Підручник з Біології і екології. 10 клас. Шаламов - Нова програма

§ 41. Запліднення

У результаті запліднення утворюється зигота

Як ми вже не раз зауважували, статеве розмноження відіграє важливу роль у житті еукаріотів. Зазвичай, воно супроводжується формуванням спеціалізованих гаплоїдних клітин — гамет, які мають здатність зливатися одна з одною. Під час такого злиття гамет формується диплоїдна зигота. Цей процес має назву запліднення. Доля зиготи може бути різною: або з неї розвиватиметься диплоїдний організм, або вона поділиться мейозом і утворить гаплоїдні клітини.

Запліднення відбувається, коли зливаються дві статеві клітини

Як правило, запліднення відбувається, коли зливаються дві статеві клітини. Якщо вони схожі одна на одну, то такий процес називають ізогамія (рис. 41.1, А). Якщо відрізняються за розмірами, то йдеться про гетерогамію (рис. 41.1, Б). Граничним різновидом гетерогамії є оогамія, коли одна з клітин втрачає рухливість і перетворюється на яйцеклітину, що несе з собою запас поживних речовин для розвитку ембріону, а друга перетворюється на рухомий сперматозоїд (рис. 41.1, В). Такі диференційовані гамети трапляються у тварин і рослин. У деяких організмів запліднення відбувається без формування гамет. Про такі випадки вже йшлося, коли ми описували життєвий цикл базидіальних грибів. Грибниця в них міститься в щільному середовищі, зазвичай у ґрунті, і «використовувати» рухомі гамети у ньому було б дещо «непродумано».

Рис. 41.1. Типи запліднення у живій природі

А. Ізогамія. Б. Гетерогамія. В. Оогамія. Г. Соматогамія.

Тому процес запліднення відбувається шляхом злиття клітин ниток грибниці (гіф), що контактують. Такий спосіб запліднення має назву соматогамія та є адаптацією до життя в щільному середовищі (рис. 41.1, Г).

Запліднення може відбуватися в довкіллі або в організмі самиці

Для того, щоб запліднення таки відбулося, сперматозоїди повинні якимось чином дістатися яйцеклітини. Розрізняють кілька типів запліднення в залежності від того, де відбувається злиття гамет (рис. 41.2). Під час зовнішнього запліднення самці й самиці виділяють свої статеві клітини в довкілля, де вони й зустрічаються. Такий спосіб можливий лише у водних організмів, оскільки гамети повинні постійно знаходитися у вологому середовищі. Зовнішнє запліднення можна спостерігати в риб, амфібій, коралів і морських червів. У випадку внутрішнього запліднення сперма напряму доставляється до статевих шляхів самиці, де й відбувається злиття статевих клітин. Такий спосіб запліднення характерний для наземних організмів: ссавців, птахів, комах тощо, хоча він зустрічається й у багатьох водних видів, наприклад, акул або ракоподібних. Внутрішнє запліднення робить можливим внутрішньоутробний розвиток, коли ембріон розвивається всередині тіла матері, після чого народжується вже сформована молода особина. Ще один спосіб доставки сперми до статевих шляхів самиці — сперматофорне запліднення. У цьому випадку самець продукує особливу структуру, що функціонує як сховище сперми — сперматофор, після чого залишає його в зовнішньому середовищі. Самиця підбирає сперматофор, і сперма з нього потрапляє до її статевих протоків. Сперматофорне запліднення спостерігається в саламандр, скорпіонів і головоногих молюсків. Воно займає проміжне положення між внутрішнім і зовнішнім заплідненням.

Рис. 41.2. Види запліднення

A. Корали синхронно викидають свої статеві продукти (яйця і сперму), а запліднення відбувається у товщі води, де й починає розвиватися личинка. Б. На відміну від багатьох кісткових риб, хрящові риби використовують винятково внутрішнє запліднення. Під час спарювання акул самець, зазвичай, кусає самицю за плавці або боки та намагається міцніше утриматися на ній. B. Скорпіони, як і багато інших павукоподібних, поміщають сперму до сперматофору (коробочки зі спермою), який розташовують на поверхні ґрунту. В процесі шлюбних ігор скорпіони «танцюють»: самець утримує самицю за клешні й намагається «посадити» її на сперматофор. За танцями скорпіонів ви можете поспостерігати на відео

Щоб зустрітися з яйцеклітиною, людський сперматозоїд проходить довгий і складний шлях

Запліднення в людини відбувається в результаті статевого акту. При цьому сперма, яка містить сперматозоїди, потрапляє до жіночих статевих шляхів (рис. 41.3). Першим відділом жіночої статевої системи, який долають на своєму шляху сперматозоїди, є піхва. Кислотність піхви доволі низька: її рН=4, і таке кисле середовище виникає в результаті діяльності симбіотичних мікроорганізмів.

