Підручник Біологія 9 клас - Л.І. Остапченко - Генеза 2017

ТЕМА 4. ЗБЕРЕЖЕННЯ ТА РЕАЛІЗАЦІЯ СПАДКОВОЇ І НФОРМАЦІЇ

§26. ПРОЦЕСИ ЗАПЛІДНЕННЯ

Пригадайте, як відбуваються процеси запліднення в різних груп тварин і рослин. Як відбувається гаметогенез? Що таке акросома? Які рослини називають однодомними та дводомними? Які є пристосування рослин до різних способів запилення? Яка будова пилкового зерна та насінного зачатка у квіткових рослин?

Запліднення - це процеси злиття чоловічої і жіночої статевих клітин з утворенням зиготи, з якої розвивається новий організм. У статевому процесі зазвичай беруть участь дві особини. У статевих залозах багатьох тварин формуються чоловічі або жіночі статеві клітини. Тварини, особини яких мають лише один тип статевих залоз - або чоловічі (сім’яники), або жіночі (яєчники), відповідно, утворюють лише один тип статевих клітин. Таких тварин називають роздільностатевими (наведіть приклади).

Особини різних статей тварин можуть бути подібні зовнішньо (більшість медуз, багатощетинкові черви, двостулкові молюски тощо) або різнитися між собою. Явище, за якого самці та самки різняться між собою дістало назву статевий диморфізм (мал. 125). Воно повністю проявляється в період статевої зрілості й пов’язане з розбіжностями в будові статевих органів і розвитком вторинних статевих ознак. Пригадайте: вторинні статеві ознаки - сукупність особливостей, за якими, додатково до власне статевих органів, відрізняють особин різних статей; їхній розвиток зумовлений впливом статевих гормонів. Ці ознаки допомагають особинам різних статей відшукати і впізнати одне одного, стимулюють шлюбну поведінку тощо.

Мал. 125. Прояви статевого диморфізму жуків-оленів (1), фазанів (2), левів (3): самка (а); самець (б)

Цікаво знати

Гермафродит-двостатева істота з грецької міфології, син бога Гермеса і богині Афродіти.

Мал. 126. Явище гермафродитизму. І. Ехінокок: у кожному його членику закладаються комплекси чоловічих і жіночих статевих органів; ІІ. Виноградний слимак

Цікаво знати

Трапляються випадки, коли організм спочатку функціонує як особина однієї статі, а через деякий час – іншої (риби-мечоносці, деякі креветки; мал. 127). Наприклад, за умов перенаселеності акваріума самки мечоносців набувають ознак, притаманних самцям.

Розвиток чоловічих і жіночих статевих залоз можливий і в одній особині. Таких тварин називають гермафродитами (мал. 126. І). У виноградного слимака, наприклад, є лише одна статева залоза, що почергово продукує то жіночі, то чоловічі статеві клітини (мал. 126. ІІ).

Яке біологічне значення гермафродитизму? У гермафродитних організмів підвищується ймовірність залишити нащадків, зменшуються витрати енергії на пошуки партнера для розмноження. Тому гермафродитизм частіше трапляється серед тварин, які ведуть прикріплений або малорухомий спосіб життя (певні види ракоподібних, двостулкових молюсків тощо) та паразитів. Наприклад, у стьожкових червів тіло може складатись з кількох тисяч члеників, у кожному з яких водночас функціонують жіночі та чоловічі статеві залози. Це забезпечує феноменальну плодючість: в одному членику бичачого ціп’яка міститься 125-175 тис. яєць, за місяць цей паразит виділяє приблизно 50 млн яєць, за рік - понад 400 млн, за 10 років - понад 4 млрд!

Які бувають види запліднення? Розрізняють процеси самозапліднення та перехресного запліднення. Самозапліднення - процес злиття чоловічої та жіночої гамет, утворених однією особиною. Зрозуміло, що цей процес у тварин притаманний гермафродитам, у квіткових рослин - самозапильним видам.

