Этапы оплодотворения у животных

Онлайн учебник по биологии
9 класс

   

§22. Оплодотворение и зародышевое развитие у животных

Вспомните из учебника «Животные», как происходит. размножение у животных. Как оплодотворяют ся яйцеклетки и где развиваются зародыши насекомых, рыб, земноводных, птиц и млекопитающих?

Процесс образования мужских и женских половых клеток предшествует половому размножению, т. е. размножению с участием сперматозоидов и яйцеклеток. Половое размножение может происходить с оплодотворением и без оплодотворения.

Оплодотворение. Процесс слияния ядер мужских и женских половых клеток называют оплодотворением. В результате оплодотворения образуется зигота (от греч. зигота — соединенный вместе) — оплодотворенная яйцеклетка. Ее ядро всегда имеет двойной набор хромосом. Из зиготы развивается зародыш, который дает начало новому организму.

Процесс оплодотворения начинается с проникновения сперматозоида в яйцеклетку. Под действием ферментов пузырька сперматозоида оболочка яйцеклетки в месте контакта растворяется. Ядро сперматозоида попадает внутрь яйцеклетки (рис. 87). При этом оболочка яйцеклетки становится непроницаемой для остальных сперматозоидов. После этого ядра гамет сливаются и формируется ядро зиготы.

Рис. 87. Оплодотворение у животных

Существуют два способа оплодотворения — наружный и внутренний. При наружном оплодотворении самка выметывает яйцеклетки (икру), а самец — сперму во внешнюю среду, где и происходит оплодотворение. Такой способ характерен для водных животных, например рыб и земноводных. При внутреннем оплодотворении слияние гамет происходит в половых путях самки. Так размножаются наземные и некоторые водные обитатели, например насекомые, пресмыкающиеся, птицы и млекопитающие.

Оплодотворенное яйцо может развиваться как в теле самки, например у млекопитающих, так и во внешней среде. В последнем случае яйца покрыты специальной оболочкой или скорлупой, и самка откладывает их в безопасное место, например в гнездо (у птиц).

Партеногенез. Разновидность полового размножения, когда развитие взрослой особи происходит из неоплодотворенного яйца, называется партеногенезом (от греч. партенос — девственность). Партеногенез встречается у ракообразных (дафний), насекомых (пчел, тлей), у некоторых птиц (индеек) (рис. 88). Развитие без оплодотворения чаще всего чередуется с обычным половым размножением. Из неоплодотворениых яйцеклеток начинают развиваться клетки, у которых в первом делении митоза хромосомы не расходятся и восстанавливается двойной набор хромосом.

Рис. 88. Животные, способные к партеногенезу: 1 — дафния; 2 — пчелы

Онтогенез организма и эмбриональное развитие. Индивидуальное развитие организма — онтогенез (от греч. онтос — сущее и генезис — рождение) охватывает весь период его жизни. За это время организм проходит несколько последовательных стадий: формируется зародыш, рождается новый организм, он растет, развивается, размножается, стареет и умирает. Онтогенез делят на два периода — эмбриональный и постэмбриональный.

Эмбриональный период, или эмбриогенез (от греч. эмбрион — зародыш и генезис) длится от момента образования зародыша из зиготы до его выхода из яйца или рождения. Он протекает в несколько этапов.

После оплодотворения из зиготы начинает развиваться зародыш. Оплодотворенное яйцо делится митозом на 2, далее на 4, 8, 16 и т. д. клеток. Этот процесс называют дроблением, так как в отличие от обычного деления клетки не увеличиваются, т. е. не растут (рис. 89). Дробящиеся клетки используют питательные вещества, накопленные в яйце. Процесс проходит очень быстро. Например, за 4 часа от момента оплодотворения из одной клетки зиготы возникают 64 клетки.

Рис. 89. Стадии развития заролыша хордового животного: 1 — дробление; 2 — бластула; 3 — впячнвании и формирование двух слоев клеток; 4 — гаструла: 5 — органогенез (а — нервная трубка; б — хорда; в — пищеварительная трубка)

Дробление заканчивается образованием бластулы (от греч. бластос — росток) зародышевого пузырька с полостью внутри. Стенки пузырька состоят из одного слоя клеток (рис. 89).

После образования бластулы наступает вторая стадия развития зародыша — гаструла (от греч. гастер — желудок). Она представляет собой двухслойный мешок. Его образование начинается с впячивания нижней стенки бластулы внутрь полости. В результате формируются два зародышевых листка: наружный — эктодерма (от греч. эктос — снаружи и дерма — кожа) и внутренний — энтодерма (от греч. энтос — внутри).

