâirii cililor epiteliului. Oul este format dintr-un nucleu, unde se concentreaza informatiile genetice ale mamei, zona pellucida si corona radiata.

Capacitatea de fertilizare este cea mai mare imediat după și persistă pe tot parcursul zilei. Ulterior, are loc moartea oului. La femei, acest proces se manifestă prin sângerare menstruală.

Oul este înconjurat de o membrană transparentă și o corona radiată.

Unde și cum are loc procesul de fertilizare umană?

În timpul actului sexual, spermatozoizii cade de obicei pe fornixul vaginal posterior, cu care colul uterin intră în contact. În mod normal, mediul din vagin este acid, ceea ce face posibilă îndepărtarea spermei slabe și neviabile. Celulele masculine supraviețuitoare intră în uter, unde mediul este alcalin și încep să se miște mai activ spre trompele uterine.

Important! În zilele normale, colul uterin este acoperit cu un dop de mucus dens, dar în timpul perioadei permeabilitatea mucusului crește, ceea ce permite spermatozoizilor să pătrundă în locul de fertilizare.

După ejacularea în vagin, trec doar câteva minute și spermatozoizii activi pot fi deja găsiți în uter. După 2-3 ore ajung la secțiunile de capăt ale trompelor uterine, unde se află oul. Pot exista acolo două zile, menținându-și capacitatea de a fertiliza și așteptând un ou. Dacă acest lucru nu se întâmplă, spermatozoizii mor.

Procesul de fertilizare (fuziune) în sine are loc în partea expandată (ampulară) a trompei uterine. Aici mii de spermatozoizi se repezi spre ovul. Coaja transparentă a oului și celulele coroanei radiate permit doar unuia sau mai multor spermatozoizi să pătrundă în ovul. Dar numai unul dintre ei va participa la fertilizare.

Important! În cazuri rare, există o tulburare de reacție și ovulul este fertilizat de mai mulți spermatozoizi. Acest proces se numește polispermie și duce la formarea unui zigot neviabil.

Întâlnirea spermatozoizilor cu ovulul se încheie cu fuziunea nucleelor ​​lor, unde materialul genetic nu este pur și simplu însumat, ci se unește reciproc și are loc formarea unui singur nucleu zigot. Acesta este modul în care materialul genetic este transferat copilului de la ambii părinți.

Cum decurge acest proces zi de zi?

Stadiul zigot durează o zi și jumătate. Curând începe procesul de fragmentare celulară, rezultând formarea unui embrion. Se deplasează lent prin trompele uterine și ajunge în uter la numai 7-10 zile de la fecundare. Mișcarea embrionului are loc din cauza pâlpâirii cililor și a activității peristaltice a trompei uterine în sine.

Apoi este introdus (implantare) în membrana mucoasă a uterului și este scufundat în stratul său funcțional. Acest proces durează aproximativ 2 zile.

După ce implantarea este completă, embrionul și membranele sale încep să se dezvolte rapid. Devine treptat copleșit de vase, ceea ce îi asigură nutriția și respirația. După ce toate aceste etape sunt finalizate, se formează un făt, înconjurat de lichid amniotic și trei membrane.

La 7-10 zile de la fertilizare, embrionul se implantează în corpul uterului.

Ce probleme pot apărea în timpul procesului de fertilizare?

Pe de o parte, fertilizarea este un proces biologic natural care are loc de la sine și, ca urmare, se naște o nouă viață. Dar cuplurile care se confruntă cu infertilitate o percep complet diferit. Să ne uităm la motivele pentru care cel mai adesea nu reușim să concepe un copil prima dată:

• actul sexual a avut loc atunci când femeia nu ovula, adică. nici un ou în trompele uterine;
• sperma s-a dovedit a fi neviabilă și nu a ajuns la ovul în timpul ovulației;
• obstrucția trompelor uterine, care a împiedicat întâlnirea spermatozoizilor cu ovulul;
• ovulul a fost fertilizat de mai mulți spermatozoizi și embrionul a murit;
• a avut loc fecundarea ovulului, dar cu un spermatozoid defect - în astfel de situații zigotul moare în stadiile incipiente;
• procesul de transport al embrionului în uter este întrerupt și implantarea are loc în tubul uterin (sarcină ectopică) - moartea embrionului și o afecțiune care amenință viața femeii;
• embrionul a ajuns în trompa, dar nu s-a putut implanta din cauza stratului funcțional subțire al uterului sau a absenței acestuia (aceasta se întâmplă după un avort). Un avort spontan are loc chiar înainte ca femeia să afle că este însărcinată.

Iată doar o mică listă de probleme din cauza cărora procesul de fertilizare și începutul sarcinii pot fi întrerupte. Unele mecanisme de întrerupere se datorează reacției de protecție a naturii la nașterea unui descendent sănătos, de exemplu, moartea unui embrion cu anomalii defecte. Altele apar din cauza problemelor de sănătate atât la bărbați, cât și la femei. Pentru a nu te gândi la modul în care are loc fertilizarea, trebuie să monitorizezi starea sistemului reproducător și să-ți planifici sarcina.

În procesul de evoluție a lumii plantelor, plantele cu flori (și numai ele) au dezvoltat fenomenul de dublă fertilizare, care are ca rezultat formarea unei sămânțe. Gimnospermele produc și ele semințe, dar nu există o fertilizare dublă. Fertilizarea este precedată de polenizare, adică transferul polenului din staminele unei flori la pistil, cel mai adesea al altei flori. În timpul fertilizării duble, doi spermatozoizi pătrund în ovul, dintre care unul fuzionează cu ovulul, iar al doilea cu celula centrală mare.

