En los animales superiores, las células reproductoras masculinas y femeninas, o gametos, se utilizan para reproducir descendencia. Son muy diferentes entre sí y del resto de células del cuerpo.

De las mujeres célula sexual llamado huevo. Es grande, de forma ovalada o esférica, contiene grandes cantidades de deutoplasma (yema) - material de construcción, por lo que en los mamíferos (excepto los ovíparos: el equidna y el ornitorrinco), el óvulo se desarrolla en el primer momento después de la fecundación, y en otros animales hasta que el embrión madura por completo. Por eso las células de este último alcanzan un tamaño verdaderamente gigantesco.

Los huevos más grandes de todos los animales que viven actualmente en la Tierra, si los tomamos con todas las membranas, que en las aves incluyen cáscara y proteínas, son los huevos de avestruz. El peso de esta jaula es de 2 a 3 kilogramos. Los reptiles prehistóricos extintos y la paloma migratoria, que vivieron en la Tierra hace relativamente poco tiempo, tenían un volumen de huevos del tamaño de un cubo. El óvulo humano es uno de los más pequeños, su diámetro es de 0,2 a 0,5 milímetros. En los invertebrados se conocen huevos aún más pequeños, cuyo diámetro apenas alcanza los 0,04 milímetros.

Los óvulos maduran en los órganos genitales femeninos: los ovarios. En los humanos se forman en primera infancia, aproximadamente dos años y medio, y luego no cambian. Se pudo calcular que cada ovario en ese momento contenía 30.000 óvulos. en más período temprano hay varios más, pero a partir del sexto mes de vida intrauterina en el ovario del embrión, algunos comienzan a madurar, sin embargo pleno desarrollo no alcances.

Un óvulo en maduración se divide dos veces y pierde la mitad de sus cromosomas. Sólo después de que la niña alcanza la pubertad el óvulo puede alcanzar su pleno desarrollo y se produce la ovulación, la liberación del óvulo del ovario. Durante la vida de una mujer sólo maduran poco más de 400 óvulos, 13 en un año.

Las células reproductoras masculinas, los espermatozoides, son únicas y diferentes a otras células del cuerpo. Los espermatozoides de diferentes animales se diferencian entre sí en apariencia. Lo que tienen en común es que siempre son más pequeños que un huevo y todos se caracterizan por su movilidad.

El espermatozoide de los mamíferos está formado por cabeza pequeña y una larga cola con la que se mueve. La longitud de un espermatozoide humano es de 50 a 70 micrones y sus cabezas miden sólo de 4 a 5 micrones. Los espermatozoides de los animales inferiores son especialmente complejos. A menudo están equipados con un perforador en forma de punzón, taladro, cincel o sacacorchos para abrir la cáscara del huevo, así como cuchillas, aletas y otros dispositivos.

Los espermatozoides se desarrollan en las gónadas masculinas, los testículos, que en los vertebrados están emparejados y ubicados en la cavidad del cuerpo. Sólo en los humanos y en algunos mamíferos se encuentran en sacos especiales directamente debajo de la piel. La salida de los testículos se produce durante la vida intrauterina del feto. Si por alguna razón esto no sucede, entonces los espermatozoides no se desarrollarán en dichos testículos. Se cree que esto sucede debido a temperatura alta dentro de la cavidad abdominal. En cualquier caso, los elefantes cuyos testículos se encuentran en la cavidad corporal y la temperatura es bastante alta, en temporada de apareamiento Sube a lo alto de las montañas, donde hace frío. Sin esto, la concepción es imposible. Cuando estos gigantes llegan a nuestro frío norte, a menudo dan a luz a sus crías en los primeros años. Pero debemos recordar que incluso en su tierra natal, la cría de elefantes en cautiverio está lejos de ser común.

Los testículos masculinos tienen alrededor de mil túbulos contorneados cada uno. Las paredes de los túbulos contienen grandes células ovaladas, cuya división produce espermatozoides. Durante la división, ellos, al igual que los gametos femeninos, pierden la mitad de sus cromosomas y luego se comprometen. proceso complejo reconstrucción morfológica, pasando de una célula ovalada ordinaria a un espermatozoide maduro.

Los espermatozoides que aún no han recibido la capacidad de moverse son empujados a través de los túbulos hacia el epidídimo, que es un tubo muy contorneado, donde los espermatozoides se almacenan en el líquido seminal, que contiene lo necesario para ellos. nutrientes: glucosa y fructosa.

Independientemente de dónde se encuentren los espermatozoides con el óvulo, ya sea en el tracto reproductivo de la hembra o fuera del cuerpo, cada espermatozoide individual tiene muy pocas posibilidades de llegar al óvulo. De hecho, en el tracto genital femenino, el esperma humano necesita viajar una gran distancia y la velocidad de movimiento no supera los 1,5 a 3 milímetros por minuto.

Para garantizar la fiabilidad del encuentro de dos células sexuales, la naturaleza tuvo que seguir la línea de uso enormes ejércitos espermatozoides incluso en los casos en los que sólo es necesario fertilizar un óvulo. Entonces, durante las relaciones sexuales en sistema reproductivo mujeres donde en mejor escenario Puede que sólo haya un óvulo maduro, pero se introducen 200 o más millones de espermatozoides.