Під час самозапилення пилок потрапляє на приймочки маточок квіток тієї самої рослини (у різних сортів пшениці, помідорів, гороху посівного тощо) (мал. 128).

Самозапліднення не сприяє урізноманітненню спадкових ознак. Тому в більшості гермафродитів існують механізми, які запобігають цьому: неодночасне дозрівання чоловічих і жіночих статевих клітин, певні особливості будови статевої системи тварин, явище дводомності в рослин тощо.

Перехресне запліднення пов’язане з тим, що сперматозоїд (спермій) запліднює яйцеклітину іншої особини.

Пригадайте: у тварин запліднення буває зовнішнім і внутрішнім. За зовнішнього запліднення статеві клітини зливаються поза статевими органами, переважно в навколишньому середовищі. Воно характерне для більшості водних видів (багатощетинкові черви, двостулкові молюски, більшість кісткових риб і земноводних) і деяких наземних чи ґрунтових тварин (наприклад, дощових червів). Це пов’язано з тим, що поза організмом на статеві клітини несприятливо впливають різні екологічні фактори (висока чи низька температура, пересихання, ультра-фіолетові промені тощо). Водне середовище певним чином згладжує ці негативні впливи. Крім того, вода сприяє пересуванню рухливих чоловічих гамет. Яйцеклітини часто виділяють у довкілля особливі речовини, які приваблюють сперматозоїди лише відповідного біологічного виду, що запобігає міжвидовим схрещуванням.

Мал. 128. Схема самозапилення (1) та перехресного запилення (2) у квіткових рослин

Мал. 127. Організми, які протягом життя можуть змінювати стать: 1 - креветка; 2 - риба-мечоносець

Мал. 130. Проникнення сперматозоїда в яйцеклітину.

І. Мікрофотографія. ІІ. Схема: 1 - яйцеклітина; 2-6 - послідовні стадії взаємодії сперматозоїда з оболонкою яйцеклітини та проникнення в неї (зверніть увагу на те, що хвіст сперматозоїда з мітохондрією залишається за межами яйцеклітини); 7 - акросома

Внутрішнє запліднення відбувається в органах жіночої статевої системи. Воно притаманне більшості наземних тварин (черевоногі молюски, комахи, плазуни, птахи, ссавці), а також багатьом мешканцям ґрунту, водойм або паразитам (плоскі черви, нематоди, хрящові риби тощо). У такий спосіб гамети уникають негативного впливу умов довкілля, зростає ймовірність запліднення. Внутрішнє запліднення часто забезпечують особливі органи парування, за допомогою яких статеві клітини потрапляють в органи жіночої статевої системи.

У процесі запліднення сперматозоїд проникає в яйцеклітину. Це може відбуватись завдяки ферментам, які виділяє акросома (мал. 130), рідше - через особливий отвір в її оболонці.

Контакту сперматозоїда та яйцеклітини передує їхнє взаємовпізнавання: запліднення зазвичай можливе лише тоді, коли чоловіча та жіноча гамети належать одному видові організмів. Біологічно активні речовини яйцеклітини стимулюють розрив акросоми сперматозоїда. У результаті цього виділяються ферменти, що забезпечують проникність оболонки яйцеклітини для чоловічої гамети. Після потрапляння сперматозоїда всередину яйцеклітини її оболонка стає непроникною для інших сперматозоїдів, ядра обох гамет зливаються. Так утворюється зигота. У заплідненій яйцеклітині активуються процеси обміну та починається її поділ.

Які особливості запліднення у рослин? Пригадайте: у водоростей та вищих спорових рослин (мохів, папоротей, плаунів та хвощів) для запліднення потрібне водне середовище, у якому сперматозоїди пересуваються до яйцеклітини. У насінних рослин (голонасінних та покрито-насінних) заплідненню передує процес запилення. Пригадайте: запилення - це процес перенесення пилкових зерен (за допомогою вітру, води, тварин) на приймочку маточки (у покритонасінних) або на насінний зачаток (у голонасінних).

