Qual è il vantaggio della fecondazione interna rispetto alla fecondazione esterna? Il processo di fecondazione negli animali. Tipi di riproduzione sessuale

Il numero e la dimensione delle cellule germinali variano nei diversi animali. Si osserva il seguente schema: meno è probabile che l'ovulo e lo sperma si incontrino, più è probabile che l'ovulo e lo spermatozoo si incontrino numero maggiore le cellule germinali si formano nel corpo. Ad esempio, i pesci depongono le uova (uova) e lo sperma direttamente nell'acqua (si verifica l'inseminazione esterna) e il numero di uova in alcuni di essi raggiunge una quantità enorme (il merluzzo depone circa 10 milioni di uova). Durante la fecondazione interna, grazie al comportamento coordinato del maschio e della femmina, entrano direttamente le cellule riproduttive maschili corpo femminile. In questo caso, la probabilità di fecondazione è molto alta e, di conseguenza, il numero di cellule germinali diminuisce drasticamente. Il numero di cellule germinali prodotte è notevolmente ridotto nei genitori che si prendono cura della prole. Pertanto, il numero di uova nei pesci vivipari non supera diverse centinaia e le vespe solitarie, che forniscono cibo alle future larve - insetti paralizzati, depongono solo una decina di uova. Molti altri fattori influenzano il numero di uova prodotte. In particolare, esiste una relazione tra la dimensione delle uova e il loro numero rispetto a più grande di un uovo, meno sono (uccelli). Il processo di fecondazione consiste in diverse fasi: penetrazione dello sperma nell'uovo, fusione dei nuclei aploidi di entrambi i gameti per formare una cellula diploide - lo zigote e la sua attivazione per la frammentazione e l'ulteriore sviluppo. La maggior parte degli ovuli degli animali devono essere fecondati quasi immediatamente dopo l'ovulazione. Nella maggior parte dei mammiferi, l'ovulo conserva solitamente la capacità di fecondare per 24 ore e negli esseri umani - 12-24 ore dopo l'ovulazione. Gli spermatozoi che si trovano al di fuori del sistema riproduttivo maschile, di regola, vivono molto a lungo. poco tempo. Pertanto, gli spermatozoi di trota muoiono nell'acqua entro 30 secondi, nel tratto genitale dei polli gli spermatozoi vivono 30-40 giorni, nell'utero e negli ovidotti di una donna - 5-8 giorni, e negli spermatozoi delle api femmine, gli spermatozoi conservano il capacità di fertilizzare per un anno o più. È garantita la localizzazione dell'ovulo da parte degli spermatozoi e la loro interazione sostanze speciali- gamoni prodotti dalle cellule germinali. Si ritiene che esistano almeno due tipi di ginogamoni - sostanze secrete dagli ovuli (uno attiva il movimento degli spermatozoi, l'altro li agglutina) e due tipi di androgamoni secreti dalle cellule riproduttive maschili (uno paralizza la motilità degli spermatozoi, l'altro dissolve la membrana dell'uovo). La fecondazione avviene solo ad una certa concentrazione di spermatozoi (Fig. 76). È stato dimostrato nei conigli che la fecondazione non avviene sia quando nell'inseminazione di una femmina sono coinvolti meno di 1000 spermatozoi, sia quando sono più di 100 milioni, ciò si spiega con una quantità insufficiente o eccessiva di ialuronidasi secreta, un enzima.

Usando una rana come esempio, vediamo come avviene la fecondazione negli animali. L'uovo non fecondato è ricoperto da diverse membrane protettive che lo proteggono influenze esterne. Gli spermatozoi si muovono attivamente nell'acqua e, incontrando un uovo, con l'aiuto della ialuronidasi secreta dall'acrosoma, ne dissolvono le membrane e penetrano nella cellula. Non appena uno spermatozoo penetra nell'ovulo, le sue membrane acquisiscono proprietà che impediscono la penetrazione di altri spermatozoi e l'ovulo inizia a prepararsi per la divisione.

Gli esperimenti dimostrano che per indurre l'ovulo a frammentarsi non è affatto necessario che gli spermatozoi penetrino nell'ovulo; è sufficiente la loro interazione superficiale. Se si utilizza una micropipetta per estrarre lo sperma che ha iniziato a penetrare nell'ovulo, potrebbe iniziare la frammentazione. Al contrario, se uno spermatozoo viene introdotto direttamente nell'ovulo con una micropipetta, l'attivazione non avverrà. In alcune specie, in particolare nel baco da seta, diversi spermatozoi possono penetrare nell'uovo, ma normalmente solo uno di essi si fonde con il nucleo dell'uovo, gli altri muoiono.

