Bei der Befruchtung verschmelzen Zellen. Düngung. Befruchtung bei Angiospermen

Befruchtungsdaten Seeigel weisen darauf hin, dass innerhalb von 2 Sekunden nach dem Kontakt von Sperma und Ei Veränderungen in den elektrischen Eigenschaften der Plasmamembran der Eizelle auftreten. Die innere Befruchtung erfolgt durch die Übertragung von Spermien vom männlichen Körper auf den weiblichen Körper infolge des Geschlechtsverkehrs. Eier können innerhalb von etwa 24 Stunden nach dem Eisprung befruchtet werden, während die Befruchtungsfähigkeit von Spermien bis zu 48 Stunden anhält. Es wird angenommen, dass das Eindringen in das Ei...

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Einführung.

Nach dieser Verbindung beginnt die Eizelle, die bis zu diesem Moment völlig passiv und gleichsam leblos bleibt, sich schnell zu teilen, zunächst in 2, dann in 4, in 8, in 16 usw. Zellen. Alle diese Zellen bilden letztendlich einen kleinen kugelförmigen Embryo, der aus Tausenden mikroskopisch kleiner Zellen besteht, aus denen durch komplexe Prozesse die Grundlagen verschiedener Organe und Gewebe aufgebaut werden. Auf diese Weise erfolgt die Entwicklung aller Tiere, sowohl der einfachsten als auch der komplexesten. Die menschliche Entwicklung erfolgt auf die gleiche Weise.

Basierend auf all diesen genau festgestellten Fakten können wir sagen, dass jeder Organismus, egal wie komplex und groß er ist, sein Leben in Form einer kleinen, oft mikroskopisch kleinen Eizelle beginnt, die für seine weitere Entwicklung befruchtet werden muss. Unbefruchtete Eier können sich bei den meisten Tieren nicht weiterentwickeln und sterben. Daraus lag es nahe, zu schließen, dass die Befruchtung für die Entwicklung, also für die Fortpflanzung und Teilung der Eizelle, notwendig ist.Alle mehrzelligen Tiere haben zwei Arten von Zellen. Körperzellen, aus denen alle Organe und Gewebe (Muskeln) aufgebaut sind, und Fortpflanzungszellen.

Körperzellen sind bewegungslos und praktisch nicht in der Lage, sich miteinander zu verbinden. Wäre die Konjugation jedoch möglich, würde sie dennoch nicht das Ziel erreichen, da sie zwischen verwandten Zellen stattfinden würde.

Die Keimzellen, die frei bleiben und sich mit den Keimzellen eines anderen Organismus verbinden können, behalten die Fähigkeit zur unbegrenzten Fortpflanzung und zum ewigen Leben.Sexuelle Fortpflanzung eine fortschrittliche Form der Fortpflanzung, die in der Natur sowohl bei Pflanzen als auch bei Tieren weit verbreitet ist. Die bei der sexuellen Fortpflanzung entstehenden Organismen unterscheiden sich sowohl genetisch als auch charakterlich voneinanderAnpassungsfähigkeit an die Lebensbedingungen.

Bei sexuelle FortpflanzungMütterliche und väterliche Organismen produzieren spezialisierte Keimzellen – Gameten. Weibliche unbewegliche Gameten werden Eier genannt, männliche unbewegliche Gameten werden Spermien genannt und bewegliche Gameten werden Spermien genannt. Diese Keimzellen verschmelzen zu einer Zygote, d.h. Es kommt zur Befruchtung. Geschlechtszellen haben in der Regel einen halben Chromosomensatz (haploid), so dass bei ihrer Verschmelzung ein doppelter (diploider) Satz wiederhergestellt wird und aus der Zygote ein neues Individuum entsteht. Bei der sexuellen Fortpflanzung entstehen Nachkommen durch die Verschmelzung haploider Kerne. Durch meiotische Teilung entstehen haploide Kerne.

Die Meiose führt zu einer Halbierung des genetischen Materials, wodurch die Menge des genetischen Materials bei Individuen einer bestimmten Art über mehrere Generationen hinweg konstant bleibt. Während der Meiose finden mehrere wichtige Prozesse statt: zufällige Trennung der Chromosomen (unabhängige Segregation), Austausch von genetischem Material zwischen homologen Chromosomen (Crossing Over). Als Ergebnis dieser Prozesse entstehen neue Kombinationen von Genen. Da der Zygotenkern nach der Befruchtung das genetische Material der beiden Eltern enthält, erhöht sich dadurch die genetische Vielfalt innerhalb der Art. Wenn die Essenz und biologische Bedeutung Der sexuelle Prozess ist für alle Organismen gleich, seine Formen sind sehr unterschiedlich und hängen von der Ebene ab evolutionär Entwicklung, Lebensraum, Lebensstil und einige andere Merkmale.

Die sexuelle Fortpflanzung hat gegenüber der ungeschlechtlichen Fortpflanzung sehr große evolutionäre Vorteile. Das Wesen der sexuellen Fortpflanzung ist die Kombination genetischer Informationen aus zwei verschiedenen Quellen – den Eltern – im Erbgut eines Nachkommen. Die Befruchtung bei Tieren kann äußerlich oder innerlich erfolgen. Durch die Fusion entsteht eine Zygote mit einem doppelten Chromosomensatz.

Im Zellkern der Zygote werden alle Chromosomen gepaart: In jedem Paar ist eines der Chromosomen väterlicherseits, das andere mütterlicherseits. Der Tochterorganismus, der sich aus einer solchen Zygote entwickelt, ist gleichermaßen mit Erbinformationen beider Elternteile ausgestattet.

Die biologische Bedeutung der sexuellen Fortpflanzung besteht darin, dass neu entstehende Organismen nützliche Eigenschaften von Vater und Mutter vereinen können. Solche Organismen sind lebensfähiger. Die sexuelle Fortpflanzung spielt eine wichtige Rolle in der Evolution von Organismen.

Konzept der Befruchtung.

Bei der Befruchtung handelt es sich um den Prozess der Kombination männlicher und weiblicher Gameten, der zur Bildung einer Zygote und der anschließenden Entwicklung eines neuen Organismus führt. Während des Befruchtungsprozesses wird in der Zygote ein diploider Chromosomensatz etabliert, der die herausragende biologische Bedeutung dieses Prozesses bestimmt.

Abhängig von der Art der Organismen bei Tieren, die sich sexuell vermehren, wird zwischen äußerer und innerer Befruchtung unterschieden.

Die äußere Befruchtung erfolgt in Umfeld, das männliche und weibliche Fortpflanzungszellen aufnimmt. Beispielsweise erfolgt die Befruchtung bei Fischen äußerlich. Die von ihnen abgesonderten männlichen (Milch) und weiblichen (Kaviar) Fortpflanzungszellen gelangen ins Wasser, wo sie sich „treffen“ und vereinigen. Daten zur Befruchtung von Seeigeln deuten darauf hin, dass innerhalb von 2 Sekunden nach dem Kontakt von Sperma und Ei Veränderungen in den elektrischen Eigenschaften der Plasmamembran der Eizelle auftreten. Die Verschmelzung des Gameteninhalts erfolgt nach 7 Sekunden.