Найскладніше серед рослин процес запліднення відбувається в покритонасінних, його називають подвійним. Пилкове зерно потрапляє на приймочку маточки, під впливом її біологічно активних речовин набрякає та проростає пилковою трубкою (мал. 131). Біологічно активні речовини залозистих клітин приймочки взаємодіють зі сполуками зовнішньої оболонки пилкового зерна, розпізнаючи їх на сумісність. Це забезпечує проростання пилку лише свого виду.

Цікаво знати

У мешканця дна Тихого океану багатощетинкового черва ПОЛОЛО (мал. 129) статеві клітини в особин обох статей дозрівають одночасно в певну фазу Місяця. Гамети утворюються лише в задній частині тіла, яка відривається від передньої і спливає в поверхневі шари. Там гамети виводяться у воду, де й відбувається запліднення. У передньої частини черва, що залишилася біля дна, відновлюється задній кінець. І через певний час тварина знову стає готовою до розмноження. Таким чином, у ПОЛОЛО статевому розмноженню передує вегетативне.

Мал. 129. Вагатощетинковий черв палоло

Запам'ятаємо: у разі перехресного запліднення в заплідненій яйцеклітині поєднується спадковий матеріал, притаманний обом батькам. Оскільки він зазвичай різний, то дочірня особина за спадковим матеріалом буде відрізнятися від кожного з батьків. Завдяки цьому урізноманітнюється генофонд популяції.

Мал. 131. Подвійне запліднення у квіткових рослин.

Завдання. Охарактеризуйте процеси, які відбуваються під час подвійного запліднення

Верхівкова частина пилкової трубки виділяє особливі речовини, які пом’якшують тканини маточки й полегшують її просування до насінного зачатка. До пилкової трубки з пилкового зерна переходять три гаплоїдні клітини - велика вегетативна та дві дрібніші - спермії. Вегетативна клітина бере участь у формуванні пилкової трубки, яка через особливий отвір в оболонках насінного зачатка (пилковхід) проникає до видовженого зародкового мішка.

Один зі сперміїв зливається з яйцеклітиною, унаслідок чого виникає диплоїдна зигота, з якої згодом утворюється зародок. Другий спермій проникає в диплоїдне ядро в центрі зародкового мішка. З утвореної триплоїдної клітини в подальшому розвивається особлива зародкова тканина - ендосперм (від грец. ендон - усередині та сперма - сім’яна рідина). Поживні речовини клітин ендосперму слугують для живлення зародка.

Утворення триплоїдної клітини, з якої згодом розвивається ендосперм, супроводжується кратним зростанням вмісту ДНК у ядрі. За одиницю часу в триплоїдній клітині синтезується більше білкових молекул порівняно з гаплоїдною. Тому зародок у покритонасінних має більший запас поживних речовин і розвивається швидше.

Яке біологічне значення запліднення? Під час утворення статевих клітин їхній хромосомний набір зменшується вдвічі, а під час запліднення - відновлюється. Крім того, з кожної пари гомологічних хромосом одна - успадкована від одного з батьків, друга - від іншого. Отже, половину спадкового матеріалу майбутня особина отримує від одного з батьків, половину - від другого. Тому такі нащадки генетично відмінні від кожного з батьків. Винятком є лише самозаплідні організми.

Цікаво знати

Подвіне запліднення в покритонасінних (квіткових) рослин відкрив у 1898 р. професор Київського університету Святого Володимира (нині - імені Тараса Шевченка) С. Г. Навашин (мал. 132).