El asunto se complica aún más por el hecho de que las células reproductoras (tanto femeninas como masculinas) son muy delicadas y de corta duración. Un óvulo humano muere un día después de la ovulación; los espermatozoides en el tracto genital de una mujer viven un poco más, de 24 a 48 horas.

Pero la cuestión no está sólo en la duración de la existencia de los elementos sexuales, sino también en cuánto tiempo son capaces de fertilizarse. La cáscara de los huevos de salmón, una vez en el agua, se endurece tanto que los espermatozoides ya no pueden atravesarla. Y los propios espermatozoides conservan la capacidad de moverse en el agua durante muy poco tiempo: en el salmón, 45 segundos y en la trucha de arroyo, solo 23 segundos. por tal Corto plazo y debe producirse el encuentro de ambas células. Por lo tanto, cuando se cría salmón artificialmente en piscifactorías, el caviar se mezcla previamente con esperma y poco después se transfiere al agua.

La vida útil y la capacidad de movimiento de los espermatozoides pueden aumentar significativamente si se mantienen sin agua. En forma "seca", el esperma de algunos peces se puede almacenar durante una o dos semanas y, a veces, más.

En algunos animales, el esperma se almacena en el tracto genital femenino durante mucho tiempo. Emparejamiento murciélagos ocurre durante la invernada, pero la fertilización no ocurre en este momento. El esperma introducido en el cuerpo de la mujer se almacena en el tracto genital hasta la primavera. El esperma de caracol se puede almacenar durante años. En las abejas el apareamiento ocurre una vez en la vida. Los espermatozoides se almacenan en un saco especial conectado al tracto genital. Cuando la abeja reina pone huevos, abre voluntariamente el esfínter de la bolsa y permite que los espermatozoides fertilicen los huevos puestos. Si la puesta se realiza con el esfínter cerrado, los óvulos quedan infecundados.

¿Cómo encuentra un espermatozoide un óvulo? Poco se sabe ahora sobre esto. Debido a la gran cantidad de espermatozoides, pueden producirse encuentros con óvulos como resultado de colisiones aleatorias. También se conocen dispositivos especiales. Los óvulos de algunos animales contienen sustancias especiales que, liberadas al medio ambiente en cantidades completamente insignificantes, prolongan la vida de los espermatozoides o los obligan a moverse hacia la fuente de esta sustancia.

No es necesaria la existencia de enormes ejércitos de espermatozoides. Mientras que la estructura del aparato reproductor facilita enormemente el encuentro del espermatozoide con el óvulo, los animales se conforman con un pequeño número de células reproductoras masculinas. Así, en algunos crustáceos inferiores pertenecientes a las dafnidas, se almacenan dos huevos en una cámara de cría cerrada, donde entran los espermatozoides durante el apareamiento, tras lo cual se cierra el orificio por el que se introducen. Los espermatozoides de estas dáfnidas son muy grandes, inactivos y, lo que es especialmente interesante, son pocos. Durante el apareamiento, no más de cinco espermatozoides ingresan a la cámara de cría y, en total, el macho no tiene más de 20 espermatozoides.

La fertilización comienza con la unión de un espermatozoide a la cáscara del óvulo. Ahora debe entrar. Esto lo previene la cáscara del huevo. En algunos animales, como los equinodermos y los anfibios, es muy espeso. A menudo es completamente intransitable para los espermatozoides, con la excepción de un canal estrecho llamado "micrópilo"; Sólo a través de él puede el espermatozoide penetrar en el óvulo. Los esfuerzos que desarrollan los espermatozoides en este proceso son enormes. Se puede observar cómo los grandes óvulos de animales marinos, en comparación con los cuales los espermatozoides son insignificantes, comienzan a moverse o girar lentamente bajo la presión amistosa de sus miles de ejércitos que rodean el óvulo en un denso anillo.

El óvulo humano, además de su propia cáscara, está rodeado por una capa de células: la corona radiada y, por tanto, es inaccesible a un espermatozoide. Sólo el esfuerzo combinado de varios cientos de miles de espermatozoides puede lograr romper esta barrera, destruyendo con la ayuda de una enzima especial hialuronidasa, contenida en pequeñas cantidades en sus cabezas, la sustancia que suelda las células de la corona radiada. Sólo entonces uno de los espermatozoides podrá penetrar el óvulo.

La penetración en el óvulo provoca inmediatamente una serie de cambios en él, en primer lugar en la cáscara: en un corto período de tiempo se vuelve tan densa que los espermatozoides ya no pueden atravesarla. La apariencia de esta membrana asegura que el óvulo sea fecundado por un solo espermatozoide.

En este caso, el óvulo del óvulo se fusiona con el núcleo del espermatozoide que penetra en su interior. Así, el núcleo de una nueva célula, que surge de la fusión de gametos masculinos y femeninos, ya contiene numero completo cromosomas. Entonces el huevo comienza a dividirse.

En algunos casos, la aparición de la membrana de fecundación se retrasa y, debido a ello, varios espermatozoides penetran en el óvulo. Cuando sus núcleos se fusionan con el núcleo del óvulo, el número total de cromosomas resulta ser mayor de lo normal. Sin embargo, para algunos organismos, la penetración de varios espermatozoides en el óvulo es ocurrencia normal. Sin embargo, en este caso sólo uno de ellos se fusiona con el núcleo. jaula femenina. El resto muere cerca de la superficie del núcleo y su sustancia se utiliza únicamente para nutrir el óvulo.