Згадане середовище є згубним для сперматозоїдів, тому більша їхня частина гине в піхві.

Однак найстійкіші й найспритніші проникають до матки. Далі крізь матку вони потрапляють у фаллопієві (маткові) труби. Саме тут сперматозоїд повинен зустрітися з яйцеклітиною. Варто відзначити, що й у цьому випадку сперматозоїдам доводиться долати перепони. Річ у тім, що фаллопієві труби вистелені війчастим епітелієм, який створює потік рідини від яєчника до матки1, тому сперматозоїди змушені пливти проти течії. Таким чином, лише невеликій кількості сперматозоїдів вдається досягти яйцеклітини, після чого вони почнуть «боротися» за право запліднити її.

Рис. 41.3. Будова жіночої статевої системи

У процесі запліднення ядро сперматозоїда проникає всередину яйцеклітини

Досягнувши яйцеклітини у фаллопієвій трубі, сперматозоїд підпливає до неї й зливається. При цьому він використовує ферменти акросоми, щоб розчинити щільну оболонку, яка оточує яйцеклітину. Під час цього до яйцеклітини проникає лише ядро сперматозоїда. Із попереднього параграфа ви пам’ятаєте, що сперматозоїд несе одну велику спіралеподібну мітохондрію, необхідну для забезпечення його енергетичних потреб. Ця мітохондрія не потрапляє до яйцеклітини і відкидається, тому всі мітохондрії нащадки отримують із цитоплазмою материнської яйцеклітини. Після проникнення одного сперматозоїда хімічний склад оболонки яйцеклітини змінюється, й наступний сперматозоїд вже не може проникнути в яйцеклітину.

1 Саме цей потік «підхоплює» яйцеклітину, а потім і ембріон і виносить його в матку.

Рис. 41.4. Яйцеклітина людини одразу після запліднення

Чітко видно два ядра: одне з них належить яйцеклітині, а інше дісталося від сперматозоїда.

У результаті проникнення ядра сперматозоїда утворюється яйцеклітина з двома ядрами в ній. Через деякий час ядра зливаються і відновлюють диплоїдний набір хромосом — формується зигота. Саме з формування зиготи й починається відлік часу життя нового організму.

Порушення гаметогенезу й запліднення спричиняє безпліддя чи спадкові хвороби

Як ви могли впевнитися, процеси утворення гамет і їхнє злиття є досить складними. Тому не дивно, що існують їхні різноманітні порушення, що відбуваються на різних етапах. Ці порушення можуть призводити до проблем із народженням дітей, хоча сучасна медицина здатна долати багато з них.

Найбільш поширене порушення репродуктивного життя людини — безпліддя. Воно полягає в нездатності людини зачати дитину в процесі природного статевого акту. Причини безпліддя можуть бути різноманітними. Жіноче безпліддя зумовлене аномаліями розвитку статевої системи: порушеннями будови матки, непрохідністю фаллопієвих труб, наявністю спайок у статевих шляхах (рис. 41.5, А). Ці проблеми часто виникають у результаті запальних процесів, переохолодження або інфекції, наприклад такої, що передається статевим шляхом. У результаті сперматозоїд фізично не може дістатися яйцеклітини. Деякі з цих порушень можна усунути хірургічним шляхом, наявність інших же не дозволяє жінці завагітніти взагалі. У таких випадках можна застосувати екстракорпоральне запліднення і, якщо потрібно, сурогатне материнство. Для цього запліднення проводять у лабораторних умовах поза організмом матері, а потім ембріон переносять до матки матері або іншої жінки. Більш детально про цю процедуру ви дізнаєтеся в § 44.

У випадку з чоловічим безпліддям найбільш поширеним є порушення процесу утворення сперматозоїдів. У спермі вони можуть бути відсутні зовсім, їх може бути мало або їхня рухливість недостатньою. Це спричинено найрізноманітнішими чинниками. Однією з найбільш розповсюджених і в той же час легко усувних причин чоловічого безпліддя є варикозне розширення вен сім’яника — варикоцеле, тією або іншою мірою виражене в кожного десятого чоловіка (рис. 41.5, Б). Венозний застій порушує охолодження сім’яника, що важливо для протікання сперматогенезу. Просте хірургічне лікування варикоцеле призводить до відновлення нормального сперматогенезу. В інших випадках безпліддя можна подолати, застосувавши екстракорпоральне запліднення. Для того, щоб вчасно виявити й усунути потенційні порушення сперматогенезу, рекомендовано періодично здавати сперму на аналіз — робити спермограму.

Деякі порушення гаметогенезу можуть спричиняти розвиток генетичних захворювань у дітей. Так, вам уже відомо, що ймовірність народження дитини з хромосомними аномаліями збільшується з віком матері. Це пов’язано з тим, що первинні ооцити в жінки завмирають у першому поділі мейозу на довгі роки: від моменту закладання під час ембріонального розвитку й до початку менструального циклу. Чим довше вони знаходяться в такому стані, тим вища ймовірність того, що розходження хромосом відбудеться з порушенням1. Зі сказаного можна зробити висновок: для жінок найбільш сприятливий період народження дітей — вік 20—35 років, а для чоловіків же цей період значно довший.

1 Подібний ефект спостерігається й у чоловіків, але вікова залежність є менш вираженою.

Рис. 41.5. Порушення будови статевих органів

А. Спайки у фаллопієвих трубах. У результаті запалення, часто спричиненого переохолодженням, у фаллопієвих грубах формуються тяжі зі сполучної тканини — спайки, що блокують рух яйцеклітини. Таке порушення може призводити до позаматкової вагітності, що є смертельно небезпечною для матері. Б. Варикоцеле — розширення вен сім’яника, яке призводить до «перегріву» сім’яних канальців і погіршення якості сперми.

Під час проникнення двох сперматозоїдів до яйцеклітини одночасно (що відбувається дуже рідко) утворюється триплоїдний ембріон. При подальшому його розвитку відбуваються порушення розходження хромосом у процесі клітинного поділу, у результаті чого зародок швидко гине. Наявність чисельних бар’єрів на шляху сперматозоїда до яйцеклітини, саме й покликана перешкоджати утворенню триплоїдного зародка. Крім того, після злиття з першим сперматозоїдом, яйцеклітина втрачає здатність зливатися з наступними.

Життєві запитання — обійти не варто!

Елементарно про життя

• 1. Оогамія подібна на гетерогамію тим, що

А в обох випадках гамети мають однаковий розмір і будову

Б в обох випадках одна гамета відрізняється від іншої

В в ній також беруть участь диплоїдні клітини

Г в ній також беруть участь дві рухомі гамети

Д в ній також беруть участь гамети, утворені мітозом

• 2. При статевому розмноженні НЕ утворює статеві клітини

А людина

Б дерево гінкго

В крокодил

Г підберезовик

Д соняшник

• 3. Зовнішнє запліднення відбувається у водному середовищі, оскільки гамети

А рухаються швидше у воді

Б отримують поживні речовини з води

В на суходолі засихають

Г на суходолі швидко стають їжею

Д у ґрунті не можуть фотосинтезувати

• 4. Виберіть правильний шлях руху сперматозоїда після статевого акту.

А матка — піхва — фаллопієві труби — яєчник

Б піхва — фаллопієві труби — матка — яєчник

В яєчник — фаллопієві труби — матка — піхва

Г піхва — матка — фаллопієві труби

Д матка — піхва — фаллопієві труби

• 5. Яка з наведених причин НЕ може спричинити безпліддя?

А пришвидшення руху сперматозоїдів

Б непрохідність жіночих статевих шляхів

В низька концентрація сперматозоїдів у спермі

Г порушення гормональної регуляції менструального циклу

Д надмірне закислення середовища в піхві

• 6. Увідповідніть тип запліднення з організмом, для якого він характерний.

1. зовнішнє запліднення

2. сперматофорне запліднення

3. внутрішнє запліднення

А амеба

Б акула

В саламандра

Г качконіс

У житті все просто

• 7. Який тип запліднення виник першим? Де воно відбувалося: у зовнішньому середовищі чи в організмі самки?

• 8. Схарактеризуйте всі переваги й недоліки внутрішнього запліднення порівняно зі зовнішнім.

• 9. Звідки сперматозоїд знає, куди йому плисти для зустрічі з яйцеклітиною?

• 10. Запропонуйте зміни способу життя, що дозволять зменшити ймовірність появи порушень процесу запліднення.

У житті все не так просто

• 11. Час від часу в людей народжуються близнята. Наведіть максимальну кількість причини появи близнят. Чи можна якось впливати на ймовірність їхнього народження?

• 12. Чому сперматогенез у ссавців має відбуватися за пониженої температури? Для яких іще груп тварин характерні такі умови цього процесу?