Die innere Befruchtung erfolgt durch die Übertragung von Spermien vom männlichen Körper auf den weiblichen Körper infolge des Geschlechtsverkehrs. Eine solche Befruchtung findet bei Säugetieren statt, und der zentrale Punkt hierbei ist das Ergebnis der Begegnung der Keimzellen. Es wird angenommen, dass der Kerninhalt nur eines Spermiums in die Eizelle dieser Tiere eindringt. Was das Zytoplasma der Spermien betrifft, gelangt es bei manchen Tieren in die Eizelle geringe Menge, in anderen Fällen gelangt es überhaupt nicht in die Eizelle. Beim Menschen findet die Befruchtung im oberen Teil des Eileiters statt, und an der Befruchtung ist wie bei anderen Säugetieren nur ein Spermium beteiligt, dessen Kerninhalt in die Eizelle gelangt. Manchmal befinden sich nicht nur eine, sondern zwei oder mehr Eizellen im Eileiter, was zur Geburt von Zwillingen, Drillingen usw. führen kann. Durch die Befruchtung wird der diploide Chromosomensatz in der befruchteten Eizelle wiederhergestellt. Eier können innerhalb von etwa 24 Stunden nach dem Eisprung befruchtet werden, während die Befruchtungsfähigkeit von Spermien bis zu 48 Stunden anhält.

Über die Mechanismen der Befruchtung ist noch viel unklar. Man geht davon aus, dass das Eindringen von Kernmaterial in die Eizelle durch nur eines von vielen Spermien mit Veränderungen der elektrischen Eigenschaften der Plasmamembran der Eizelle einhergeht. Es gibt zwei Hypothesen zu den Gründen für die Aktivierung des Eizellstoffwechsels durch Spermien. Einige Forscher glauben, dass die Bindung von Spermien an externe Rezeptoren auf der Zelloberfläche ein Signal ist, das durch die Membran in die Eizelle gelangt und dort Inositoltriphosphat und Calciumionen aktiviert. Andere glauben, dass Spermien einen besonderen auslösenden Faktor enthalten.

Aus einer befruchteten Eizelle entsteht eine Zygote; die Entwicklung von Organismen durch die Bildung von Zygoten wird Zygogenese genannt. Experimentelle Entwicklungen durchgeführt in letzten Jahren zeigte, dass die Befruchtung von Eiern von Säugetieren, einschließlich Menschen, in vitro möglich ist. Anschließend können die in vitro entwickelten Embryonen in die Gebärmutter einer Frau implantiert werden, wo sie sich weiterentwickeln können. Bisher sind zahlreiche Fälle der Geburt von „Reagenzglas“-Kindern bekannt. Es wurde außerdem festgestellt, dass nicht nur Spermatozoen, sondern auch Spermatiden in der Lage sind, eine menschliche Eizelle zu befruchten. Schließlich ist es möglich, Eier (künstlich ohne Kerne) von Säugetieren mit den Kernen ihrer Körperzellen zu befruchten.

Aktivierung der Eizelle und Anregung ihrer Entwicklung ( diese Funktion nicht spezifisch: Als aktivierender Faktor kann das Sperma durch eine Reihe physikalischer oder mechanischer Einwirkungen ersetzt werden, beispielsweise während der Parthenogenese);

Übertragung von Spermien im weiblichen Fortpflanzungstrakt.

Im Körper einer Frau muss das Sperma einen langen Weg zurücklegen, um zur Eizelle zu gelangen. Dabei handelt es sich um den Gebärmutterhalskanal, die Gebärmutterhöhle und die Eileiter. Und in jedem Stadium wird ein gutes Sperma Tests unterzogen, die wichtige Verbindungen darstellen natürliche Auslese. Leider ist es nicht möglich, die Wirkung der Gebärmutterschleimhaut und der Eileiterflüssigkeit auf die Spermien zu beurteilen. Das Zusammenspiel von Spermien und Zervixschleim lässt sich aber recht einfach beurteilen.

Die Bewegung von Spermien im Zervixschleim wurde erstmals 1866 entdeckt. Jedoch lange Zeit Diese Entdeckung blieb unbeachtet, und erst 1913 wiederholte Dr. Hooner die Studie, und seitdem hat der Postkoitaltest (Sims-Hooner-Test) Einzug in die Praxis der Untersuchung unfruchtbarer Paare gehalten. Während dieser Zeit wurden verschiedene Modifikationen der Methode vorgeschlagen, aber das Wesentliche – die Bestimmung der Anzahl und Beweglichkeit der Spermien im Zervixschleim einige Zeit nach dem Geschlechtsverkehr – blieb gleich.

Der Gebärmutterhalskanal (Zervikalkanal) ist die erste Stufe, die Spermien überwinden müssen. Die Produktion von Zervixschleim wird durch Hormone gesteuert. Östrogene in Phase 1 stimulieren die Bildung von reichlich Zervixschleim, während Progesteron in Phase 2 die sekretorische Aktivität der Drüsen „verdickt“. Neben dem Sekret der Zervixdrüsen kann auch Zervixschleim enthalten sein unbedeutender Betrag Endometrium-, Tuben- und möglicherweise Follikelflüssigkeit. Darüber hinaus umfasst der Zervixschleim Leukozyten, abgestorbene Zellen der Gebärmutterschleimhaut und das Epithel des Gebärmutterhalskanals. Und somit handelt es sich um eine heterogene Substanz. Etwa 50 % des Zervixschleims besteht aus Wasser.

Zyklische Schleimveränderungen beeinträchtigen die Lebensfähigkeit und Beweglichkeit der Spermien im Gebärmutterhalskanal. Veränderungen im Zervixschleim, die für Spermien günstig sind, beginnen etwa am 9. Tag des normalen 28-tägigen Menstruationszyklus und nehmen allmählich zu, wobei sie während der Ovulationsperiode ihren Höhepunkt erreichen, und der Anstieg der Viskosität in der Lutealphase des Zyklus stellt eine unüberwindbare Barriere dar für Sperma. Spermien können im Schleim des Gebärmutterhalses zurückgehalten werden, wo sie lange lebensfähig bleiben und nach und nach langsam in die Gebärmutterhöhle eindringen.

So, Zervixschleim:

Schafft Bedingungen für das Eindringen von Spermien während des Eisprungs oder verhindert umgekehrt das Eindringen von Spermien in andere Perioden des Menstruationszyklus;

Schützt Spermien vor der „feindlichen“ Umgebung in der Vagina;

Sammelt Energie für Spermien;

Auswahl der Spermien anhand von Motilität und Morphologie;

Erstellt ein Reservoir für Spermien;

Löst Kapazitationsreaktionen aus (Veränderungen der Spermien beim Durchgang durch die Gebärmutterhöhle).

Einer der wichtigsten Indikatoren für die Penetrationsfähigkeit der Spermien durch den Zervixschleim ist die Konsistenz des Zervixschleims. Der geringste Widerstand gegen das Eindringen von Spermien wird in der Mitte des Zyklus beobachtet, wenn die Viskosität des Schleims minimal ist und die erhöhte Viskosität in der Lutealphase eine schwer zu überwindende Barriere für Spermien darstellt. Abgestorbene Zellen und Leukozyten stellen ein zusätzliches Hindernis für die Spermienmigration dar. Daher geht eine schwere Endozervizitis häufig mit einer verminderten Fruchtbarkeit einher. Der Zervixschleim steht für einen begrenzten Zeitraum für die Spermienpenetration zur Verfügung. Die Dauer dieses Zeitraums ist für jede Frau individuell und kann in verschiedenen Zyklen unterschiedlich sein.

Die Wahrscheinlichkeit einer Befruchtung hängt vom Zeitpunkt des Geschlechtsverkehrs im Verhältnis zum Zeitpunkt des Eisprungs ab. Dies liegt daran, dass das Sperma nach der Ejakulation 3–5 Tage und die Eizelle etwa 24 Stunden lang lebensfähig bleibt. Der optimale Ort für die Befruchtung sind die Eileiter, da dies die Möglichkeit einer Einnistung der Zygote an der für ihre Entwicklung günstigsten Stelle der Gebärmutter erhöht – an der Hinterwand im oberen Drittel. Spermien, die beim Geschlechtsverkehr in die Vagina einer Frau gelangen, erreichen etwa 30 Minuten nach der Ejakulation die Mündungen der Eileiter und nach weiteren 15 Minuten ihren Ampullenteil, wo normalerweise die Befruchtung der Eizelle stattfindet.