Granule de polen Diferitele plante cu flori au forme diferite. În acest caz, cel mai adesea suprafața boabelor de polen este aspră, ceea ce le permite să se lipească de corpul insectelor polenizatoare și apoi de stigmatizarea pistilului. În plus, stigmatizarea secretă un lichid lipicios care reține polenul. Pe stigma pistilului se formează boabele de polen tub de polen, care crește între celulele stigmatului și stilul pistilului, după care crește în cavitatea ovarului pistilului.

Cavitatea ovarului poate conține un ovul, mai multe sau mai multe. Numărul lor depinde de tipul de plantă. Ovule sunt numite diferit ovule. Dacă există mai multe ovule în ovar, atunci fiecare dintre ele este polenizat de propriul său granu de polen (sperma conținută în el), adică în acest caz mai multe tuburi de polen vor crește prin pistil.

Ovulele cresc de la suprafața interioară a pereților ovarului în cavitatea ovarului. Ovulul este format dintr-un înveliș și țesut al părții centrale, unde se formează opt celule haploide (având un singur set de cromozomi). Două dintre aceste celule fuzionează pentru a forma un mare celula centrala, în care se restabilește un set dublu de cromozomi.

Pe partea opusă locului de atașare la ovar, ovulul are trecerea polenului, care este o mică gaură care duce la partea centrală a ovulului.

În vârful tubului de polen în creștere se află doi spermatozoizi. Spermatozoizii, spre deosebire de spermatozoizi, nu au coadă și, prin urmare, spermatozoizii sunt imobili. Când tubul crește în ovul prin pasajul polenului, un spermatozoid fuzionează cu una dintre celulele haploide, care joacă rolul de ouă. Ca urmare a acestei fertilizări, zigot cu un set dublu de cromozomi. Ulterior, se dezvoltă din germen de semințe.

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

Endospermul este un țesut care conține un aport 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 a embrionului este ocupată de organe ale embrionului (cel mai adesea cotiledoane mari); în al doilea caz, endospermul rămâne.

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

Esența procesului de fertilizare

Definiția 1

Fertilizare este procesul de fuziune a unei celule reproductive masculine (sperma) cu o celulă reproductivă feminină (ov), ducând la formarea unui zigot.

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

Gameții 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 al doilea părinte. Aceasta crește gradul de diversitate a setului de gene din genotip și duce la o variabilitate crescută.

Fertilizarea la animale

La animale, fertilizarea poate fi fie externă, fie internă. Fertilizarea externă este inerentă speciilor care locuiesc de obicei în corpurile de apă. Apare în afara sistemului reproducător feminin. Fertilizarea externă este efectuată de viermi poliheți, bivalve, raci, echinoderme, pești osoși, amfibieni și chiar unele animale terestre - râme, unele arahnide.

Procesul de fertilizare externă este destul de simplu. În primul rând, femela depune ouă. Masculul eliberează apoi lichidul seminal. Spermatozoizii înconjoară ouăle și le pătrund. Are loc fertilizarea. Dezavantajele acestei metode sunt că o parte semnificativă a gameților (atât ovule, cât și spermatozoizi) mor în mediu, iar majoritatea ouălor fertilizate (zigoți) mor și ele. Acesta este motivul pentru care speciile care au fertilizare externă produc un număr atât de mare de ouă (ouă). Acest lucru va compensa pierderile.

Fecundația internă are loc în tractul genital feminin. În timpul acestui proces, ovulul este activat în corpul femelei, spermatozoizii pătrund în tractul genital al femeii, iar spermatozoizii și ovulul se îmbină. După fuziunea gameților, membranele ovulului devin impenetrabile pentru alți spermatozoizi. La unele specii de animale, mai mulți spermatozoizi pot pătrunde în ovul. Dar numai unul dintre ele se contopește cu miezul său. Spermatozoizii rămași degenerează.

Fertilizarea în plante

Pentru fertilizare în alge și plante cu spori superiori, o condiție necesară este prezența umidității. Mediul acvatic permite mișcarea spermatozoizilor mobili.

Dar plantele cu semințe nu depind de prezența umidității. Transferul spermei la locul de fertilizare a plantelor cu semințe se numește polenizare. În timpul procesului de polenizare, boabele de polen sunt transferate din antera staminei la locul de fertilizare (la mugurele de semințe la gimnosperme sau la stigmatizarea pistilului la plantele cu flori).

Nota 1

Polenul poate fi transportat de vânt sau de animale.

Fertilizarea dublă la angiosperme

Procesul de fertilizare la angiosperme este foarte complex și a fost descris pentru prima dată de profesorul S. G. Navashin. Polenul aterizează pe stigma pistilului. Apoi tubul polenic începe să se dezvolte. Crește până la ovarul pistilului și ajunge la sacul embrionar. Tubul de polen transportă doi spermatozoizi în sacul embrionar. Una dintre ele fuzionează cu oul, iar al doilea 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 unui spermatozoid haploid cu o celulă centrală diploidă, se formează o celulă triploidă. Nu organismul este format din el, ci un țesut special (endosperm) care va furniza embrionului nutrienți. Datorită fertilizării duble, plantele cu flori, în comparație cu gimnospermele, pot acumula rapid substanțe nutritive în sămânță. Acest lucru îi accelerează maturizarea după fertilizare și promovează supraviețuirea angiospermelor în condiții moderne.