Fecondazione esterna effettuato a ambiente, solitamente in condizioni acquatiche dove si trovano cellule riproduttive maschili e femminili. Un esempio è la fecondazione nella maggior parte degli animali che vivono o si riproducono in acqua: anellidi, bivalvi, maggior parte pescare, anfibi senza coda. I gameti maschili e femminili rilasciati da questi organismi entrano nell'acqua, dove si incontrano e si fondono, formando uno zigote.

Con fecondazione esterna l'incontro tra l'ovulo e lo sperma dipende di più vari fattori ambiente esterno, quindi, con questo tipo di fecondazione si formano solitamente degli organismi grande quantità cellule germinali. Ad esempio, la rana del lago depone fino a 11mila uova, l'aringa dell'Atlantico ne depone circa 200mila e il pesce luna quasi 30 milioni.

Fecondazione interna

Fecondazione interna- L'incontro e la fusione dei gameti avviene nel tratto genitale femminile. In questo caso, la probabilità di fecondazione e di sopravvivenza dello zigote è molto più elevata, quindi si formano molte meno cellule riproduttive (soprattutto uova). La fecondazione interna è comune a molti organismi acquatici, e sulla terra diventa l'unico modo affidabile per garantire la fusione dei gameti. Con la fecondazione interna, lo zigote ha l'opportunità di svilupparsi pur rimanendo nel corpo della madre

Fecondazione interna in molti animali (rettili, uccelli) è accompagnata dalla deposizione delle uova nell'ambiente esterno, dove, dopo un certo periodo di tempo, dalle uova si sviluppano piccoli cuccioli: pulcini, piccole tartarughe, coccodrilli ecc. Nella maggior parte dei mammiferi, lo zigote e l'embrione formato da esso subiscono sviluppo interno nei genitali femminili. Nei mammiferi (tranne gli ovipari - ornitorinco E echidna) per far crescere l'embrione (embrione), nell'utero si forma il cosiddetto luogo del bambino o placenta. È presente sotto forma di rudimenti anche nei marsupiali. Attraverso la placenta viene stabilita una connessione tra flussi sanguigni embrione e femmina. Grazie a ciò, è assicurato lo scambio di gas nel corpo dell'embrione, la sua nutrizione e la rimozione dei prodotti di decomposizione e, naturalmente, la protezione dell'embrione da condizioni sfavorevoli ambiente esterno.

Fecondazione interna negli animali - un processo sorto durante l'evoluzione dopo la fecondazione esterna e un fenomeno morfobiologico molto più progressivo. Lo stesso vale per l'aspetto della placenta nella storia dello sviluppo del mondo animale. Garantiscono la riproduzione di una giovane generazione sana con una significativa protezione, conservazione (ed economia) delle cellule germinali degli organismi riproduttori e la cura della madre per lo sviluppo degli embrioni.

Con fecondazione interna lo zigote ha l'opportunità di svilupparsi rimanendo nel corpo della madre.

Il numero di cellule germinali prodotte dall'organismo dipende anche dal grado di cura dei genitori nei confronti della prole. Ad esempio, il merluzzo depone 10 milioni di uova e non ritorna mai al luogo di deposizione, il pesce tilapia africano, che porta le uova in bocca, non produce più di 100 uova e i mammiferi con un comportamento genitoriale complesso che si prende cura della prole danno alla luce solo uno o più giovani.

Nell'uomo, come in tutti gli altri mammiferi, la fecondazione avviene negli ovidotti, attraverso i quali l'ovulo si muove verso l'utero. Gli spermatozoi percorrono una distanza enorme prima di incontrare l'ovulo e solo uno di loro penetra nell'ovulo. Dopo la penetrazione dello sperma, l'uovo forma uno spesso guscio sulla superficie, impenetrabile agli altri spermatozoi.

Se è avvenuta la fecondazione, l'uovo completa la sua divisione meiotica (§ 3.6) e i due nuclei aploidi si fondono nello zigote, unendo il materiale genetico degli organismi paterni e materni. Si forma una combinazione unica materiale genetico nuovo organismo.

Le uova della maggior parte dei mammiferi mantengono la capacità di fecondare per un tempo limitato dopo l'ovulazione, solitamente non più di 24 ore. Sperma che ha lasciato il maschio sistema riproduttivo, vivono anche molto breve. Quindi, nella maggior parte dei pesci, gli spermatozoi muoiono nell'acqua dopo 1-2 minuti, nel tratto genitale di un coniglio vivono fino a 30 ore, nei cavalli 5-6 giorni e negli uccelli fino a 3 settimane. Lo sperma umano nella vagina di una donna muore dopo 2,5 ore, ma quelli che riescono a raggiungere l’utero rimangono vitali per due o più giorni. Esistono in natura e casi eccezionali Ad esempio, lo sperma delle api conserva la capacità di fecondare nella spermateca delle femmine per diversi anni.