Sólo exclusivamente en casos raros En la fusión pueden participar varios espermatozoides. Un óvulo así suele desarrollarse incorrectamente y pronto muere. Sin embargo, en insectos, aves y algunos otros animales, en condiciones artificiales, es posible cultivar ejemplares individuales obtenidos de la fusión de un óvulo con varios espermatozoides hasta la edad adulta.

Los animales poliploides, es decir, que tienen varios juegos de cromosomas, también surgen durante la fertilización normal de un óvulo por un espermatozoide, si se altera el proceso de fragmentación posterior del óvulo. La poliploidía está especialmente extendida en las plantas. Las células de las plantas poliploides son más grandes, lo que da como resultado un tamaño de planta mucho mayor. Todas las plantas cultivadas son poliploides. Los casos de poliploidía en animales son mucho más raros. Esto puede deberse a una confusión al determinar el género. En este caso, no se produce una divergencia cromosómica normal, la división del óvulo se interrumpe y este muere. Sólo en animales del mismo sexo se produce fácilmente la poliploidía.

Fertilización – reacción específica. Esto significa que puede producirse fusión entre células germinales de animales pertenecientes a la misma especie o a muy similares. La fertilización de un óvulo por el esperma de animales no emparentados se produce sólo como un fenómeno excepcional.

Otra característica de la fertilización es que es irreversible. Si el espermatozoide que penetra en el óvulo muere por algún motivo, este puede continuar desarrollándose y fragmentándose como si nada. El desarrollo del óvulo continuará si se retira con cuidado de allí el esperma que lo ha penetrado. Ni un solo espermatozoide podrá volver a entrar en este óvulo. Los embriones que se desarrollan a partir de óvulos no fertilizados completamente mueren en las primeras etapas de desarrollo y sólo en ocasiones alcanzan la edad adulta. La capacidad de un óvulo para desarrollarse tras su muerte o eliminación del espermatozoide que ha penetrado en su interior es muy propiedad importante. Gracias a esta habilidad, al huevo le pueden pasar cosas asombrosas.



Fertilización Se llama unión de dos gametos, como resultado de lo cual se forma un óvulo fertilizado o cigoto (del griego zygota, unido en un par), - etapa inicial desarrollo de un nuevo organismo.

La fertilización conlleva dos consecuencias importantes: 1) activación del óvulo, es decir motivación para el desarrollo, y 2) sincariogamia, es decir. la formación de un núcleo cigoto diploide como resultado de la fusión de núcleos haploides de células germinales que transportan la información genética de dos organismos parentales.

El encuentro de gametos se ve facilitado por el hecho de que los huevos de plantas y animales se liberan al medio ambiente. quimicos- hormonas que activan los espermatozoides. Es posible que las células del tracto reproductivo femenino de los mamíferos secreten sustancias activadoras. Se ha establecido que los espermatozoides de los mamíferos pueden penetrar un óvulo sólo si han estado en el tracto reproductor femenino durante al menos una hora.

Se ha encontrado quimiotaxis positiva a sustancias secretadas por el óvulo en el esperma de varias plantas inferiores. No existe evidencia convincente de quimiotaxis en esperma animal. Los espermatozoides se mueven aleatoriamente y chocan con los óvulos al azar.

En la cáscara del óvulo de algunos animales hay pequeños agujeros, los micropilos, a través de los cuales penetra el esperma. En la mayoría de las especies no existe un micropilo; la penetración de los espermatozoides se produce a través de la reacción acrosómica, detectada mediante microscopía electrónica. Situada en el extremo anterior del espermatozoide, la región acrosómica está rodeada por una membrana. Al entrar en contacto con el huevo, la membrana del acrosoma se destruye. De él se libera un filamento acrosómico, se libera una enzima que disuelve la membrana del óvulo y la enzima hialuronidasa, que destruye células foliculares, rodeando el huevo. El filamento acrosómico penetra en la zona disuelta de las membranas del huevo y se fusiona con la membrana del huevo. En este punto, se forma un tubérculo receptivo a partir del citoplasma del óvulo. Captura el núcleo, los centríolos y las mitocondrias del esperma y los transporta profundamente al óvulo. La membrana plasmática del esperma está incrustada en la membrana superficial del óvulo, formando una membrana externa en mosaico del cigoto.

La penetración de un espermatozoide en un óvulo cambia su metabolismo, lo que se manifiesta por una serie de transformaciones morfológicas y fisiológicas. Aumenta la permeabilidad membrana celular, aumenta la absorción de fósforo y potasio del medio ambiente, se libera calcio, aumenta el metabolismo de los carbohidratos y se activa la síntesis de proteínas. Algunos animales necesitan oxígeno. si, y erizo de mar en el primer minuto después de la fertilización, la absorción de oxígeno aumenta 80 veces. Las propiedades coloidales del protoplasma cambian. La viscosidad aumenta de 6 a 8 veces. En la capa exterior del huevo cambian la elasticidad y las propiedades ópticas. La membrana de fertilización se desprende de la superficie; Se forma un espacio libre lleno de líquido entre él y la superficie del huevo. Debajo se forma una cáscara, que proporciona unión a las células resultantes de la trituración del óvulo. Una vez que se forma la membrana de fertilización, otros espermatozoides ya no pueden penetrar el óvulo.