Im männlichen Fortpflanzungstrakt haben Spermien eine geringe Befruchtungsfähigkeit. Die normale Befruchtungsfähigkeit der Spermien entsteht nach der Ejakulation im weiblichen Fortpflanzungstrakt. Die Ausbildung der normalen Befruchtungsfähigkeit der Spermien bzw. der Kapazität erfolgt als Folge der Spermienproduktion, d. h. der Vermischung von Spermien mit der Samenflüssigkeit in der Vagina, sowie während der Bewegung der Spermien durch den Schleim des Gebärmutterhalses. Das Vordringen der Spermien im Lumen der Eileiter wird durch die eigene motorische Aktivität der Spermien und Kontraktionswellen der glatten Muskulatur der Eileiterwand, die auf den kaudalen Teil der Eileiter gerichtet sind, erleichtert.

Die motorische Aktivität der Spermien im kaudalen Teil der Eileiter nimmt einige Minuten nach dem Eisprung zu. Dies weist darauf hin, dass die Eizelle oder die Follikelzellen Signalfaktoren freisetzen, die die Beweglichkeit der Spermien (Chemotaxis) aktivieren und sie zur Befruchtungszone leiten. Nicht nur Großer Teil Menschliche Spermien (212 %) weisen eine Chemotaxis auf, d. h. sie reagieren auf eine Chemostimulation durch follikuläre Faktoren. Daher sind nur kapazitierte Spermien selektiv an der Befruchtung der Eizelle beteiligt.

Das menschliche Sperma bewegt sich mit Hilfe einer Geißel. Bei der Bewegung dreht sich das Spermium normalerweise um seine Achse. Die Bewegungsgeschwindigkeit eines menschlichen Spermiums kann 0,1 mm pro Sekunde erreichen. oder mehr als 30 cm pro Stunde. Beim Menschen erreichen die ersten Spermien etwa 12 Stunden nach dem Koitus mit Ejakulation den ampullären Teil des Eileiters.

Die Bewegung der Spermien entlang des Genitaltrakts der Frau erfolgt unabhängig und entgegen der Bewegung der Flüssigkeit. Für die Befruchtung müssen die Spermien einen Weg von etwa 20 cm zurücklegen (Gebärmutterhalskanal etwa 2 cm, Gebärmutterhöhle etwa 5 cm, Eileiter etwa 12 cm).

Das Vaginalmilieu ist schädlich für Spermien; die Samenflüssigkeit neutralisiert Vaginalsäuren und unterdrückt teilweise die Wirkung des Immunsystems der Frau gegen Spermien. Von der Vagina aus wandern die Spermien in Richtung Gebärmutterhals. Die Bewegungsrichtung der Spermien wird durch die Messung des pH-Wertes der Umgebung bestimmt. Es bewegt sich in Richtung abnehmender Säure; Der vaginale pH-Wert liegt bei etwa 6,0, der zervikale pH-Wert bei etwa 7,2. In der Regel können die meisten Spermien den Gebärmutterhals nicht erreichen und sterben in der Vagina ab (gemäß den WHO-Kriterien für den postkoitalen Test befinden sich 2 Stunden nach dem Koitus keine lebenden Spermien mehr in der Vagina). Die Passage des Gebärmutterhalskanals ist für Spermien aufgrund des darin enthaltenen Zervixschleims schwierig. Nach der Passage durch den Gebärmutterhals gelangen die Spermien in die Gebärmutter, wo die Spermien aufgrund ihrer günstigen Umgebung ihre Beweglichkeit recht lange aufrechterhalten können (einzelne Spermien bis zu 3 Tage). Das Uterusmilieu wirkt aktivierend auf die Spermien und ihre Beweglichkeit nimmt deutlich zu. Dieses Phänomen wird „Kapazität“ genannt. Für eine erfolgreiche Befruchtung müssen mindestens 10 Millionen Spermien in die Gebärmutter eindringen. Von der Gebärmutter aus werden die Spermien in die Eileiter geleitet, wobei die Richtung, in die und innerhalb der Spermien sich bewegen, durch den Flüssigkeitsfluss bestimmt wird. Es hat sich gezeigt, dass Spermien eine negative Rheotaxis haben, also den Wunsch, sich gegen den Strom zu bewegen. Der Flüssigkeitsfluss im Eileiter wird durch die Zilien des Epithels sowie durch peristaltische Kontraktionen der Muskelwand des Eileiters erzeugt. Die meisten Spermien können das Ende des Eileiters, den sogenannten „Trichter“ oder „Ampull“, wo die Befruchtung stattfindet, nicht erreichen. Von den mehreren Millionen Spermien, die in die Gebärmutter gelangen, erreichen nur wenige Tausend den ampullären Teil des Eileiters. Wie menschliche Spermien im Infundibulum des Eileiters nach einer Eizelle suchen, bleibt unklar. Es gibt Annahmen über das Vorhandensein einer Chemotaxis in menschlichen Spermien – einer Bewegung hin zu bestimmten Substanzen, die von der Eizelle oder den sie umgebenden Follikelzellen abgesondert werden. Trotz der Tatsache, dass den Spermien vieler Menschen eine Chemotaxis innewohnt aquatische Organismen bei äußerer Befruchtung konnte sein Vorkommen in Spermatozoen von Menschen und Säugetieren noch nicht nachgewiesen werden.

In-vitro-Beobachtungen zeigen, dass die Spermienbewegung komplex ist – Spermien sind in der Lage, Hindernissen auszuweichen und aktiv zu suchen.

Das Ei bewegen.

Nach der Befruchtung der Eizelle beginnt sie sich allmählich entlang der Eileiter in Richtung Gebärmutter zu bewegen. Die Bewegung erfolgt durch Kontraktion der Muskeln der Eileiterwände und Vibration der Flimmerhärchen, die die Röhre von innen bedecken. Die Eizelle bewegt sich nicht sehr schnell und erreicht die Gebärmutter erst 8-10 Tage nach der Befruchtung. Allmählich beginnt der Embryo, spezielle Enzyme abzusondern, die die Gebärmutterschleimhaut zerstören. Im Inneren kommt es zu Erosion, an der sich der Embryo festsetzt. Dieser Vorgang wird Nidation genannt.

Mit Hilfe der Zotten, die seine äußere Hülle bedecken, kommt der Embryo nach und nach mit den Blutgefäßen des Körpers der Frau in Kontakt. Erfolgte die Ernährung früher über in der Eizelle selbst enthaltene Stoffe, so geht dies nun zu Lasten der Mutter. Nährstoffe und Sauerstoff beginnen durch ihr Blut zu ihm zu fließen. Der Prozess der Anheftung des Embryos an die Gebärmutterwand ist 12-14 Tage nach der Befruchtung abgeschlossen.

Die Einnistung des Embryos hängt direkt von der Geschwindigkeit seiner Bewegung in Richtung Gebärmutter ab. Während sich die Eizelle durch die Eileiter bewegt, bildet sich nach und nach eine spezielle obere Schicht, die anschließend Enzyme produziert, die es ihr ermöglichen, die Schleimhaut der Gebärmutter zu zerstören und sich an der Wand festzusetzen. Wenn die Bewegung zu schnell erfolgt, hat diese Schicht keine Zeit, sich zu bilden, sodass sich der Embryo nicht in der Gebärmutter festsetzen kann. Die Folge ist eine Fehlgeburt.

Lebensfähigkeit von Eizellen und Spermien.

