Оплодотворение и развитие животных

Оплодотворение - процесс слияния мужских и женских половых клеток, в результате которого образуется зигота, при этом восстанавливается диплоидный набор хромосом. Из зиготы развивается зародыш.

Существуют два способа оплодотворения: наружное и внутреннее. При наружном оплодотворении самка выметывает яйцеклетки (икру), а самец поливает их спермой. Такой способ оплодотворения характерен для водных обитателей (рыб, земноводных). При внутреннем оплодотворении слияние гамет происходит в половых путях самки, что отмечается у наземных и некоторых водных обитателей (у млекопитающих, рептилий, насекомых, червей). Оплодотворенное яйцо может развиваться в теле матери, как у млекопитающих, либо во внешней среде. Тогда яйца покрываются специальной оболочкой или скорлупой, и самка откладывает их в наиболее безопасное место (у насекомых, птиц, рептилий, моллюсков).

Биологическое значение оплодотворения состоит в том, что при слиянии гамет, как уже было сказано, восстанавливается диплоидный набор хромосом, а новый организм несет наследственную информацию и признаки двух родителей. Это увеличивает разнообразие признаков организмов, повышает их жизнестойкость и адаптационные свойства.

Онтогенез - индивидуальное развитие организма. Он делится на два периода - эмбриональный и постэмбриональный.

Эмбриональный период ( эмбриогенез) начинается с момента оплодотворения и заканчивается рождением организма. Эмбриогенез делится на несколько этапов.

1. Дробление. После слияния ядер двух гамет и восстановления диплоидного набора хромосом начинается развитие зародыша. Первая стадия называется дроблением. Митозом яйцо начинает делиться на 2, затем на 4, 8 и т.д. клеток. Образующиеся при дроблении клетки называются бластомерами. Основное отличие дробления от обычного деления заключается в том, что образующиеся клетки не увеличиваются в объеме, не растут. Дробление идет за счет питательных веществ яйцеклетки.

Характер дробления зависит от яйца. Оно может быть равномерным, или полным, когда яйцо полностью делится на бластомеры (ланцетник, морской еж, земноводные). Дробление может быть неполным, когда желтка в яйце много и дробится только верхний диск яйца (птицы, рептилии, рыбы).

Дробление заканчивается образованием бластулы. Бластула - однослойный зародышевый шар с полостью внутри. Стенки шара образованы одним слоем клеток.

2. Гаструляция. После образования бластулы наступает вторая стадия развития зародыша - гаструла. Гаструляция начинается с впячивания нижних клеток бластулы внутрь полости. В результате образуются 2 слоя клеток и вторичная полость с отверстием - бластопором. Гаструла - двухслойный зародышевый мешок, наружный слой клеток которого называется эктодермой, а внутренний - энтодермой.

3. Образование 3 зародышевых листков. На следующей стадии между экто - и энтодермой закладывается 3-й зародышевый листок - мезодерма. Она образуется за счет миграции части клеток наружного и внутреннего слоев. На этой стадии образуется трехслойный зародыш.

4. Органогенез. Из трех зародышевых листков развиваются все ткани и органы будущего организма: из эктодермы - кожные покровы, нервная система, органы чувств; из энтодермы - пищеварительная система, печень, поджелудочная железа, легкие; мезодерма дает начало хрящевому и костному скелету, мышцам, кровеносной системе, почкам, половым железам.

Закладка органов начинается на стадии нейрулы. В энтодерме образуется зачаток хорды, а над ней в клетках эктодермы - нервная пластинка, которая сворачивается в нервную трубку и погружается под эктодерму. Справа и слева от нервной трубки развивается мезодерма, образуя осевой комплекс. Далее происходит образование и развитие остальных органов. Все клетки зародыша развиваются из одной исходной клетки - зиготы и имеют одинаковый набор хромосом, а также генетическую информацию. Однако в разных зародышевых листках функционируют разные наборы генов, что приводит к формированию различных тканей и органов. Специфичность работы клеток возникает не сразу, а на определенном этапе эмбриогенеза. Вещества или группа клеток, стимулирующих развитие органов и тканей зародыша, называются индукторами, а явление стимуляции - эмбриональной индукцией. Так, организатором, направляющим развитие нервной трубки, являются клетки мезодермы и хорда.

Постэмбриональное развитие. Этот процесс начинается после выхода организма из яйца или тела матери, т.е. после его рождения, когда организм способен существовать самостоятельно. Постэмбриональное развитие бывает двух типов: прямое и непрямое.

Прямое развитие идет без превращений, когда родившийся организм имеет сходство со взрослой особью, что отмечается, например, у птиц и млекопитающих.

Непрямое развитие протекает с метаморфозом - превращением во взрослую особь. В этом случае имеется личиночная стадия, когда родившийся организм не похож на взрослую особь. Личинка - организм, приспособленный к активному питанию, росту и развитию, но не способный размножаться (за редким исключением). Например, у лягушки личиночная стадия - головастик, у бабочки - гусеница.

Биологический смысл метаморфоза заключается в том, что личинки и взрослые особи питаются разной пищей, адаптированы к разным условиям, что устраняет конкуренцию между ними и способствует выживанию потомства.

Партеногенез - разновидность полового размножения, когда взрослая особь развивается из неоплодотворенного яйца. Встречается у низших ракообразных (дафний), насекомых (пчел, тлей), некоторых птиц (индеек) и чаще всего чередуется с обычным половым размножением. Из неоплодотворенных яйцеклеток с гаплоидным набором начинают развиваться клетки, у которых в митозе наблюдается нерасхождение хромосом и диплоидный набор восстанавливается. Партеногенез может идти как при благоприятных условиях (у тлей и дафний развиваются самки), так и при неблагоприятных условиях (осенью из неоплодотворенных яиц развиваются самцы). У пчел из неоплодотворенных яиц развиваются трутни, а из оплодотворенных - самки и рабочие пчелы. Партеногенез можно вызвать искусственно, воздействием какого-либо фактора на яйцеклетку.