Un indicador de cambios en el metabolismo es el hecho de que en varias especies animales la maduración del óvulo finaliza después de la penetración del espermatozoide. Ud. lombrices intestinales y los moluscos, sólo en los huevos fecundados se libera el segundo cuerpo reductor. En los humanos, los espermatozoides penetran en los óvulos que aún se encuentran en el período de maduración. El primer cuerpo reductor se libera después de 10 horas, el segundo, solo 1 día después de la penetración del esperma.

La culminación del proceso de fertilización es la fusión nuclear. El núcleo del espermatozoide (pronúcleo masculino) en el citoplasma del óvulo se hincha y alcanza el tamaño del núcleo del óvulo (pronúcleo femenino). Al mismo tiempo, el pronúcleo masculino gira 180 grados y avanza con el centrosoma hacia el pronúcleo femenino; este último también se acerca a él. Después del encuentro, los núcleos se fusionan.

Como resultado de la sincariogamia, es decir. fusión de dos núcleos con un conjunto haploide, se restaura el conjunto diploide de cromosomas. Después de la formación del synkarion, el huevo comienza a triturarse.

El estudio de la fisiología de la fertilización nos permite comprender el papel gran número espermatozoides involucrados en la fertilización. Se ha establecido que si durante la inseminación artificial de conejos el líquido seminal contiene menos de 1000 espermatozoides, no se produce la fertilización. Del mismo modo, la fecundación no se produce cuando se introduce una cantidad muy grande de espermatozoides (más de 100 millones). Esto se explica en el primer caso por una cantidad insuficiente y, en el segundo, por una cantidad excesiva de enzimas necesarias para la penetración del espermatozoide en el óvulo.

7. Fertilización en animales

Fertilización- el proceso de fusión de células reproductoras masculinas y femeninas, que da como resultado la formación de un cigoto. Cigoto- óvulo fertilizado. Ella siempre tiene un conjunto diploide de cromosomas. A partir del cigoto se desarrolla un embrión que da origen a un nuevo organismo.

Etapas de fertilización

El proceso de fecundación comienza desde el momento en que el espermatozoide penetra en el óvulo. Cuando el espermatozoide entra en contacto con la cáscara del óvulo, el contenido del acrosoma sale a la superficie de la cáscara. Bajo la acción de las enzimas hidrolíticas contenidas en el acrosoma, la cáscara del huevo se disuelve en el lugar de contacto. Proteínas especiales aseguran la penetración del contenido de los espermatozoides en el óvulo (Fig. 15).

Arroz. 15. Secuencia de etapas de la fecundación: A - acercamiento de espermatozoide y óvulo; B - penetración del espermatozoide en el óvulo; B - fusión de dos núcleos; G - formación del huso de la primera división; D - formación de las dos primeras células del embrión.

A continuación, se producen varios procesos de forma sincrónica. El espermatozoide, por así decirlo, inicia el programa de desarrollo inherente al óvulo. En primer lugar, la cáscara del óvulo se vuelve impermeable a otros espermatozoides. En segundo lugar, en el óvulo comienza una mayor síntesis de proteínas, lo que asegurará el desarrollo del cigoto. A continuación, se fusionan dos núcleos haploides, que se denominan pronúcleos(traducido del latín como “predecesores del núcleo”). Como resultado de la fusión de los pronúcleos, se forma el núcleo diploide del cigoto. En un óvulo fertilizado, el ADN de dos núcleos se replica y se prepara para dividirse. Junto con el pronúcleo, los centríolos de los espermatozoides también ingresan al óvulo, que desempeñan papel importante. Aseguran la formación del huso de la primera división.

Existen dos métodos de fertilización en animales: externa e interna. Durante la fertilización externa, la hembra libera óvulos (desova) y el macho libera espermatozoides al ambiente externo, donde ocurre la fertilización. Este método de fertilización es típico de los habitantes acuáticos (erizos de mar, peces, anfibios).

Durante la fertilización interna, la fusión de gametos se produce en el tracto genital femenino. Este método es típico de los habitantes terrestres y algunos acuáticos (gusanos, insectos, reptiles, aves, mamíferos).

Un óvulo fertilizado puede desarrollarse en el cuerpo de la hembra, como en los mamíferos, o en ambiente externo, como muchas aves, reptiles, insectos. En este último caso, el óvulo fertilizado se cubre con una membrana o cáscara especial. La hembra lo guarda en el lugar más seguro.

El significado biológico de la fertilización es que la fusión de gametos restaura el conjunto diploide de cromosomas y nuevo organismo lleva información hereditaria y características de dos padres.

Partenogénesis

El tipo de reproducción sexual en la que se desarrolla un adulto a partir de un óvulo no fertilizado se llama partenogénesis.

La partenogénesis ocurre en crustáceos inferiores (dafnia), insectos (abejas, pulgones) y en algunas aves (pavos) y, por regla general, se alterna con la reproducción sexual normal. Un nuevo organismo se desarrolla a partir de óvulos no fertilizados con un conjunto haploide de cromosomas. Durante la primera división de la mitosis después de la duplicación del ADN, los cromosomas no divergen y se restablece el conjunto diploide.