Мал. 132. Сергій Гаврилович Навашин (1857-1930) - видатний український ботанік

Запам'ятаємо: подвійне запліднення квіткових рослин - це, по суті, два різні процеси, оскільки лише із заплідненої яйцеклітини розвивається зародок. Злиття другого спермія з ядром центральної диплоїдної клітини заплідненням можна назвати лише умовно, тому що з виниклої триплоїдної клітини розвивається не новий організм, а тканина, яка забезпечує зародок поживними речовинами.

Запам'ятаємо: біологічне значення запліднення полягає у відновленні хромосомного набору, притаманного особинам певного виду та є одним із джерел мінливості.

Мал. 133. І. Членистоногі, здатні до партеногенезу:

1 - трутні розвиваються з незаплідненої яйцеклітини; 2 - самки дафній можуть відкладати незапліднені яйця, з яких виходять або особини обох статей, або лише самки; 3 - паличники; 4 - дибка, 5 - попелиці, 6 - щитень. ІІ. Рослини, здатні до партеногенезу: 1 - кульбаба; 2 - нечуйвітер

Що таке партеногенез? Хоча запліднення є характерною ознакою статевого розмноження, дочірні організми можуть розвиватись і з незаплідненої яйцеклітини за допомогою партеногенезу (від грец. партенос - дівчина і генезис - походження).

Є організми, для яких партеногенез - єдиний спосіб розмноження (деякі види комах-горіхотворок); в інших (сріблястий карась, ящірки, рачки артемії) - існують двостатеві та партеногенетичні популяції. У життєвому циклі попелиць і дафній закономірно чергуються покоління, які розмножуються статевим шляхом і партено-генетично (мал. 133. І, 2). Партеногенез також відомий у вищих спорових і насінних рослин (мал. 133. ІІ).

Ключові терміни та поняття:

самозапліднення та перехресне запліднення, самозапилення та перехресне запилення, зовнішнє та внутрішнє запліднення у тварин, подвійне запліднення у квіткових рослин, партеногенез.

Перевірте здобуті знання

1. Які організми називають гермафродитами? У чому полягає біологічне значення гермафродитизму? 2. Яке біологічне значення запліднення? Які форми запліднення відомі у тварин? 3. Обґрунтуйте переваги внутрішнього запліднення над зовнішнім. 4. Які процеси відбуваються під час проникнення сперматозоїда до яйцеклітини?

5. Яке значення подвійного запліднення в покритонасінних рослин?

6. У чому полягають суть і біологічне значення партеногенезу?

Поміркуйте

1. Які механізми спрямовані на унеможливлення запліднення яйцеклітини тварин одного виду сперматозоїдами іншого? 2. Поміркуйте, що спільного і відмінного між типовим нестатевим розмноженням і партеногенезом. 3. Чому гермафродитизм насамперед притаманний тваринам-паразитам і видам, які ведуть прикріплений спосіб життя?

Запам'ятаємо: у разі партеногенезу новий організм розвивається зі статевої клітини - яйцеклітини, але розвитку дочірньої особини не передує запліднення. Партеногенез є різновидом статевого розмноження, хоча його механізм нагадує нестатеве.

Коротко про головне

Запліднення - процеси злиття чоловічої і жіночої статевих клітин з утворенням зиготи, з якої розвивається новий організм.

У процесі запліднення можуть брати участь дві особини тварин (перехресне запліднення) або ж відбувається самозапліднення (у деяких гермафродитів). У насінних рослин процесу запліднення передує процес запилення, який може бути перехресним (такі рослини називають перехреснозапильними), або ж відбувається самозапилення (самозапильні рослини). У тварин запліднення буває внутрішнім (відбувається в органах статевої системи) та зовнішнім (відбувається поза органами статевої системи).

Квітковим рослинам притаманне подвійне запліднення. При цьому один зі сперміїв зливається з яйцеклітиною, утворюючи зиготу, з якої розвивається зародок. Інший спермій зливається із центральною диплоїдною клітиною, з якої згодом розвивається зародкова тканина (ендосперм), її клітини містять запас поживних речовин, необхідних для розвитку зародка.



Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити