Учебник для 9 класса

Биология

§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?