La partenogénesis puede ocurrir tanto en condiciones favorables como desfavorables. Por ejemplo, en los pulgones y las dafnias, las hembras se desarrollan en verano y los machos a partir de huevos no fertilizados en otoño. En las abejas, los machos (zánganos) siempre se desarrollan a partir de huevos no fertilizados, y las hembras (reinas) y obreras a partir de huevos fertilizados.

La partenogénesis puede ser provocada artificialmente por la influencia de algún factor sobre el óvulo.

Conjugación

Otro tipo de reproducción sexual es la conjugación: una conexión temporal de dos individuos y el intercambio de partes del aparato nuclear y una pequeña cantidad de citoplasma. Este proceso es característico de los más simples, en particular de los ciliados. Antes de que comience la conjugación en los ciliados, el núcleo grande (macronúcleo) se destruye y el núcleo generativo pequeño (micronúcleo) se divide mediante meiosis. Tres de los cuatro núcleos haploides formados se destruyen y el cuarto se divide por mitosis en dos núcleos. Uno de estos núcleos se intercambia entre individuos conjugados. Los núcleos intercambiados se fusionan con los segundos núcleos que quedan en las células. Como resultado, se forma un núcleo diploide en cada célula. Después de esto, los individuos se dispersan.

El nuevo núcleo se divide en dos partes desiguales. Uno, mayoría se convierte en un macronúcleo y el otro en un micronúcleo. Este proceso se asemeja a la fertilización, ya que la fusión de los núcleos diferentes organismos Esto es lo que sucede y la información genética se actualiza.

Preguntas para el autocontrol

1. ¿Qué procesos ocurren durante la fertilización?

2. ¿Cómo se llama una célula formada como resultado de la fusión de dos gametos? ¿Qué conjunto de cromosomas tiene?

3. Compara los dos métodos de fertilización: externa e interna. ¿Cuál de ellos proporciona una mayor probabilidad de aparición y preservación de la descendencia?

4. ¿Cuál es la esencia de la partenogénesis? ¿Qué significa esto para los organismos? ¿Por qué la partenogénesis se considera un tipo de reproducción sexual?

5. Compara conjugación y fertilización. ¿Cuáles son las similitudes y diferencias entre estos procesos?

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Fertilización La fertilización es el proceso de unión de gametos masculinos y femeninos. En este caso, se forma el genotipo del individuo, que lleva información de ambos padres. La fertilización conlleva dos consecuencias importantes: la activación del óvulo (estimulando su desarrollo) y

Fertilización externa llevado a cabo en ambiente, generalmente en condiciones del agua, donde terminan las células reproductoras masculinas y femeninas. Un ejemplo es la fertilización en la mayoría de los animales que viven o se reproducen en el agua: anélidos , bivalvos, mayoría pez, anfibios sin cola. Los gametos masculinos y femeninos liberados por estos organismos entran al agua, donde se encuentran y se fusionan, formando un cigoto.

Con fertilización externa El encuentro del óvulo y el espermatozoide depende de una variedad de factores ambientales, por lo que con este tipo de fertilización, los organismos suelen formar una gran cantidad de células germinales. Por ejemplo, la rana del lago pone hasta 11 mil huevos, el arenque del Atlántico pone alrededor de 200 mil huevos y el pez luna, casi 30 millones.

Fertilización interna

Fertilización interna- el encuentro y fusión de los gametos se produce en el tracto genital femenino. En este caso, la probabilidad de fertilización y supervivencia del cigoto es mucho mayor, por lo que se forman muchas menos células reproductoras (especialmente óvulos). La fertilización interna es común a muchos. organismos acuáticos, y en tierra se convierte en la única forma fiable de asegurar la fusión de los gametos. Con la fertilización interna, el cigoto tiene la oportunidad de desarrollarse mientras permanece en el cuerpo de la madre.

Fertilización interna en muchos animales (reptiles, aves) se acompaña de la puesta de huevos en el ambiente externo, donde, durante un cierto período de tiempo, a partir de los huevos se desarrollan pequeños cachorros: pollitos, tortugas bebes, cocodrilos etc. En la mayoría de los mamíferos, el cigoto y el embrión formado a partir de él se someten a desarrollo interno en los genitales femeninos. En mamíferos (excepto ovíparos - ornitorrinco Y equidnas) para hacer crecer el embrión (embrión), en el útero se forma el llamado lugar del bebé o placenta. Está presente en forma de rudimentos incluso en los marsupiales. A través de la placenta se establece una conexión entre el torrente sanguíneo del embrión y la hembra. Esto asegura el intercambio de gases en el cuerpo del embrión, su nutrición y eliminación de productos de descomposición y, por supuesto, la protección del embrión de condiciones ambientales desfavorables.

Fertilización interna en los animales, un proceso que surgió durante la evolución más tarde que la fertilización externa y un fenómeno morfobiológico mucho más progresivo. Lo mismo cabe señalar sobre la aparición de la placenta en la historia del desarrollo del mundo animal. Garantizan la reproducción de una generación joven sana con una importante protección, preservación (y economía) de las células germinales de los organismos reproductores y el cuidado de la madre por el desarrollo de los embriones.

Con fertilización interna el cigoto tiene la oportunidad de desarrollarse mientras permanece en el cuerpo de la madre.

La cantidad de células germinales que produce el cuerpo también depende del grado de cuidado de los padres hacia la descendencia. Por ejemplo, el bacalao pone 10 millones de huevos y nunca regresa al lugar de puesta, la tilapia africana, que lleva huevos en la boca, no produce más de 100 huevos, y los mamíferos con un comportamiento parental complejo que cuida a sus crías dan a luz. sólo uno o varios jóvenes.

En los humanos, como en todos los demás mamíferos, la fecundación se produce en los oviductos, a través de los cuales el óvulo avanza hacia el útero. Los espermatozoides viajan una gran distancia antes de encontrarse con el óvulo y solo uno de ellos penetra en el óvulo. Después de la penetración del espermatozoide, el óvulo forma una cáscara gruesa en la superficie, impenetrable para otros espermatozoides.

Si se ha producido la fertilización, el óvulo completa su división meiótica (§ 3.6) y los dos núcleos haploides se fusionan en el cigoto, combinando el material genético de los organismos paterno y materno. Se forma una combinación única. material genético nuevo organismo.

Los óvulos de la mayoría de los mamíferos conservan la capacidad de fertilizarse durante un tiempo limitado después de la ovulación, normalmente no más de 24 horas. Los espermatozoides que abandonan el sistema reproductor masculino también viven muy poco tiempo. Así, en la mayoría de los peces, los espermatozoides mueren en el agua después de 1 a 2 minutos; en el tracto genital de un conejo viven hasta 30 horas, en los caballos de 5 a 6 días y en las aves hasta 3 semanas. Los espermatozoides humanos en la vagina de una mujer mueren después de 2,5 horas, pero los que logran llegar al útero permanecen viables durante dos o más días. También hay casos excepcionales en la naturaleza, por ejemplo, los espermatozoides de las abejas conservan la capacidad de fertilizar en la espermateca de las hembras durante varios años.

Un óvulo fecundado puede desarrollarse en el cuerpo del cuerpo de la madre, como ocurre en los mamíferos placentarios, o en el ambiente externo, como en las aves y los reptiles. En el segundo caso, está cubierto con conchas protectoras especiales (huevos de aves y reptiles).

En algunas especies de organismos ocurre. forma especial reproducción sexual - sin fertilización. Este desarrollo se llama partenogénesis (del griego partenos - virgen, génesis - emergencia) o desarrollo virgen. En este caso, el organismo hijo se desarrolla a partir de un óvulo no fertilizado basándose en el material genético de uno de los padres, y se forman individuos de un solo sexo. La partenogénesis natural permite aumentar drásticamente el número de descendientes y existe en aquellas poblaciones donde el contacto entre individuos de diferentes sexos es difícil. La partenogénesis ocurre en animales de diferentes grupos sistemáticos: abejas, pulgones, crustáceos inferiores, lagartos de roca e incluso algunas aves (pavos).

Uno de los principales mecanismos que asegura la fertilización estrictamente dentro de una especie es la correspondencia del número y la estructura de los cromosomas femeninos y femeninos. gametos masculinos, así como la afinidad química del citoplasma del óvulo y el núcleo del espermatozoide. Incluso si las células germinales extrañas se unen durante la fertilización, esto generalmente conduce a un desarrollo anormal del embrión o al nacimiento de híbridos estériles, es decir, individuos incapaces de tener hijos.

La reproducción sexual de los organismos está asociada a su diferenciación sexual morfológica y fisiológica (dimorfismo sexual) y al proceso sexual.

El proceso sexual se caracteriza por un sistema de mecanismos adaptativos:

1. la formación de gametos masculinos y femeninos,
2. su fusión durante la fertilización (singamia),
3. unión de núcleos (cariogamia),
4. Cromosomas sinaupsisohomólogos en meiosis y recombinación de factores hereditarios.

El ciclo de reproducción sexual cubre el período desde la formación de células germinales hasta su nueva reproducción en la siguiente generación.

Fertilización Se acostumbra llamar a la estimulación de un óvulo para su desarrollo como resultado de la cariogamia. La fertilización es un proceso irreversible: un óvulo una vez fertilizado no puede volver a fertilizarse. La singamia y la cariogamia constituyen la esencia del proceso de fecundación. Sin embargo, en algunas especies, la reproducción de una nueva generación se lleva a cabo basándose únicamente en el gameto femenino, un óvulo sin fertilización (reproducción virgen). En este caso reproducción sexual También termina con la maduración de los gametos. Ambos métodos de reproducción pueden alternarse en la misma especie.

Durante el proceso de fecundación tienen lugar los siguientes fenómenos genéticos importantes necesarios para la existencia de la especie:

• restauración del conjunto diploide de cromosomas y, dentro del conjunto diploide, el emparejamiento de cromosomas homólogos (maternos y paternos) que se separaron en la meiosis durante la formación de células germinales en los organismos parentales;
• asegurar la continuidad material entre generaciones sucesivas;
• la combinación en un individuo de las propiedades hereditarias de los organismos materno y paterno.

Para asegurar la fertilización es necesaria la maduración simultánea de los gametos del organismo materno y paterno. En las plantas de polinización cruzada, la maduración de las células germinales masculinas y femeninas puede no coincidir en el tiempo, y esta discrepancia sirve como un mecanismo adaptativo que previene la autopolinización. Es posible que la discrepancia en el momento de maduración de las células germinales en diferentes sexos de la misma especie sea una de las formas en que se produce la polinización cruzada.

