При слиянии половых клеток (гаметы) происходит оплодотворение у растений и животных. Явление характерно разным живым организмам — одноклеточным и многоклеточным. В результате образуется новый организм с другим набором хромосом. Таким способом обеспечивается генетическое разнообразие.
Принципы классификации
С учетом размера гамет биологи выделяют 3 вида сингамии (сливание половых клеток): изогамия, анизогамия и оогамия. Под первым определением подразумевается присоединение двух гамет со жгутиками одинакового размера. При анизогамии может образоваться зигота из двух разных по размеру гамет. Оогамией называется слияние клеток разных размеров и поведения. Подобное явление свойственно цветковым растениям, млекопитающим.
С учетом способа размножения различаются 2 типа процесса:
- внешний или наружный — оплодотворение протекает вне организма;
- внутренний — процесс, при котором переносятся мужские гаметы в женский организм, что свойственно позвоночным, включая птиц.
В результате внутреннего оплодотворения сперматозоид достигает ооциту (неподвижная гамета женского пола) в организме самки. Для разрушения оболочки ооцита используется органелла — акросома. После проникновения сперматозоида формируется оболочка, обеспечивающая надежную защиту новой клетки.
Следующий этап можно назвать мейозом, так как происходит второе деление в результате оогенеза. Образуется яйцеклетка. Ядра мужской и женской клеток увеличиваются, сближаются и сливаются. Формируется зигота. Для гамет характерен одинарный набор хромосом, а после оплодотворения — двойной или диплоидный.
У растений в результате размножения образуются эндосперм и зигота одновременно. Кратко об этапах двойного оплодотворения:
- Образование гаметы.
- Появление центральной клетки с ядром и 5 маленьких органелл.
- Спермия попадает в семязачаток.
- Происходит сливание одного спермия с яйцеклеткой. Появляется зигота. Второй спермий объединяется с центральным ядром, что способствует формированию эндосперм.
Водоросли и покрытосеменные растения
Для большинства грибов, многоклеточных водорослей и высших споровых характерно образование гамет в гаметангиях (специальные органы для полового размножения). Женские клетки называются архегониями, а мужские — антеридиями. Покрытосеменные размножаются с помощью гамет.
В тычинках, которые являются мужскими органами, образуется и развивается мужской гаметофит. У голосеменных наблюдается аналогичная схема оплодотворения, но процесс протекает в пыльцевом зерне. На следующем этапе происходит деление клетки путем мейоза. Таким методом появляются 4 гаплоидные микроспоры. Их ядра подразделяются митозом на 2 гаплоидных ядра:
- Генеративное.
- Вегетативное.
Вокруг первой части клетки частично концентрируется цитоплазма. Формируется вегетативная клетка.
На мембране микроспоры возникает прочная оболочка. Она не растворяется в щелочах, кислотах. Само пыльцевое зерно состоит из генеративной, вегетативной клеток, покрытых двумя оболочками.
Параллельно при прорастании пыльцевого зерна происходит митоз из генеративной клетки. Это приводит к появлению двух спермий. Из множества подобных частиц состоит пыльца растений. Она созревает в пыльниках до распускания цветка. Для появления семязачатка используются выросты стенок завязи.
Одним концом он фиксируется к стенке завязи. В него поступают питательные вещества по пучку, а с другой стороны появляется отверстие. По внешнему виду он похож на микропиле либо пыльцевход. В семязачатке образуется мегаспора гаплоидного типа с тремя тельцами. На следующем этапе размножения зарождается мешок, отмирают неправильные тельца.
В ядре мегаспоры происходит митоз с последующим появлением группы из 4 ядер. На другом этапе наблюдается появление диплоидного центрального ядра. Вокруг него формируется цитоплазма и следующие отдельные органеллы:
- яйцеклетка;
- маленькие клетки-спутницы;
- 3 небольшие клетки-антиподы;
- зародышевый мешок.
В зрелом женском гаметофите содержатся 7 клеток. Если гаметы созрели, наступает естественное либо искусственное опыление. В результате пыльцевое зерно переносится на пестик. Явление протекает по следующим схемам:
- Самоопыление. В процессе участвует личная пыльца цветка.
- Перекрестное. Применяется пыльца иного цветка.
Двойное оплодотворение
С помощью гаметофитов осуществляется постоянная выработка ферментов и фитогормонов, необходимых для оплодотворения. В пестике содержатся аминокислоты триптофана, а в зернах — гормон роста. В результате попадания пыльцевых зерен на рыльце активируются химические реакции, которые стимулируют прорастание зерен. Таким способом формируется пыльцевая трубка.
На следующем этапе делится генеративная клетка. Появляются две спермии. Они быстро смещаются в сторону трубки. Повышается концентрация ионов калия. Когда пыльцевая трубка внедряется в мешок, головка разрывается, наступает двойное оплодотворение. В мешочек проникают 2 спермия:
- один участвует в образовании зиготы;
- второй — образует триплоидную клетку.
Элементы семязачатка способствуют появлению семени. Из зиготы формируется диплоидный зародыш, а триплоидная органелла превращается в эндосперм (образование, состоящее из нескольких клеток). В паренхиме накапливаются следующие вещества:
- жиры;
- крахмал;
- белки.
При оплодотворении повышается синтез ауксина. Стимулируется разрастание завязи. Время между опылением и оплодотворением минимум составляет 15 минут.
Открытие двойного оплодотворения у покрытосеменного растения присвоено русскому ученому С. Г. Навашину в 1898 г. Явление имеет большое значение в сельском хозяйстве, так как одновременно формируется эндосперма и обеспечение зиготой питания зародыша. При этом семяпочка не способно запасаться питательными веществами. Ресурсы направлены на развитие зародыша.