Die Lebensdauer von Keimzellen bezieht sich auf ihre Fähigkeit, sich zu befruchten oder befruchtet zu werden. Die Untersuchung dieses Themas ist nicht nur von theoretischem Interesse, es hat auch einen unbestrittenen Nutzen praktische Bedeutung. Die Kenntnis dieser Fragen kann bis zu einem gewissen Grad dabei helfen, den Zeitpunkt der Empfängnis richtig einzuschätzen. Lassen Sie uns diese Fragen getrennt in Bezug auf die männliche Fortpflanzungszelle (Sperma) und die weibliche (Eizelle) untersuchen.

Lebensfähigkeit der Spermien. Es ist bekannt, dass sich der männliche Samen beim Geschlechtsverkehr in der Vagina ablagert, hauptsächlich im hinteren Fornix (Receptaculum seminis). Jedes Ejakulat eines gesunden Mannes enthält etwa mehrere Millionen Spermien. Unter dem Einfluss des sauren Vaginalmilieus sterben jedoch die meisten von ihnen ab und nur ein kleinerer Teil dringt in den Gebärmutterhalskanal und den Gebärmutterkörper ein. Unter dem Einfluss des alkalischen Milieus der Gebärmutter erlangen Spermien eine noch größere Beweglichkeit. Der Weg vom äußeren Uterusrachen bis zum Ampullenteil des Eileiters, eine Strecke von durchschnittlich 20 cm, wird von den Spermien in etwa 2×3 Stunden zurückgelegt. Dieser Weg kann in kürzerer Zeit zurückgelegt werden: entsprechend an Shuvarsky, in 30 Minuten (zitiert von K . K. Skrobansky). Spermien, die nicht an der Befruchtung der Eizelle beteiligt sind, sterben ab und werden durch Leukozyten zerstört. Bezüglich der Lebensfähigkeit der Spermien gibt es einige verschiedene Ansichten. Behne und Höhne definieren sie mit 23 Tagen, Nürnberger mit 15 Tagen.

Um die Zeit zu bestimmen, während der die Befruchtungsfähigkeit der Spermien im Fortpflanzungstrakt eines Kaninchens bestehen bleibt, führte Hammond die folgenden Experimente durch. Es ist bekannt, dass der Eisprung bei einem weiblichen Kaninchen 10 Stunden nach dem Bedecken durch das Männchen erfolgt. Nachdem der Autor einem weiblichen Kaninchen künstlich Sperma in die Vagina eingeführt hatte, bedeckte er es dann mit einem männlichen Kaninchen chirurgisch Der Samenleiter wurde abgebunden. Somit konnte der Mann beim Bedecken des Weibchens seine Spermien und, falls eine Schwangerschaft eintrat, nicht von den Spermien trennen, die künstlich in die Vagina eingeführt wurden. Durch die Bedeckung von Weibchen mit einem solchen Männchen zu verschiedenen Zeitpunkten nach ihrer künstlichen Befruchtung ermittelte Gammond die Lebensfähigkeitszeit von Spermien. In Abb. 149 präsentiert Gammonds Experiment. Als Ergebnis dieser Experimente wurde festgestellt, dass die größte Befruchtungsfähigkeit der im Fortpflanzungstrakt von Kaninchen befindlichen Spermien 18 Stunden anhält, da nur innerhalb dieser Zeit bei 90,9 % eine Schwangerschaft eintrat.

Die Fähigkeit, eine Eizelle zu befruchten, wurde noch weniger untersucht. Höhne geht davon aus, dass die Eizelle 3 bis 4 Tage nach dem Eisprung befruchtet werden kann. Laut Gammond beträgt die längste Lebensfähigkeit einer Eizelle 4 Stunden. Auch wenn die in Tierversuchen gewonnenen Daten nicht uneingeschränkt auf den Menschen übertragbar sind, können sie dennoch in gewissem Maße die Lebensfähigkeit von Keimzellen im Allgemeinen charakterisieren. und insbesondere beim Menschen.

Der Zeitpunkt einer möglichen Empfängnis ist noch weniger untersucht, da es keine Methoden gibt, mit denen der Zeitpunkt des Eisprungs bestimmt werden könnte, dessen Beginn bei einer Frau zahlreichen Schwankungen unterliegt. Basierend auf den geschätzten Daten zur Lebensfähigkeit der Eizelle ist an bestimmten Tagen des Menstruationszyklus die höchste Wahrscheinlichkeit einer Empfängnis möglich. Bei einem 32-Tage-Zyklus fällt dieser Moment also mit 16 x 20 Tagen zusammen, bei einem 28-Tage-Zyklus mit 12 x 16 usw. Diese Merkmale sind in Abb. dargestellt. 150 (zitiert von K.K. Skrobansky).

Fusion von Gameten.

Der Prozess der Gametenfusion, d.h. Die Befruchtung selbst gliedert sich in drei aufeinanderfolgende Phasen:

1) entfernte Interaktion von Gameten und ihre Annäherung;

2) Kontaktinteraktion von Gameten und Aktivierung des Eies;

3) Eintritt von Spermien in die Eizelle und anschließende Verschmelzung der Gameten – Syngamie.

Die erste Phase (Ferninteraktion der Gameten) wird durch Chemotaxis sichergestellt – die Wirkung einer Reihe spezifischer Faktoren, die die Wahrscheinlichkeit des Kontakts von Keimzellen erhöhen. Sie werden in einem bestimmten Abstand durchgeführt, bis die Gameten miteinander in Kontakt kommen. Sie zielen darauf ab, die Wahrscheinlichkeit des Zusammentreffens von Spermien und Eizelle zu erhöhen. Für Wasserorganismen mit äußerer Befruchtung sind entfernte Wechselwirkungen charakteristisch. In diesem Fall stehen die Tiere vor folgenden Problemen:

Durchführung des Zusammentreffens von Spermien und Eizellen in ihrer geringen Konzentration in der Umwelt;

Verhindert die Befruchtung von Eizellen durch Spermien einer anderen Art.

Im Laufe der Evolution wurden dementsprechend zwei Mechanismen zur Lösung der gestellten Probleme entwickelt: die artspezifische Anziehung von Spermien und die artspezifische Aktivierung.

Für viele Tiere ist eine artspezifische Anziehung von Spermien nachgewiesen: Hohltiere, Mollusken, Stachelhäuter und Protochordaten. Es handelt sich um eine Art Chemotaxis und Bewegung entlang des Konzentrationsgradienten einer Substanz. In den 80ern XX gelang es, zwei artspezifische Spermienlockstoffe von Seeigeln zu identifizieren: Speract und React. Substanzen werden als Peptide klassifiziert und enthalten 10 bzw. 14 Aminosäurereste. Gamone spielen bei dieser Chemotaxis eine wichtige Rolle. -Chemikalien von Keimzellen produziert. Das Ei ist in der Lage, das sogenannte zu produzieren. Gynogamone oder Fertilisine, und das Spermatozoon ist androgomog. Gynogamon I ist eine nicht proteinhaltige Substanz mit niedrigem Molekulargewicht, die die Bewegung von Spermien aktiviert und so die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass sie auf eine Eizelle treffen. Gynogamon II ist eine Proteinsubstanz (Glykoprotein), die bei Interaktion mit dem komplementären Androgomon II, das in der Oberflächenmembran der Spermien eingebaut ist, die Bindung von Spermien bewirkt. Androgomon I unterdrückt die Beweglichkeit der Spermien. Androhomon II verflüssigt die gallertartige Substanz und löst die Eischale auf, daher wird es oft mit Hyaluronidase identifiziert. Es wurde festgestellt, dass Eier Peptide absondern, die dabei helfen, Spermien anzulocken. Unmittelbar nach der Ejakulation sind die Spermien nicht in der Lage, in die Eizelle einzudringen, bis es zu einer Kapazitation kommt – dem Erwerb der Befruchtungsfähigkeit der Spermien. Die Kapazitation erfolgt über einen Zeitraum von etwa sieben Stunden unter dem Einfluss von Sekreten aus dem weiblichen Genitaltrakt. Während des Kapazitationsprozesses werden Glykoproteine und Samenplasmaproteine aus der Plasmamembran der Spermien in der Akrosomregion entfernt, was die akrosomale Reaktion fördert. Im Mechanismus der Kapazitation kommt der Wirkung von Hormonen, vor allem Progesteron (dem Hormon), eine große Bedeutung zu Corpus luteum), wodurch die Sekretion der Drüsenzellen der Eileiter aktiviert wird. Bei der Kapazitation wird Cholesterin im Zytolemma der Spermien durch Albumin im weiblichen Genitaltrakt gebunden und die biochemischen Rezeptoren der Keimzellen werden freigelegt.