Fertilización en animales.

El proceso de fertilización en animales se puede dividir en varias fases.

La primera fase comienza cuando los espermatozoides se adhieren a cualquier punto de la superficie del óvulo o lo penetran a través del micrópilo. El momento de contacto de la cabeza del espermatozoide con el óvulo es el momento inicial de la cadena. reacciones quimicas. Esta fase se llama fase de activación del huevo. Normalmente, la activación de los óvulos la provocan los espermatozoides de su propia especie. En algunos casos (en el gusano Rhabdites monohystera), los espermatozoides pueden activar el óvulo, pero el núcleo masculino no se fusiona con el materno. Este fenómeno se llama fertilización pseudogama.

La segunda fase del proceso de fertilización comienza después de la penetración de uno y, en algunos animales, de varios espermatozoides en el óvulo. El espermatozoide penetrado se "prepara" para la fusión con el núcleo femenino y la posterior mitosis: el núcleo del espermatozoide se hincha gradualmente y adquiere la apariencia de un núcleo en interfase. Este núcleo se llama seminal o masculino. pronúcleo.

En el momento en que el espermatozoide entra en contacto con el óvulo y penetra en su interior, el núcleo del óvulo en diferentes animales puede estar en diferentes etapas divisiones de maduración. El núcleo del óvulo, listo para fusionarse con el núcleo del espermatozoide, se llama pronúcleo femenino. La fertilización en sí, es decir, la fusión de los pronúcleos paterno y materno, sólo es posible después del final de la meiosis.

La penetración de los espermatozoides puede ocurrir en las siguientes etapas:

1. ovocito I con núcleo en reposo
2. ovocito I en etapa de metafase I
3. ovocito II en estadios meta o anafase II
4. huevo maduro

En los equinodermos y celentéreos, los espermatozoides pueden penetrar el óvulo una vez completada la meiosis. Esta fertilización se llama fertilización tipo erizo de mar. Una vez que el espermatozoide penetra en el óvulo, su núcleo pronto se conecta con el núcleo femenino; En el núcleo del cigoto comienza la primera división: aplastar el óvulo.

En los animales sin cráneo (lancetas) y en todos los vertebrados, la penetración del espermatozoide en el óvulo se produce, por regla general, durante la metafase II. En las ascidias, bivalvos y varios otros animales, el espermatozoide penetra en el óvulo en la etapa de metafase I, y en las esponjas, lombrices intestinales y algunos otros animales, en la etapa de ovocito I, es decir, antes del inicio de la meiosis. Este tipo de fertilización se llama un tipo de lombriz intestinal. Los espermatozoides que han penetrado el citoplasma del óvulo “esperan” en la etapa de reposo el final de la segunda división meiótica del óvulo.

Durante el acto de fertilización, dos pronúcleos haploides se fusionan en un núcleo. La cariogamia da lugar a un nuevo proceso cualitativo: el desarrollo del cigoto. Este momento es la culminación del proceso de reproducción sexual. Como resultado de la cariogamia, los cromosomas homólogos, separados en la meiosis de la generación anterior, se reúnen en un núcleo del cigoto.

Para comprender una serie de fenómenos genéticos importantes, es necesario saber qué elementos del espermatozoide penetran en el óvulo. Anteriormente se creía que el citoplasma de los espermatozoides y sus orgánulos no ingresan al óvulo. Actualmente, se acumulan cada vez más pruebas a favor del hecho de que no sólo la cabeza (núcleo) del espermatozoide, sino también su cuello e incluso la cola penetran en el citoplasma del óvulo en los mamíferos. Si esto se confirma, entonces las opiniones sobre el papel del citoplasma. cuerpo masculino en la transmisión de sus propiedades a la descendencia. Sin embargo, todavía no hay datos genéticos al respecto; Sólo se conocen los hechos de la transmisión de enfermedades virales.

Junto con el núcleo del espermatozoide, un centríolo penetra en el citoplasma del óvulo, que después de un tiempo forma una centrosfera, dando lugar a un huso de escisión.

Dado descripción general La fertilización en animales puede variar en detalle. diferentes tipos. Como resultado de estos cambios, el proceso de fertilización en cada especie puede proceder de manera específica, evitando el cruce interespecífico.

Fertilización en plantas.

En las plantas, como en los animales, la esencia de la fertilización se reduce a la fusión de dos núcleos haploides.

La fertilización en las plantas es, en principio, similar a la de los animales, pero la existencia de un gametofito en las plantas ha propiciado la aparición de algunas características en las mismas.

El mecanismo citológico de este proceso en gimnospermas fue creado por el botánico ruso N. N. Gorozhankin en 1880, y en angiospermas, por E. Strasburger en 1884. E. Strasburger caracterizó la fertilización en angiospermas de la siguiente manera:

1. el proceso de fertilización implica la fusión del núcleo de los gametos masculinos y femeninos,
2. el citoplasma de los gametos no está relacionado con la fertilización,
3. el núcleo del espermatozoide y el núcleo del óvulo son núcleos reales.

La fusión del espermatozoide con el núcleo del óvulo es el acto propiamente dicho de fecundación, como resultado del cual se forma un cigoto con conjunto diploide cromosomas.