Un uovo fecondato può svilupparsi nel corpo della madre, come avviene nei mammiferi placentari, o durante ambiente esterno, come gli uccelli e i rettili. Nel secondo caso è ricoperto da speciali gusci protettivi (uova di uccelli e rettili).

Si verifica in alcune specie di organismi forma speciale riproduzione sessuale - senza fecondazione. Questo sviluppo è chiamato partenogenesi (dal greco partenos - vergine, genesi - emergenza), o sviluppo vergine. In questo caso, l'organismo figlia si sviluppa da un uovo non fecondato sulla base del materiale genetico di uno dei genitori e si formano individui di un solo sesso. La partenogenesi naturale lo rende possibile forte aumento numero di discendenti ed esiste in quelle popolazioni dove il contatto tra individui di sesso diverso è difficile. La partenogenesi avviene in animali di diversi gruppi sistematici: api, afidi, crostacei inferiori, lucertole rupestri e persino alcuni uccelli (tacchini).

Uno dei principali meccanismi che garantiscono la fecondazione rigorosamente all'interno di una specie è la corrispondenza del numero e della struttura dei cromosomi dei gameti femminili e maschili, nonché l'affinità chimica del citoplasma dell'uovo e del nucleo dello sperma. Anche se durante la fecondazione cellule germinali estranee si uniscono, ciò porta di solito ad uno sviluppo anormale dell'embrione o alla nascita di ibridi sterili, cioè di individui incapaci di avere figli.

Fecondazione - Primo stadio sviluppo individuale corpo. La fusione delle cellule germinali femminili e maschili (gameti aploidi) darà origine a un nuovo organismo che eredita le caratteristiche dei suoi genitori, ma differisce da essi anche per nuove combinazioni di cromosomi che forniscono caratteristiche individuali.

Nel nucleo di ogni ovulo e di ogni spermatozoo ci sono la metà dei cromosomi - portatori materiali di caratteristiche ereditarie (23) rispetto ai nuclei di altre cellule (46). Durante la fecondazione, che avviene in tube di Falloppio, dove gli ovuli penetrano dopo l'ovulazione e circa 200 milioni di spermatozoi dopo il rapporto sessuale, solo uno spermatozoo penetra nell'ovulo e si fonde con esso. Nell'uovo fecondato (zigote), il nucleo ha 46 cromosomi contenenti informazioni sulle caratteristiche ereditarie di entrambi i genitori.

L'ovulo fecondato si divide e si trasforma in un embrione multicellulare che, muovendosi lungo le tube di Falloppio, dopo 4-5 giorni entra nella cavità uterina e si immerge nella sua mucosa gonfia, già preparata dagli ormoni ovarici. L'attaccamento dell'embrione al rivestimento dell'utero si chiama impianto.

Una membrana è formata da parte delle cellule dell'embrione: quella esterna (la futura placenta, o luogo del bambino), che ha capillari e villi attraverso i quali l'embrione si nutre e respira, e quella interna è sottile, formando una bolla , la cui cavità è piena di acqua fetale, proteggendo l'embrione danno meccanico e penetrazione di sostanze nocive.

La membrana media prende parte alla formazione del cordone ombelicale: il cordone ombelicale. L'embrione si sviluppa rapidamente nell'utero. Entro tre mesi sviluppo intrauterino Quasi tutti gli organi sono formati. Già da questo periodo il corpo della madre è collegato al feto tramite il cordone ombelicale attraverso la placenta.

Nei primi due mesi di sviluppo intrauterino, l'organismo è chiamato embrione o feto, e dopo nove settimane e prima della nascita - feto. A 4,5 mesi, il feto può sentire i battiti cardiaci, la cui frequenza è 2 volte superiore a quella della madre. A cinque mesi il feto pesa circa 0,5 kg e alla nascita pesa in media 3–3,5 kg.

Studiando fasi iniziali lo sviluppo ha dimostrato che nelle prime fasi di sviluppo è quasi impossibile distinguerlo dagli embrioni di altri animali. L'embrione umano sviluppa una notocorda, archi branchiali e rete corrispondente vasi sanguigni, proprio come nel caso del più antico pesce squalo. Man mano che gli embrioni si sviluppano, appaiono le differenze. Innanzitutto acquisiscono tratti che caratterizzano la loro classe, poi il distacco, il genere e fasi tardive- visualizzazione. Tutto ciò parla della comunanza della loro origine e della sequenza di divergenza delle loro caratteristiche.

Confronto di embrioni di vertebrati diverse fasi sviluppo: 1 - pesce; 2 - lucertola; 3 - coniglio; 4 persone.

La placenta, o luogo del bambino, è l'organo che collega l'embrione al corpo materno durante lo sviluppo intrauterino. Sembra un disco saldamente attaccato al rivestimento dell'utero. Con l'aiuto della placenta, il feto riceve nutrienti e ossigeno e viene liberato dall'anidride carbonica e dai prodotti metabolici. La placenta protegge il feto da impatti negativi una serie di fattori.

Il sangue della madre non si mescola con il sangue del feto, ma si limita a scambiare nutrienti e ossigeno attraverso le pareti dei capillari della placenta. Scambio di ossigeno e diossido di carbonio tra il corpo della madre e il feto avviene per diffusione.

IN sviluppo embrionale L'embrione umano ha tre periodi critici principali: il 6°-7° giorno dopo il concepimento - l'impianto, alla fine della seconda settimana di gravidanza - la placentazione e il parto. Periodi critici connesso con cambiamenti improvvisi attività di tutti i sistemi del corpo materno (circolazione sanguigna, nutrizione, scambio di gas, ecc. cambiamenti). Conoscere questi periodi è molto importante, poiché ciò aiuterà a proteggere il corpo della madre dall’esposizione fattori dannosi, soprattutto su fasi iniziali gravidanza.

Alla propria prole, risultando in una combinazione di tratti ereditati. Questi geni vengono trasmessi attraverso un processo chiamato fecondazione. Durante la fecondazione, le cellule maschili e femminili si fondono per formare una cellula chiamata zigote. Lo zigote cresce e si sviluppa fino a diventare pienamente funzionante nuovo organismo. Esistono due modi in cui può avvenire la fecondazione.

Il primo metodo è la fecondazione esterna (l'ovulo viene fecondato all'esterno del corpo), mentre il secondo è la fecondazione interna (l'ovulo viene fecondato nel tratto riproduttivo della femmina). Mentre la fecondazione è necessaria per gli organismi che si riproducono, gli individui che si riproducono non necessitano di fecondazione. Questi organismi producono copie geneticamente identiche di se stessi attraverso gemmazione, frammentazione, partenogenesi o altre forme di riproduzione asessuata.

Cellule sessuali

Negli animali riproduzione sessuale comporta la fusione di due diversi per formare uno zigote. I gameti sono prodotti da un tipo di divisione cellulare chiamata. I gameti (contengono solo un set di cromosomi), mentre uno zigote (contiene due set). Nella maggior parte dei casi, il gamete maschile (spermatozoo) è mobile e di solito lo è. Il gamete femminile (uovo) invece è immobile e relativamente grande rispetto a quello maschile.

Negli esseri umani, i gameti sono prodotti sia nel maschio che nella femmina. Le gonadi maschili sono i testicoli e le gonadi femminili sono le ovaie. Le gonadi producono anche ormoni sessuali necessari per lo sviluppo primario e secondario organi riproduttivi e strutture.

Fecondazione esterna

La fecondazione esterna avviene principalmente in ambienti umidi e richiede che il maschio e la femmina rilascino o trasferiscano i loro gameti nel loro ambiente (solitamente acqua). Questo processo è anche chiamato deposizione delle uova. Vantaggio fecondazione esternaè che porta alla produzione grande quantità discendenti. Uno svantaggio è che i rischi ambientali come i predatori riducono notevolmente la probabilità di sopravvivere fino all’età adulta.

Pesci e coralli sono esempi di organismi che si riproducono attraverso la fecondazione esterna. Gli animali che si riproducono in questo modo solitamente non si prendono cura della prole dopo la deposizione delle uova. Alcuni animali riproduttori forniscono vari gradi protezione e cura delle uova dopo la fecondazione. Alcuni nascondono le uova nella sabbia, mentre altri le portano in sacchetti o in bocca. Questa cura extra aumenta le possibilità di sopravvivenza della prole.

Fecondazione interna

La fecondazione interna avviene quando le cellule sessuali (gameti) di un maschio e di una femmina si fondono all'interno del tratto riproduttivo della femmina. Gli animali che utilizzano la fecondazione interna sono specializzati nella protezione dell'uovo in via di sviluppo. Ad esempio, i rettili e gli uccelli depongono uova fecondate ricoperte da un guscio protettivo resistente alla perdita d'acqua e ai danni.

I mammiferi, ad eccezione dei monotremi, hanno fatto un passo avanti, consentendo all’embrione di svilupparsi nel grembo materno. Come protezione aggiuntiva aumenta le possibilità di sopravvivenza perché la madre fornisce all'embrione tutto ciò di cui ha bisogno per sopravvivere sviluppo normale. In effetti, la maggior parte delle madri dei mammiferi continua a prendersi cura dei propri piccoli per diversi anni dopo la nascita.

Maschio o femmina

È importante notare che non tutti gli animali sono rigorosamente divisi in maschi e femmine. Animali come gli anemoni di mare possono avere sia maschi che femmine strutture riproduttive; Sono conosciuti come ermafroditi. Alcuni ermafroditi sono capaci di autofecondarsi, ma la maggior parte necessita di un partner per riprodursi. Poiché entrambe le parti coinvolte vengono fecondate, questo processo raddoppia il numero di figli che nasceranno. L'ermafroditismo è una buona soluzione al problema della mancanza di potenziali partner sessuali. Un'altra soluzione è la capacità di cambiare sesso da maschio a femmina (protendria) o da femmina a maschio (protoginia). Alcune specie di pesci, come il labride, possono cambiare da femmina a maschio durante la transizione verso l'età adulta.

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Ci sono due tipo di fecondazione: esterni ed interni. Con il tipo esterno, la fecondazione avviene in acqua e anche lo sviluppo dell'embrione avviene nell'ambiente acquatico (,). Nel tipo interno, la fecondazione avviene nel tratto genitale femminile e lo sviluppo può avvenire nell'ambiente esterno (uccelli) o all'interno del corpo della madre in un organo speciale: l'utero (umano).

Durante la fecondazione, uno o più possono penetrare nell'uovo. Se uno spermatozoo penetra nell'ovulo, questo fenomeno si chiama monospermia. Se penetrano più spermatozoi si parla di polispermia. Di norma, la monospermia è caratteristica delle uova che non hanno membrane dense, la polispermia - per le uova con membrane dense. Nel caso della polispermia, si verifica anche con un solo spermatozoo, gli altri si dissolvono e partecipano alla liquefazione del tuorlo.

Il successo della fecondazione dipende anche dalle condizioni esterne. La condizione principale è la presenza mezzo liquido con una certa concentrazione. Il mezzo dovrebbe essere neutro o leggermente reazione alcalina, V ambiente acido la fecondazione non avviene. Considereremo il processo di fecondazione utilizzando un esempio riccio di mare.

Il riccio di mare è caratterizzato dalla monospermia. Lo sperma penetra nella gelatina, dopodiché inizia un cambiamento negli strati superficiali dell'uovo, chiamato reazione corticale. Sta nel fatto che i granuli corticali si disintegrano e il loro contenuto si fonde con la membrana vitellina. Di conseguenza, si forma una membrana di fecondazione. Inizialmente, la membrana di fecondazione viene premuta saldamente sulla superficie dell'uovo, quindi viene separata da esso e tra di loro si forma uno spazio perivillino pieno di liquido. La membrana di fecondazione protegge l'ovulo dalla penetrazione di altri spermatozoi. Il contatto dell'ovulo con lo sperma costituisce la prima fase della fecondazione e si chiama attivazione dell'ovulo. La testa e il collo dello sperma penetrano nell'uovo, ma la coda rimane all'esterno. In alcuni animali, ad esempio i molluschi, l'intero sperma penetra nell'uovo, nel qual caso la coda si dissolve nel citoplasma.

All'interno, la testa dello sperma inizia a muoversi verso il nucleo, questo movimento viene effettuato dal centriolo in avanti. I nuclei dello sperma e dell'uovo si gonfiano. Il nucleo dello spermatozoo è chiamato pronucleo maschile, mentre il nucleo dell'uovo è chiamato pronucleo femminile. Successivamente, avviene la loro fusione, a seguito della quale si forma un nucleo zigote diploide, che inizia a dividersi mitoticamente. Il processo di fecondazione termina con la fusione dei nuclei dello sperma e dell'uovo e la formazione del nucleo dello zigote.

La fecondazione è accompagnata da cambiamenti significativi a livello fisico e proprietà fisiologiche uova: la viscosità del citoplasma e la sua permeabilità aumentano, il metabolismo degli aminoacidi cambia drasticamente e aumenta l'attività degli enzimi citoplasmatici. Tutti questi cambiamenti indicano che la fecondazione porta ad un aumento del metabolismo, che nella cellula germinale prima della fecondazione era ad un livello molto più basso.