Die Befruchtung erfolgt im ampullären Teil des Eileiters. Der Befruchtung geht die Befruchtung voraus – eine Ferninteraktion und die Zusammenführung von Gameten aufgrund von Chemotaxis.

Die zweite Phase der Befruchtung ist die Kontaktinteraktion, bei der die Spermien die Eizelle drehen. Zahlreiche Spermien nähern sich der Eizelle und kommen mit ihrer Membran in Kontakt. Das Ei beginnt mit einer Geschwindigkeit von ca. 4 Umdrehungen pro Minute Rotationsbewegungen um seine Achse auszuführen. Diese Bewegungen werden durch das Schlagen der Spermiengeißeln verursacht und dauern etwa 12 Stunden.

Bei der Kontaktinteraktion zwischen männlichen und weiblichen Keimzellen kommt es in den Spermien zu einer akrosomalen Reaktion. Es besteht in der Verschmelzung der äußeren Membran des Akrosoms mit den vorderen zwei Dritteln der Oberfläche des Spermienplasmalemmas. Anschließend reißen die Membranen im Konfluenzbereich und akrosomale Enzyme werden in das Medium freigesetzt. Der Beginn der zweiten Befruchtungsphase erfolgt unter dem Einfluss sulfatierter Polysaccharide der Zona pellucida (transparente Zone). Sie bewirken, dass Kalzium- und Natriumionen in den Spermienkopf eindringen, dort Kalium- und Wasserstoffionen ersetzen und die Akrosommembran zerreißen. Die Anheftung des Spermas an die Eizelle erfolgt unter dem Einfluss der Kohlenhydratgruppe der Glykoproteinfraktion der transparenten Zone der Eizelle. Die Spermienrezeptoren für die Zona pellucida sind ein Glykosyltransferase-Enzym. Dieses Enzym, das sich auf der Oberfläche des Akrosoms des Spermienkopfes befindet, „erkennt“ den Zucker N-Acetylglucosamin, den Rezeptor der weiblichen Fortpflanzungszelle. Plasmamembranen an der Kontaktstelle der Keimzellen verschmelzen und es kommt zur Plasmogamie – der Vereinigung der Zytoplasmen beider Gameten.

Spermatozoen können bei Kontakt mit einer Eizelle Zehntausende Moleküle des Zp3-Glykoproteins binden. In diesem Fall wird der Beginn der akrosomalen Reaktion festgestellt. Die akrosomale Reaktion ist durch eine Erhöhung der Permeabilität des Spermienplasmalemms für Ca2+-Ionen und deren Depolarisation gekennzeichnet. Dies fördert die Verschmelzung des Plasmalemmas mit der vorderen Membran des Akrosoms.

Die Zona lamina der Eizelle steht in direktem Kontakt mit akrosomalen Enzymen. Enzyme zerstören die Zona pellucida, das Sperma passiert den Spalt und gelangt in den perivitellinen Raum, der sich zwischen der Zona pellucida und dem Plasmalemma der Eizelle befindet. Nach einigen Sekunden ändern sich die Eigenschaften des Plasmalemmas der Eizelle und es beginnt eine kortikale Reaktion. Nach einigen weiteren Minuten kommt es zu einer zonalen Reaktion, bei der sich die Eigenschaften der Zona pellucida ändern.

Die Befruchtung wird durch Hunderte anderer Spermien erleichtert, die an der Befruchtung beteiligt sind. Von Akrosomen abgesonderte Enzyme – Spermolysine (Trypsin, Hyaluronidase) zerstören die Corona radiata und bauen die Glykosaminoglykane der transparenten Zone der Eizelle ab. Die abgetrennten Follikelzellen kleben zu einem Konglomerat zusammen, das sich, dem Ei folgend, durch das Flimmern der Flimmerhärchen der Epithelzellen der Eileiterschleimhaut entlang des Eileiters bewegt.

Die dritte Phase der Befruchtung ist die Syngamie. Der Kopf und der mittlere Teil des Schwanzes dringen in das Ovoplasma ein. Nachdem das Spermium an der Peripherie des Ovoplasmas in die Eizelle gelangt ist, kommt es zu seiner Verdichtung (Zonenreaktion) und zur Bildung der Befruchtungsmembran. Die kortikale Reaktion ist die Verschmelzung des Plasmalemmas der Eizelle mit den Membranen der kortikalen Körnchen. Dadurch gelangt der Inhalt des Granulats in den perivitellinen Raum und wirkt auf die Glykoproteinmoleküle der Zona pellucida. Durch diese Zonenreaktion werden Zp3-Moleküle verändert und verlieren ihre Fähigkeit, Spermienrezeptoren zu sein. Es bildet sich eine etwa 50 nm dicke Befruchtungsmembran, die die Polyspermie, also das Eindringen anderer Spermien, verhindert. Der Mechanismus der kortikalen Reaktion beinhaltet den Einstrom von Natriumionen durch einen Bereich der Spermienmembran, der nach Abschluss der akrosomalen Reaktion in die Oberfläche der Eizelle eingebettet ist. Dadurch wird das negative Membranpotential der Zelle schwach positiv. Der Zustrom von Natriumionen führt zur Freisetzung von Kalziumionen aus intrazellulären Speichern und zu einer Erhöhung ihres Gehalts im Hyaloplasma der Eizelle. Anschließend beginnt die Exozytose kortikaler Granula. Die von ihnen freigesetzten proteolytischen Enzyme unterbrechen die Verbindungen zwischen der Zona pellucida und dem Plasmalemma der Eizelle sowie zwischen dem Sperma und der Zona pellucida. Darüber hinaus wird ein Glykoprotein freigesetzt, das Wasser bindet und in den Raum zwischen Plasmalemma und Zona pellucida zieht. Dadurch entsteht ein perivitelliner Raum. Schließlich wird ein Faktor identifiziert, der die Verhärtung der Zona pellucidum und die Bildung der Befruchtungsmembran daraus fördert.

Dank der Mechanismen zur Verhinderung von Polyspermie erhält nur ein haploider Kern des Spermiums die Möglichkeit, mit einem haploiden Kern der Eizelle zu verschmelzen, was zur Wiederherstellung des für alle Zellen charakteristischen diploiden Chromosomensatzes führt. Das Eindringen von Spermien in die Eizelle nach wenigen Minuten verstärkt die Prozesse des intrazellulären Stoffwechsels deutlich, was mit der Aktivierung seiner enzymatischen Systeme verbunden ist. Dies dient als Anreiz für den Abschluss der zweiten meiotischen Teilung und die Eizelle zweiter Ordnung wird zu einer reifen Eizelle. In diesem Fall wird auch ein zweiter Polkörper gebildet, der sofort degeneriert und der Schwanz des Spermiums im Zytoplasma des Zellkerns resorbiert wird. Die Kerne beider Gameten verwandeln sich in Vorkerne und rücken näher zusammen. Die Membranen der Vorkerne werden zerstört und die väterlichen und mütterlichen Chromosomen werden an den entstehenden Spindelfäden befestigt. Zu diesem Zeitpunkt haben sich beide haploiden Sätze, die beim Menschen 23 Chromosomen enthalten, bereits repliziert, und die resultierenden 46 Chromatidenpaare sind wie in der Metaphase der Mitose entlang des Äquators der Spindel ausgerichtet. Die Verschmelzung der Vorkerne wird Karyogamie genannt und dauert etwa 12 Stunden. In diesem Stadium ist die diploide Chromosomenzahl wiederhergestellt. Nach der Verschmelzung der weiblichen und männlichen Vorkerne erhält die befruchtete Eizelle den Namen Zygote (einzelliger Embryo). Die Zygote durchläuft die Stadien Anaphase und Telophase und vollendet ihre erste mitotische Teilung. Die anschließende Zytokinese führt zur Bildung zweier diploider Tochterzellen aus einem einzelligen Embryo. Bereits im Zygotenstadium werden präsumtive Zonen (lateinisch: presumptio – Wahrscheinlichkeit, Annahme) als Entwicklungsquellen der entsprechenden Abschnitte der Blastula identifiziert, aus denen anschließend die Keimblätter gebildet werden. Der Befruchtungsprozess endet und Fragmentierungsprozesse beginnen

Schlussfolgerungen.

Bei der Befruchtung handelt es sich um die Verschmelzung eines Spermiums mit einer Eizelle, die mit der Vereinigung ihrer Kerne zu einem einzigen Kern einer befruchteten Eizelle (Zygote) endet. Bei der überwiegenden Mehrheit der Tiere während der normalen Entwicklung dient die Befruchtung als Anstoß für die Freisetzung der Eizelle aus dem anabiotischen Zustand, in dem sie sich im letzten Stadium der Reifungsphase befindet.

Die Düngung erfüllt zwei verschiedene Funktionen:

Beim Sex handelt es sich um die Übertragung von Genen von den Eltern auf die Nachkommen;

Zur Fortpflanzung gehört die Auslösung jener Reaktionen im Zytoplasma der Eizelle, die die weitere Entwicklung und Schaffung eines neuen Organismus ermöglichen.

Das Sperma spielt eine wichtige Rolle im Befruchtungsprozess; es ist notwendig für:

Aktivierung der Eizelle, wodurch sie zum Beginn ihrer Entwicklung angeregt wird (diese Funktion ist nicht spezifisch: Als aktivierender Faktor kann das Sperma durch eine Reihe von physischen bzw

mechanische Einwirkungen, zum Beispiel während der Parthenogenese);

Einbringen des genetischen Materials des Vaters in die Eizelle.

Für die Klassifizierung des Befruchtungsprozesses gibt es mehrere Grundsätze:

An der Stelle, an der das Sperma in die Eizelle eindringt:

Äußerlich (die Befruchtung erfolgt während Außenumgebung);

Intern (die Befruchtung erfolgt im weiblichen Genitaltrakt).

Entsprechend der Anzahl der an der Befruchtung beteiligten Spermien:

Monospermisch (ein Spermium);

Polyspermisch (zwei oder mehr Spermien)

Bei einer Reihe von Wirbellosen, Fischen, Schwanzamphibien und Vögeln ist Polyspermie möglich, wenn mehrere Spermien in die Eizelle eindringen, der Kern nur eines Spermiums jedoch mit dem Kern der Eizelle verschmilzt.

Die spezifischen Merkmale der Befruchtung variieren stark verschiedene Arten. Die Interaktion der Gameten ist in vier Phasen unterteilt:

Ferninteraktionen;

Kontaktinteraktionen;

Eindringen von Spermien in die Eizelle;

Fusion von genetischem Material.

Nach diesen Prozessen beginnen Zerkleinerungsprozesse.

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Die Essenz des Befruchtungsprozesses

Definition 1

Düngung ist der Prozess der Verschmelzung einer männlichen Fortpflanzungszelle (Sperma) mit einer weiblichen Fortpflanzungszelle (Eizelle), der zur Bildung einer Zygote führt.

Das Wesen und die Bedeutung dieses Phänomens ist die Kombination der Erbinformationen zweier Zellen (zweier Organismen) in einer Zelle.

Gameten haben einen haploiden Chromosomensatz. Und als Ergebnis ihrer Verschmelzung entsteht eine diploide Zygote, die die Hälfte der Informationen von einem Elternteil und die andere Hälfte vom zweiten Elternteil trägt. Dies erhöht den Diversitätsgrad des Gensatzes im Genotyp und führt zu einer erhöhten Variabilität.

Befruchtung bei Tieren

Bei Tieren kann die Befruchtung entweder äußerlich oder innerlich erfolgen. Bei Arten, die üblicherweise in Gewässern vorkommen, ist eine äußere Befruchtung üblich. Es kommt außerhalb des weiblichen Fortpflanzungssystems vor. Die äußere Befruchtung erfolgt durch Polychaetenwürmer, Muscheln, Krebse, Stachelhäuter, Knochiger Fisch, Amphibien und sogar einige Landtiere - Regenwürmer, einige Spinnentiere.

Der Prozess der externen Befruchtung ist recht einfach. Zunächst legt das Weibchen Eier. Das Männchen gibt dann Samenflüssigkeit ab. Spermien umgeben die Eier und dringen in sie ein. Es kommt zur Befruchtung. Die Nachteile dieser Methode bestehen darin, dass ein erheblicher Teil der Gameten (sowohl Eizellen als auch Spermien) in der Umwelt absterben und die meisten befruchteten Eizellen (Zygoten) ebenfalls sterben. Deshalb bilden Arten, die eine äußere Befruchtung haben, solche große Menge Oozyten (Eier). Dadurch werden die Verluste ausgeglichen.

Die innere Befruchtung findet im weiblichen Genitaltrakt statt. Bei diesem Vorgang wird die Eizelle im Körper der Frau aktiviert, Spermien dringen in den Genitaltrakt der Frau ein und Spermium und Eizelle verschmelzen. Nach der Verschmelzung der Gameten werden die Membranen der Eizelle für andere Spermien undurchdringlich. Bei einigen Tierarten können mehrere Spermien in die Eizelle eindringen. Aber nur einer von ihnen verschmilzt mit seinem Kern. Die restlichen Spermien degenerieren.

Düngung bei Pflanzen

Für die Düngung bei Algen und Pflanzen mit höheren Sporen ist das Vorhandensein von Feuchtigkeit eine notwendige Voraussetzung. Wasserumgebung Bietet die Möglichkeit der Bewegung beweglicher Spermien.

Aber Samenpflanzen sind nicht auf die Anwesenheit von Feuchtigkeit angewiesen. Die Übertragung von Spermien an die Befruchtungsstelle in Samenpflanzen wird als Bestäubung bezeichnet. Während des Bestäubungsprozesses werden Pollenkörner vom Staubbeutel des Staubblatts zur Befruchtungsstelle (bei Gymnospermen zur Samenknospe oder bei Blütenpflanzen zur Narbe des Stempels) übertragen.

Anmerkung 1

Pollen können durch Wind oder Tiere transportiert werden.

Doppelte Befruchtung bei Angiospermen

Der Befruchtungsprozess bei Angiospermen ist sehr komplex und wurde erstmals von Professor S. G. Navashin beschrieben. Pollen landen auf der Narbe des Stempels. Dann beginnt sich der Pollenschlauch zu entwickeln. Es wächst zum Eierstock des Stempels und erreicht den Embryosack. Der Pollenschlauch transportiert zwei Spermien in den Embryosack. Einer von ihnen verschmilzt mit der Eizelle und der zweite mit der zentralen Zelle des Embryosacks. Dieses Phänomen wird als Doppelbefruchtung bezeichnet.

Aber bei der Doppelbefruchtung handelt es sich eigentlich um zwei völlig unterschiedliche Prozesse. Durch die Befruchtung der Eizelle entsteht ein Embryo. Und durch die Verschmelzung eines haploiden Spermiums mit einer diploiden Zentralzelle entsteht eine triploide Zelle. Daraus entsteht nicht der Organismus, sondern ein spezielles Gewebe (Endosperm), das den Embryo mit Nährstoffen versorgt. Dank der doppelten Düngung können Blütenpflanzen im Vergleich zu Gymnospermen schnell Nährstoffe im Samen ansammeln. Dies beschleunigt seine Reifung nach der Befruchtung und fördert das Überleben von Angiospermen unter modernen Bedingungen.

Abhängig von der Art der Organismen bei Tieren, die sich sexuell vermehren, wird zwischen äußerer und innerer Befruchtung unterschieden.

Die äußere Befruchtung findet in der Umgebung statt, in die männliche und weibliche Fortpflanzungszellen gelangen. Beispielsweise erfolgt die Befruchtung bei Fischen äußerlich. Die von ihnen abgesonderten männlichen (Milch) und weiblichen (Kaviar) Fortpflanzungszellen gelangen ins Wasser, wo sie sich „treffen“ und vereinigen. Daten zur Befruchtung von Seeigeln deuten darauf hin, dass innerhalb von 2 Sekunden nach dem Kontakt von Sperma und Ei Veränderungen in den elektrischen Eigenschaften der Plasmamembran der Eizelle auftreten. Die Verschmelzung des Gameteninhalts erfolgt nach 7 Sekunden.

Intern Die Befruchtung erfolgt durch die Übertragung von Spermien vom männlichen Körper auf den weiblichen Körper infolge des Geschlechtsverkehrs. Eine solche Befruchtung findet bei Säugetieren statt, und der zentrale Punkt hierbei ist das Ergebnis der Begegnung der Keimzellen. Es wird angenommen, dass der Kerninhalt nur eines Spermiums in die Eizelle dieser Tiere eindringt. Was das Zytoplasma der Spermien betrifft, so gelangt es bei einigen Tieren in geringen Mengen in die Eizelle, bei anderen gelangt es überhaupt nicht in die Eizelle.

Beim Menschen findet die Befruchtung im oberen Teil des Eileiters statt, und an der Befruchtung ist wie bei anderen Säugetieren nur ein Spermium beteiligt, dessen Kerninhalt in die Eizelle gelangt. Manchmal befinden sich nicht eine, sondern zwei oder mehr Eizellen im Eileiter, wodurch beispielsweise im 18. Jahrhundert die Geburt von Zwillingen, Drillingen usw. möglich ist. In Russland wurde ein Fall der Geburt von 16 Zwillingen, 7 Drillingen und 4 Vierlingen (insgesamt 69 Kinder) durch eine Mutter (die Frau des Bauern Fjodor Wassiljew) registriert.

Durch die Befruchtung wird der diploide Chromosomensatz in der befruchteten Eizelle wiederhergestellt. Eier können innerhalb von etwa 24 Stunden nach dem Eisprung befruchtet werden, während die Befruchtungsfähigkeit von Spermien bis zu 48 Stunden anhält.

Aus einer befruchteten Eizelle entsteht eine Zygote; die Entwicklung von Organismen durch die Bildung von Zygoten wird Zygogenese genannt. Experimentelle Entwicklungen der letzten Jahre haben gezeigt, dass die Befruchtung von Eiern von Säugetieren, einschließlich des Menschen, in vitro möglich ist. Anschließend können die in vitro entwickelten Embryonen in die Gebärmutter einer Frau implantiert werden, wo sie sich weiterentwickeln können. Bisher sind zahlreiche Fälle der Geburt von „Reagenzglas“-Kindern bekannt (siehe Abschnitt VI). Es wurde außerdem festgestellt, dass nicht nur Spermatozoen, sondern auch Spermatiden in der Lage sind, eine menschliche Eizelle zu befruchten. Schließlich ist es möglich, Eier (künstlich kernloser Eier) von Säugetieren mit den Kernen ihrer Körperzellen zu befruchten (siehe § 35).

Im Gegensatz zur Zygogenese sind viele tierische Organismen durch Parthenogenese (von griechisch parthenos – Jungfrau und genesis – Geburt) in der Lage, sich unter natürlichen Bedingungen zu vermehren. Es gibt obligate und fakultative Parthenogenese. Unter obligater Parthenogenese versteht man die Vermehrung von Organismen aus einer unbefruchteten Eizelle. Diese Parthenogenese dient der Fortpflanzung von mehr als 90 Tierarten, darunter auch einigen Wirbeltieren. Ein Beispiel für obligate Parthenogenese ist die Fortpflanzung der Kaukasischen Felseneidechse, die nur von weiblichen Individuen vertreten wird. Im Gegenteil bedeutet fakultative Parthenogenese, dass sich Eizellen sowohl ohne Befruchtung als auch nach der Befruchtung entwickeln können. Die fakultative Parthenogenese wiederum ist weiblich und männlich. Die weibliche Parthenogenese kommt häufig bei Bienen, Ameisen und Rädertierchen vor, bei denen sich Männchen aus unbefruchteten Eiern entwickeln. Bei einigen isogamen Algen kommt es zur männlichen Parthenogenese.

Bei Pflanzen gibt es auch Fälle, in denen sich aus einer unbefruchteten Eizelle ein Embryo entwickelt. Wie oben erwähnt, wird dieses Phänomen Apomix genannt. Es kommt bei vielen sehr häufig vor Angiospermen, einschließlich kultivierter Pflanzen wie Rüben, Baumwolle, Flachs, Tabak und andere.

Neben der natürlichen Parthenogenese wird die künstliche (induzierte) Parthenogenese unterschieden, die durch eine Reizung der Eier durch physikalische oder chemische Faktoren verursacht werden kann, die zur Aktivierung der Eier und in der Folge zur Entwicklung unbefruchteter Eier führt. Bei vielen Tieren wurde eine künstliche Parthenogenese beobachtet systematische Gruppen- Stachelhäuter, Würmer, Weichtiere und sogar einige Säugetiere.

Es gibt eine bekannte Form der Parthenogenese, die Androgenese (von griechisch andros – Mensch, genesis – Geburt) genannt wird. Wenn der Kern einer Eizelle inaktiviert wird und dann mehrere Spermien in die Eizelle eindringen, entwickelt sich aus einer solchen Eizelle durch die Verschmelzung männlicher (Spermien-)Kerne ein männlicher Organismus. Weithin bekannt sind die Experimente von V.L. Astaurov (1904-1974), der die Androgenese an der Seidenraupe zeigte. Diese Experimente bestanden aus Folgendem. In den Eiern einer Seidenraupenart (Bombyx mandarina) eingesetzt hohe Temperatur Die Kerne wurden inaktiviert und dann wurden solche Eier mit Spermatozoen einer Seidenraupe einer anderen Art (B. mori) befruchtet. Nachdem sie in die Eier eingedrungen waren, verschmolzen diese miteinander, wodurch neue Organismen entstanden, die sich in ihren Eigenschaften als väterliche Organismen (B. mori) herausstellten. Kreuzungen dieser Organismen mit B. mori-Weibchen brachten Nachkommen hervor, die zu B. mori gehörten.

Die Rolle der Parthenogenese und ihrer Formen in der Natur ist gering, da sie den Organismen keine umfassenden Anpassungsfähigkeiten bietet. Seine Verwendung hat jedoch praktische Bedeutung. Insbesondere entwickelte B.L. Astaurov eine Methode zur Gewinnung parthenogenetischer Nachkommen Seidenraupe, das weit verbreitet ist industrielle Produktion Seide.

Im Gegensatz zur Zygogenese und Parthenogenese gibt es die Gynogenese (von griech. gyne – Frau), eine Pseudogamie, die darin besteht, dass das Sperma auf die Eizelle trifft und diese aktiviert, der Spermienkern jedoch nicht mit dem Kern der Eizelle verschmilzt Ei. In diesem Fall besteht der befähigende Nachwuchs nur aus Weibchen. U einzelne Arten Bei Spulwürmern, Fischen und Amphibien dient die Gynogenese als normale Form der Fortpflanzung und bringt Nachkommen hervor, die nur aus Weibchen bestehen. Die Gynogenese kann auch künstlich mit Hilfe zellkernzerstörender Faktoren (Strahlung, Temperatur etc.) herbeigeführt werden. Fälle künstlicher Gynogenese wurden insbesondere bei der Seidenraupe sowie bei einigen Fisch- und Amphibienarten beschrieben. Die Beschaffung solcher Formen kann bei wirtschaftlich nützlichen Arten von praktischer Bedeutung sein.

Wie oben erwähnt, hat die Befruchtung bei Blütenpflanzen (Angiospermen) einen erheblichen Einfluss Besonderheit in Form einer doppelten Befruchtung (S. G. Navashin, 1896), die darauf hinausläuft, dass im Embryosack eine haploide Eizelle und eine diploide Zentralzelle durch Spermien befruchtet werden, was zur Bildung eines diploiden Embryos und einer triploiden Zelle führt entwickelt sich zu Endospermzellen (siehe Kap. II).

Parthenogenese, Androgenese und Gynogenese sind Formen von Störungen der sexuellen Fortpflanzung. Es wird angenommen, dass diese Formen im Laufe der Evolution als Ergebnis besonderer evolutionärer Anpassungen entstanden sind.

Im Prozess der Evolution Flora Bei Blütenpflanzen (und nur bei ihnen) ist das Phänomen der Doppelbefruchtung aufgetreten, wodurch ein Samen gebildet wird. Auch Gymnospermen produzieren Samen, eine Doppelbefruchtung findet jedoch nicht statt. Der Befruchtung geht die Bestäubung voraus, das heißt die Übertragung von Pollen von den Staubgefäßen einer Blüte auf den Stempel, meist einer anderen Blüte. Bei doppelte Befruchtung Zwei Spermien dringen in die Eizelle ein, von denen eines mit der Eizelle und das zweite mit der großen Zentralzelle verschmilzt.

Pollenkörner Verschiedene Blütenpflanzen haben unterschiedliche Formen. In diesem Fall ist die Oberfläche der Pollenkörner meist rau, wodurch sie am Körper bestäubender Insekten und dann an der Narbe des Stempels haften bleiben. Darüber hinaus sondert die Narbe eine klebrige Flüssigkeit ab, die Pollen zurückhält. Auf der Narbe des Stempels bildet sich das Pollenkörner Pollenschlauch, das zwischen den Zellen der Narbe und dem Griffel des Stempels wächst und dann in die Höhle des Eierstocks des Stempels hineinwächst.

Die Eierstockhöhle kann eine, mehrere oder viele Eizellen enthalten. Ihre Anzahl hängt von der Pflanzenart ab. Eizellen heißen unterschiedlich Eizellen. Befinden sich im Eierstock mehrere Eizellen, so wird jede von ihnen durch ihr eigenes Pollenkörner (in ihr enthaltenes Sperma) bestäubt, d. h. in diesem Fall wachsen mehrere Pollenschläuche durch den Stempel.

Die Eizellen wachsen von der Innenfläche der Eierstockwände in die Eierstockhöhle hinein. Die Eizelle besteht aus einer Hülle und dem Gewebe des zentralen Teils, in dem acht haploide Zellen (mit einem einzigen Chromosomensatz) gebildet werden. Zwei dieser Zellen verschmelzen zu einer großen zentrale Zelle, bei dem ein doppelter Chromosomensatz wiederhergestellt wird.

Auf der der Befestigungsstelle am Eierstock gegenüberliegenden Seite befindet sich die Eizelle Pollenpassage Dabei handelt es sich um ein kleines Loch, das zum zentralen Teil der Eizelle führt.

An der Spitze des wachsenden Pollenschlauchs befinden sich zwei Spermien. Spermien haben im Gegensatz zu Spermatozoen keinen Schwanz und sind daher unbeweglich. Wenn die Röhre durch den Pollendurchgang in die Eizelle hineinwächst, verschmilzt ein Spermium mit einer der haploiden Zellen, die die Rolle spielt Eier. Als Ergebnis dieser Befruchtung Zygote mit einem doppelten Chromosomensatz. Anschließend entwickelt es sich Samenkeim.

Das zweite Spermium verschmilzt mit der Zentralzelle. Durch diese Befruchtung entsteht die sogenannte Endosperm. Es zeichnet sich durch einen dreifachen Chromosomensatz aus, was einzigartig ist, da die Körperzellen von Angiospermen und vielen anderen Organismen über einen doppelten Chromosomensatz verfügen.

Endosperm ist ein Gewebe, das Folgendes enthält Nährstoffe. Der Embryo nutzt diese Stoffe während der Entwicklung des Samens bzw. während der Samenkeimung. Im ersten Fall wird anstelle des Endosperms im reifen Samen der Großteil des Embryos von Organen des Embryos eingenommen (meist große Keimblätter); im zweiten Fall verbleibt das Endosperm.

Wenn der Samen reift, verwandelt sich die Hülle der Eizelle in Samenschale.

PhaseICH I – darin findet die akrosomale Reaktion statt. Die äußere Membran der Spermien reißt auf, wodurch proteolytische Enzyme freigesetzt werden und die Membran der Eizelle aufgelöst wird. Plasmamembranen verschmelzen, Zytoplasmen werden verbunden. Der Kern und das Zentriol des Spermiums gelangen in das Zytoplasma der Eizelle. Der Schwanzteil ist resorbiert. Dann wird die Eizelle aktiviert, ihr Potential verändert sich und ihre Vitellinmembran löst sich ab und es bildet sich die Befruchtungsmembran (kortikale Reaktion). Die Aktivierung endet mit dem Beginn der Proteinsynthese.

PhaseIII– Syngamie. Es unterscheidet:

Stufe 2 X Vorkerne – der männliche Kern schwillt an, nimmt das Aussehen einer Prophase an, während dieser Zeit verdoppelt sich die DNA und der männliche Vorkern erhält einen haploiden Satz reduzierter Chromosomen (n2c). Wenn die Eizelle auf das Spermium trifft, befindet sie sich im Stadium der Meiose und wird durch einen besonderen Faktor blockiert. Nach der Begegnung mit dem Spermium wird die Eizelle aktiviert und die Blockade aufgehoben. Der Kern der Eizelle verwandelt sich nach Abschluss der Meiose in den weiblichen Vorkern und erhält ebenfalls einen Satz n2c-Chromosomen.

Das Synkaryon-Stadium ist die Verschmelzung von Kernmaterial und die Bildung einer Zygote.

Die erste mitotische Teilung der Zygote führt zur Bildung von zwei embryonalen Zellen (Blastomeren) mit jeweils einem Chromosomensatz 2n2c.

Parthenogenese

Der Tochterorganismus entwickelt sich manchmal aus einer unbefruchteten Eizelle. Dieses Phänomen wird Neuentwicklung oder Jungfernentwicklung genannt Parthenogenese. In diesem Fall ist die Quelle des Erbmaterials für die Entwicklung des Nachkommens normalerweise die DNA der Eizelle – Gynogenese. Seltener beobachtet Androgenese- Entwicklung eines Nachkommen aus einer Zelle mit dem Zytoplasma der Eizelle und dem Kern des Spermiums. Bei der Androgenese stirbt der Kern der weiblichen Keimzelle ab.