Ya se ha dicho anteriormente que la microgametogénesis finaliza con la formación de dos espermatozoides, que surgen en el grano de polen o en el tubo polínico durante la germinación del grano de polen. El momento en que los granos comienzan a germinar después de caer sobre el estigma. diferentes plantas varía dependiendo de condiciones externas y el estado del estigma y el pistilo. Por ejemplo, en la remolacha, la germinación de los granos de polen comienza después de 2 horas, en kok-saghyz, después de 5 minutos, y en el maíz, el sorgo y otras plantas ocurre casi de inmediato.

El primer signo de la germinación del grano de polen es un aumento de su volumen. Por lo general, un tubo se forma a partir de un grano de polen, pero en algunas plantas (malváceas, calabaza) se forman varios tubos a partir de un grano, pero solo uno de ellos alcanza su pleno desarrollo. El patrón de crecimiento de los tubos polínicos está determinado por las propiedades hereditarias de las plantas. K. Correns en MeiaridrTum (sueño) descubrió que cuando varios granos de polen germinan simultáneamente en el estigma, la tasa de crecimiento de los tubos polínicos a menudo depende de su número: cuantos más hay, más lentamente germinan y se observa competencia.

El tubo polínico, que crece hasta el micropilo, entra en contacto con la parte del saco embrionario donde se encuentra el aparato del óvulo (el óvulo y los sinérgicos). Sin embargo, en algunas plantas el tubo polínico se acerca al saco embrionario a través de la parte chalazal del óvulo.

Moviéndose a lo largo del tubo polínico a medida que crece, dos núcleos generativos, los espermatozoides, después de que el tubo se rompe, junto con su contenido, ingresan al saco embrionario. Los espermatozoides pueden ser redondos, en forma de sacacorchos, a veces aflojados, con hebras cromosómicas visibles, etc. Sus núcleos en este momento, por regla general, se encuentran en la etapa de telofase. De los dos espermatozoides que penetran en el saco embrionario, un espermatozoide penetra en el óvulo y se fusiona con el núcleo haploide de este último. La fusión del núcleo del espermatozoide con el núcleo del óvulo es el momento central de la fecundación en las plantas.

En las plantas, al igual que en los animales, la preparación para la fusión de los núcleos masculino y femenino puede ser diferente. Convencionalmente, podemos suponer que las plantas tienen dos tipos de fertilización: el tipo Asteraceae, similar al tipo erizo de mar en los animales, y el tipo Liliaceae, similar al tipo lombriz intestinal. En el primer caso (tipo Compositae), el núcleo del espermatozoide penetra en el óvulo maduro en un estado de telofase incompleta, disuelve la cáscara del núcleo del óvulo y entra en el estado de interfase. En el segundo caso (tipo lirio), el esperma penetra el óvulo mientras se encuentra en la última etapa de la telofase. El núcleo del espermatozoide no penetra en el núcleo del óvulo, sino que permanece junto a él. Posteriormente, cada núcleo comienza a prepararse para la división por separado, y la unión de sus cromosomas ocurre solo en la etapa metafase de la primera división mitótica del cigoto. En el óvulo fertilizado, el número diploide de cromosomas se restablece en el cigoto. El embrión semilla se desarrolla a partir del cigoto.

Después de la fertilización, las angiospermas desarrollan más órgano embrionario- endospermo, que es el depósito nutricional del embrión. El desarrollo del endospermo comienza con la segunda fecundación. El segundo espermatozoide del tubo polínico, al entrar en el saco embrionario, se fusiona con el núcleo diploide de la célula central del saco embrionario. En este caso, se forma un conjunto de cromosomas: dos conjuntos idénticos de cromosomas del cuerpo de la madre y un conjunto del cuerpo del padre.

La fusión de un espermatozoide con el óvulo y el otro con el núcleo de la célula central se llama doble fertilización. El honor de este descubrimiento, realizado en 1898, pertenece a nuestro compatriota S. G. Navashin. La naturaleza triploide de los núcleos del endospermo fue establecida por primera vez en skerda (Crepis) por M. S. Navashin en 1915.

La formación de tejido que nutre al embrión es una característica de las plantas. En los animales, esta función está asignada a los nutrientes de reserva del óvulo y al organismo materno, que nutre al embrión a través de la placenta.

Una de las características de la fertilización en las plantas, resultante de la presencia de una doble fertilización en ellas, es un fenómeno llamado xenia. Este término fue propuesto en 1881 por V. Focke. El significado de este fenómeno radica en la influencia directa del polen sobre las características y propiedades del endospermo. Por ejemplo, existen variedades de maíz con endospermo amarillo (semillas amarillas) y con endospermo blanco (semillas blancas). Si las flores femeninas de la variedad de grano blanco se polinizan con polen de la variedad de grano amarillo, entonces, a pesar de que el endospermo se desarrolla en la planta de la variedad de grano blanco, su color será amarillo o amarillo pálido. En consecuencia, el núcleo del espermatozoide es capaz de cambiar el color del endospermo, porque este tejido, como el tejido del embrión, es de origen híbrido.

Así es lo más esquema general el proceso de fertilización en animales y plantas. Sin embargo, está sujeto a cambios adaptativos dependiendo de las características estructurales de las células germinales y de la biología de reproducción característica de cada especie de animales y plantas.