Рис. 90. Дробление икринки лягушки

На стадии гаструлы заканчивается развитие у губок и кишечнополостных. У более высокоорганизованных многоклеточных животных далее происходит формирование третьего зародышевого листка. Между эктодермой и энтодермой закладывается — мезодерма (от греч. мезос — средний, промежуточный и дерма). Она образуется за счет перемещения части клеток из наружного и внутреннего слоев. В результате образуется трехслойный зародыш. Одновременно на этой стадии формируются осевые органы, например у хордовых, нервная трубка, хорда и пищеварительная трубка.

Последующее развитие зародыша у хордовых животных связано с взаимодействием трех зародышевых листков, из которых развиваются все ткани и органы будущего организма. Стадия формирования органов у зародыша называется органогенезом.

Из эктодермы развиваются эпителиальная и нервная ткани, эпидермис кожи и его производные (ногти, волосы), а также нервная система и органы чувств. Из энтодермы образуются слизистый эпителий и органы пищеварения. Из мезодермы формируются мышечная и все виды соединительной ткани. Из хорды впоследствии у большинства хордовых образуется хрящевой или костный скелет, а из боковых участков мезодермы — мышцы, кровеносные сосуды, сердце, почки и органы половой системы.

Влияние различных факторов на развитие зародыша. Все клетки зародыша развиваются из одной исходной клетки — зиготы (рис. 90), имеют одинаковый набор хромосом и генетическую информацию. Однако в клетках разных зародышевых листков реализуется наследственная информация неодинаковых генов, что приводит к биосинтезу различающихся белков и, следовательно, к формированию из них разных тканей и органов.

Специфичность работы клеток возникает не сразу, а на определенном этапе эмбриогенеза. Установлено, что на стадии 2—16 клеток (в зависимости от вида животного) каждая клетка может развиться в нормальный организм. Если эти клетки разъединяются, то из каждой образуется самостоятельный организм — возникают однояйцевые близнецы. Они похожи друг на друга и всегда одинакового пола (рис. 91).

Рис. 91. Образование однояйцевых близнецов

Исследования показали, что в развитии зародыша животных имеются критические периоды, когда может произойти нарушение нормального развития. Например, такими периодами являются середина дробления, начало гаструляции и стадия формирования осевых органов. В это время зародыш особенно чувствителен к недостатку кислорода, температурным перепадам, механическому воздействию. Чем лучше защищено яйцо, тем менее оно подвержено внешним влияниям. Отрицательно воздействуют на развитие зародыша некоторые вирусные заболевания, например корь у человека. Такое же влияние оказывают ряд медикаментов, например, антибиотики, гормональные препараты, наркотические вещества и алкоголь. Мощными факторами, вызывающими нарушения зародышевого развития животных и человека, служат рентгеновские лучи и радиоактивное излучение. Их воздействие может привести к гибели зародыша или рождению организмов с уродствами (рис. 92).

Рис. 92. Нарушение зародышевого развития может привести к развитию уродств: 1 — двуглавая змея; 2 — сиамские близнецы Чанг и Энг

Упражнения по пройденному материалу

1. Как происходит процесс оплодотворения у животных?
2. В чем преимущества внутреннего оплодотворения по сравнению с наружным?
3. Объясните, почему некоторые животные размножаются партеногенезом. Приведите примеры.
4. В чем отличие дробления от обычного деления клетки?
5. На какой стадии развития зародыша происходит специализация клеток по строению и функциям?
6. Какие факторы внешней среды могут оказывать отрицательное воздействие на развитие зародыша у животных?

Оплодотворение у животных проходит четыре стадии.

Первая стадия — освобожде­ние яйцеклетки от лучистого венца и разрыхление прозрач­ной оболочки под влиянием фермента гиалуронидазы, вы­деляемого спермиями.

Для это­го требуется участие большого числа (тысяч) спермиев. Рас­сеивание клеток лучистого вен­ца—это не видовая особен­ность, оно может происходить под влиянием спермиев живот­ных и другого вида.

Для оплодотворения необяза­тельно полное освобождение яй­цеклетки от клеток лучистого венца. Достаточно лишь места, чтобы спермии проникли через прозрачную оболочку яйцеклет­ки в околожелточное простран­ство.

Вторая стадия — проникнове­ние спермиев в прозрачную обо­лочку яйцеклетки, где их на­капливается до нескольких де­сятков: у коров и овец — до 100, у свиней—от 200 до 1000, у кобыл—до 10.

Сквозь про­зрачную оболочку яйцеклетки не проходят спермии других (отдаленных) видов животных.

Третья стадия — проникнове­ние спермиев через желточную оболочку в протоплазму яйце­клетки.

С момента соприкосновения спермия к плазмолемме яйцеклетки на ее поверхности образуется выпячивание цитоплазмы – воспринимающий бугорок, или бугорок оплодотворения.

В ооцит проникают головка, шейка, несущая центросому, и начальная часть хвостового отдела.

Оплодотворение у животных и растений

Эта стадия строго спе­цифична и отличается высокой избирательностью: в яйцеклет­ку могут проникать только спермии своего вида.

Сквозь желточную оболочку яйцеклет­ки, как правило, проникает один спермий. Внедрившись в цитоплазму яйцеклетки, спер­мии претерпевает большие из­менения.

Головка спермия отде­ляется от хвоста, набухает, округляется и приобретает форму округлого ядра – мужской пронуклеус.

После проникновения спермия в яйцеклетку вокруг нее формируется оболочка оплодотворения, препятствующая проникновению в ооцит других спермиев. Яйцеклетки выделяют особые вещества – агглютинины. Они склеивают другие спермии, а фолликулярные клетки лучистого венца их поглощают.

Четвертая стадия — слияние пронуклеусов (полуядер) яйце­клетки и спермия. Эта стадия длится 4— 7 ч и завершается образовани­ем качественно новой клетки (зиготы) с диплоидным, т. е. нормальным, или полным, как и в соматических клетках ор­ганизма, для данного вида жи­вотного набором хромосом.

В зиготе резко ускоряются об­менные процессы: увеличивает­ся поглощение кислорода в 3— 4 раза по сравнению с неопло­дотворенной яйцеклеткой; в пер­вые же минуты отмечается уси­ление углеводного обмена, резко возра­стает (в 100 и более раз) фос­фатный обмен, в 10 и более раз — калийный и кальциевый обмены;

В зиготе происхо­дит перестройка цитоплазмы и начинается интенсивный про­цесс дробления. При этом зи­гота делится на две дочерние клетки—бластомеры, из двух образуется 4, из четырех — 8 и так далее, и начинается форми­рование и развитие нового ор­ганизма.

Оплодотворение происходит в ближайшей к яичнику трети яйцепровода. Образовавшаяся после оплодотворе­ния зигота постепенно перемещается в яйцепроводе по направлению к матке.

Полиспермия (переоплодо­творение) — проникновение в протоплазму яйцеклетки двух или даже нескольких спермиев. В норме после проникновения в яйцеклетку одного спермия другие не пропускаются в силу так называемой зональной ре­акции. У стареющих яйцеклеток зональная реакция нарушается и в яйцеклетку могут прони­кать несколько спермиев, с ко­торыми происходит слияние яйца.

Полиспермия нарушает тече­ние эмбриогенеза, приводит зиготу к гибели или обусловлива­ет развитие уродливых плодов.

Множественное оплодотворе­ние (суперфекундация) — опло­дотворение нескольких яйцекле­ток у одной самки спермиями самцов разных пород в период охоты. Оно часто наблюдается у многоплодных животных (свиньи, собаки), реже у коров и кобыл.

В результате суперфекундации рождаются плоды с признаками разных пород. В животноводческой практике осеменение самок в одну охо­ту производителями разных по­род применяют для повышения оплодотворяемости и жизнен­ности приплода. С этой целью при естественном осеменении самку случают с двумя самца­ми с интервалом в 10—15 мин, а при искусственном осемене­нии сперму, полученную от двух и более самцов, смешивают и смесью осеменяют самок.

Дата добавления: 2017-06-02; просмотров: 206;

ПОСМОТРЕТЬ ЕЩЕ:

Оплодотворение у животных проходит четыре стадии.

Первая стадия — освобожде­ние яйцеклетки от лучистого венца и разрыхление прозрач­ной оболочки под влиянием фермента гиалуронидазы, вы­деляемого спермиями.

Для это­го требуется участие большого числа (тысяч) спермиев. Рас­сеивание клеток лучистого вен­ца—это не видовая особен­ность, оно может происходить под влиянием спермиев живот­ных и другого вида.

Для оплодотворения необяза­тельно полное освобождение яй­цеклетки от клеток лучистого венца.

Оплодотворение у животных проходит четыре стадии.

Достаточно лишь места, чтобы спермии проникли через прозрачную оболочку яйцеклет­ки в околожелточное простран­ство.

Вторая стадия — проникнове­ние спермиев в прозрачную обо­лочку яйцеклетки, где их на­капливается до нескольких де­сятков: у коров и овец — до 100, у свиней—от 200 до 1000, у кобыл—до 10.

Сквозь про­зрачную оболочку яйцеклетки не проходят спермии других (отдаленных) видов животных.

Третья стадия — проникнове­ние спермиев через желточную оболочку в протоплазму яйце­клетки.

С момента соприкосновения спермия к плазмолемме яйцеклетки на ее поверхности образуется выпячивание цитоплазмы – воспринимающий бугорок, или бугорок оплодотворения.

В ооцит проникают головка, шейка, несущая центросому, и начальная часть хвостового отдела. Эта стадия строго спе­цифична и отличается высокой избирательностью: в яйцеклет­ку могут проникать только спермии своего вида.

Сквозь желточную оболочку яйцеклет­ки, как правило, проникает один спермий. Внедрившись в цитоплазму яйцеклетки, спер­мии претерпевает большие из­менения.

Головка спермия отде­ляется от хвоста, набухает, округляется и приобретает форму округлого ядра – мужской пронуклеус.

После проникновения спермия в яйцеклетку вокруг нее формируется оболочка оплодотворения, препятствующая проникновению в ооцит других спермиев. Яйцеклетки выделяют особые вещества – агглютинины. Они склеивают другие спермии, а фолликулярные клетки лучистого венца их поглощают.

Четвертая стадия — слияние пронуклеусов (полуядер) яйце­клетки и спермия. Эта стадия длится 4— 7 ч и завершается образовани­ем качественно новой клетки (зиготы) с диплоидным, т. е. нормальным, или полным, как и в соматических клетках ор­ганизма, для данного вида жи­вотного набором хромосом.

В зиготе резко ускоряются об­менные процессы: увеличивает­ся поглощение кислорода в 3— 4 раза по сравнению с неопло­дотворенной яйцеклеткой; в пер­вые же минуты отмечается уси­ление углеводного обмена, резко возра­стает (в 100 и более раз) фос­фатный обмен, в 10 и более раз — калийный и кальциевый обмены;

В зиготе происхо­дит перестройка цитоплазмы и начинается интенсивный про­цесс дробления. При этом зи­гота делится на две дочерние клетки—бластомеры, из двух образуется 4, из четырех — 8 и так далее, и начинается форми­рование и развитие нового ор­ганизма.

Оплодотворение происходит в ближайшей к яичнику трети яйцепровода. Образовавшаяся после оплодотворе­ния зигота постепенно перемещается в яйцепроводе по направлению к матке.

Полиспермия (переоплодо­творение) — проникновение в протоплазму яйцеклетки двух или даже нескольких спермиев. В норме после проникновения в яйцеклетку одного спермия другие не пропускаются в силу так называемой зональной ре­акции. У стареющих яйцеклеток зональная реакция нарушается и в яйцеклетку могут прони­кать несколько спермиев, с ко­торыми происходит слияние яйца.

Полиспермия нарушает тече­ние эмбриогенеза, приводит зиготу к гибели или обусловлива­ет развитие уродливых плодов.

Множественное оплодотворе­ние (суперфекундация) — опло­дотворение нескольких яйцекле­ток у одной самки спермиями самцов разных пород в период охоты. Оно часто наблюдается у многоплодных животных (свиньи, собаки), реже у коров и кобыл.

В результате суперфекундации рождаются плоды с признаками разных пород. В животноводческой практике осеменение самок в одну охо­ту производителями разных по­род применяют для повышения оплодотворяемости и жизнен­ности приплода. С этой целью при естественном осеменении самку случают с двумя самца­ми с интервалом в 10—15 мин, а при искусственном осемене­нии сперму, полученную от двух и более самцов, смешивают и смесью осеменяют самок.

Дата добавления: 2017-06-02; просмотров: 205;

ПОСМОТРЕТЬ ЕЩЕ:

Оплодотворением называется процесс слияния половых клеток. Оплодотворению предшествует осеменение.

Оплодотворение у животных (кратко)

Осеменение — процесс, обеспечивающий встречу сперматозоидов и яйцеклеток. Различают:

1) наружное осеменение, когда сперматозоиды и яйцеклетки выбрасываются в воду, где происходит их слияние. Характерно для водных животных (рыбы);

2) внутреннее осеменение, при котором самцы с помощью копулятивных органов вводят сперматозоиды в половые пути самки (наземные животные).

Оплодотворение приводит: а) к образованию диплоидной зиготы; б) зигота побуждается к развитию.

При встрече с яйцеклеткой сперматозоид выделяет ферменты гиалуронидазу и муциназу, которые раз­рушают оболочки яйцеклетки, и сперматозоид проникает в яйцеклетку. После этого образуется оболочка оплодотворения, препятствующая проникновению других сперматозоидов. Ядро сперматозоида еще некоторое время набухает, достигнув размеров ядра яйцеклетки, они сливаются, восстанавливается диплоидный набор хромосом — образуется зигота.

После образования зиготы начинается онтогенез — индивидуальное развитие организма.

Онтогенез — процесс развития организма с момента образования зиготы до смерти.

Онтогенез подразделяют на два периода: эмбриональный (с момента образования зиготы до выхода из яйцевых оболочек или рождения) и постэмбриональный (от выхода из яйцевых оболочек или рождения до смерти).

Эмбриональный период включает три этапа: дробление, гаструляцию, и органогенез.

1) Дробление – начинается процесс дробления с образования зиготы и завершается образованием бластулы.

2) Гаструляция — с бластулы и заканчивается образованием двух- или трехслойного зародыша – гаструлы.

3) Органогенез — начинается образованием комплекса осевых органов, завершается выходом из яйцевых оболочек).

Дробление – деление, приводящее к увеличению числа клеток без их роста. Процесс дробления характеризуется быстро следующими друг за другом митотическими делениями. Образующиеся клетки носят название бластомеры. Образуется 2 — 4 — 8 — 16 — 32 и т.д. бластомеров. Интерфаза между делениями очень короткая, поэтому клетки не успевают вырастать до прежних размеров, в результате чего происходит постепенное уменьшение размеров бластомеров. Дробление бывает полное, когда дробится вся яйцеклетка (в яйцах, содержащих мало желтка — млекопитающие) и неполное, когда дробится только часть яйцеклетки (в яйцах, содержащих большое количество желтка — птицы). У человека различают два вида бластомеров: мелкие (трофобласт), которые образуют оболочку, обеспечивающую питание зародыша; и более крупные (эмбриобласт), из которых развивается сам зародыш.

Рис. Дробление и развитие яйца ланцетника: а – оплодотворенное яйцо; б-ж – дробление; з – бластула; и – гаструляция; л – образование нервной трубки (нейрула); м – гисто- и органогенез.

Бластула — это однослойный многоклеточный зародыш с полостью внутри. Стенка бластулы называется бластодермой (она образована клетками – бластомерами), а полость внутри — бластоцель (первичная полость тела).

Следующий этап — образование двуслойного зародыша — гаструляция — у ланцетника осуществляется путем впячивания бластодермы в полость бластоцели. Гаструла имеет два слоя клеток (зародышевые листки): наружный — эктодерма и внутренний — энтодерма. Полость гаструлы называется гастроцель (первичная кишка), а вход в кишку — бластопор (первичный рот). Животные (черви, моллюски), у которых на месте бластопора развивается ротовое отверстие, называются первичноротыми. Хордовых, иглокожих относят ко вторичноротым, поскольку на месте бластопора у них образуется анальное отверстие, а рот развивается на противоположном конце тела. На стадии двух зародышевых листков заканчивают свое развитие двуслойные животные (кишечнополостные). У остальных между экто- и энтодермой образуется третий зародышевый листок- мезодерма. У хордовых это происходит путем отшнуровывания от энтодермы мезодермальных карманов.

Каждый зародышевый листок, на этапе гисто- и органогенеза, дает начало только определенным органам.

Из эктодермы развиваются: спинной и головной мозг, периферические нервы;эпидермис кожи и его производные (ногти, волосы, сальные и потовые железы, эмаль зубов, воспринимающие клетки органов зрения, слуха и др).

Из энтодермы развивается эпителий: полостей тела, пищеварительной и дыхательной систем, печени и поджелудочной железы и др., а также хорда. Хорда у низших хордовых сохраняется в течение всей жизни, а у высших замещается позвоночником.

Из мезодермы развиваются: скелетная мускулатура, все виды соединительной ткани, кровеносная, выделительная и половая системы.

Органогенез завершается в основном к концу эмбрионального периода развития. Однако дифференцировка и усложнение органов продолжаются в постэмбриональном периоде.