Текст книги "Я познаю мир. Биология"

Автор книги: Александр Харс

сообщить о нарушении

Текущая страница: 5 (всего у книги 12 страниц)

В основе регенерации лежат закономерности, сходные с теми, которые обеспечивают обычное развитие организмов. Очевидно, что в регенерирующем органе происходит увеличение числа клеток. Ученые давно заметили, что в этом случае размножаются как специализированные клетки, то есть типичные «взрослые» клетки поврежденной ткани, так и малодифференцированные, то есть клетки более просто устроенные и мало похожие на клетки регенерирующего органа. Эти малодифференцированные клетки называются стволовыми тканевыми клетками. Регенерация с помощью этих клеток особенно похожа на развитие органа у эмбриона.

Стволовые клетки есть в каждом органе и каждой ткани, их можно назвать «собственными» стволовыми клетками ткани. Но есть и «общие» стволовые клетки, расположенные в костном мозге. Впрочем, стволовые клетки костного мозга тоже бывают двух сортов. Из гемопоэтических клеток костного мозга всю жизнь развиваются клетки крови, а из стромальных (от греческого слова строма, означающее «подстилка») могут образовываться любые другие, даже нервные клетки, еще недавно считавшиеся невозобновляемыми. К сожалению, их в костном мозге относительно немного, а с возрастом становится совсем мало.

Плохое срастание костей при переломах у пожилых людей, видимо, связано с недостаточным количеством или полным отсутствием стромальных клеток. Эти клетки относятся к клеткам–бродягам – они постоянно пробираются в кровяное русло и, отдавшись на волю волн, путешествуют с током крови по организму, всегда готовые остаться там, где есть какие–нибудь повреждения тканей, нуждающиеся в восстановлении.

image l:href="#image79.png"

Расположение красного костного мозга в организме взрослого человека (заточкован)

Таким образом, в регенерации у человека всегда участвуют два вида клеток: стволовые тканевые и стволовые стромальные клетки костного мозга. Первые годятся только для восстановления тех тканей, среди клеток которой они живут, вторые – универсалы. Они способны принимать участие в восстановлении любых тканей организма, так как могут превращаться в нужные организму специализированные клетки.

Если при тяжелых повреждениях организму не хватает собственных стромальных клеток, ему можно помочь, введя такие клетки извне. Во всяком случае, у мышей, которым химическим путем разрушили мышцы передних ног, а затем ввели стволовые стромальные клетки, через некоторое время мышцы частично восстановились. Новые мышечные клетки образовались именно из этих введенных клеток.

image l:href="#image80.png"

Поперечно полосатые мышечные клетки под микроскопом

Чудо–клетки, введенные свиньям в зону инфаркта сердечной мышцы, полностью ее восстановили. А введенные в головной мозг мышам, у которых перед этим был вызван инсульт (повреждение мозга, связанное с нарушением мозгового кровообращения), привело к его частичному восстановлению. То же самое совершили стромальные клетки, оказавшиеся в поврежденной печени.

Есть первые успехи в применении стромальных клеток и у больных людей. Введенные в место перелома девяностолетнему старцу, эти клетки привели к срастанию костей, которые в предшествующие 13 лет не срастались. В другом случае у семи десятилетнего пациента, перенесшего инфаркт, удалось добиться частичного восстановления отмершего участка сердечной мышцы.

Может быть, уже в самые ближайшие годы мы научимся лечить многие пока неизлечимые болезни человека, в том числе повреждения спинного мозга. Однако где взять необходимые для этого стволовые стромальные клетки? Их, конечно, можно было бы вырастить из стромальных клеток самого больного, но процесс этот длителен и к тому времени, когда запас их окажется достаточным для лечения, лечить будет уже поздно.

Есть ли из этого положения выход? Есть! Стромальные клетки можно получать из пуповины новорожденных детей и хранить в течение всей жизни их владельцев. Они должны послужить резервом на случай чрезвычайных ситуаций и в случае экстренной необходимости использоваться для восстановительных работ.

Мозг требует развития

Некоторые сведения о развитии головного мозга и мышления ученые получили при анализе ужасных случаев бесчеловечного обращения с детьми. Подобные эксперименты, конечно, ни один ученый не стал бы проводить специально, однако изучение этих трагических происшествий позволяет понять важность правильного развития детей в раннем возрасте.

Вот что произошло однажды в Америке. Психопат–отец, видимо, ненавидящий детей, с 20–месячного возраста держал свою дочь в маленькой комнатке, из которой она никогда не выходила. Ее нагишом привязывали к стулу с дыркой посредине, так что она могла двигать только кистями рук и ступнями ног. С девочкой никто не разговаривал, а кормили ее только молоком и детским питанием.

Девочку обнаружили, когда ей исполнилось 13 лет. Она была истощена и весила всего 25 килограммов. Несчастная не могла выпрямить. руки и ноги, не умела жевать, была не в состоянии сознательно контролировать функцию мочевого пузыря и кишечника. Она не понимала человеческую речь и совершенно не могла говорить.

Несчастную девочку врачи и психологи взяли под постоянное наблюдение. Ее учили всему, что должны были знать двух–трехлетние дети. За первые 6 лет, направленные на то, чтобы всесторонне развить девочку, она стала кое–что понимать из обращенной к ней речи, если с ней говорили короткими предложениями из двух–трех слов. Джини даже научилась говорить, но ее речь оставалась на уровне, который здоровые дети достигают к двум–трем годам. Ее речь состояла или из отдельных слов или словосочетаниий, типа «хочет молоко», «два рука».

Девочка научилась пользоваться некоторыми предметами, в том числе фломастерами, и «рисовать», но эти рисунки оставались на уровне каракулей двух–трехлетних детей. Наконец, она научилась ориентироваться в обстановке, находить свою комнату, а в ней шкаф, где хранились ее игрушки. Однако дальнейшее развитие застопорилось. Особенно это было заметно в отношении речи: никакого прогресса не наблюдалось.

Почему так произошло? Что мешает Джини наверстать упущенное и научиться тому, чему она не научилась в раннем детстве? Человеческий мозг развивается в течение всей жизни человека, но особенно интенсивно в первые 6–7 лет. Если в эти годы отсутствуют условия для развития мозга, как это было у Джини, участки мозга, предназначенные для обеспечения речевой и мыслительной деятельности, не только не развиваются, но даже деградируют.

Развитие речи – очень важный этап, определяющий дальнейшую судьбу человека, так как без речи не может быть мышления. Видимо, первые 20 месяцев жизни Джини провела в относительно нормальной обстановке, и у нее началось развитие речевых центров мозга. Если бы этого не было, девочка, возможно, вообще не научилась бы произносить ни одного слова и не смогла бы понять их значения.

Прочтя этот рассказ, не подумайте, что мозг глухонемых детей неполноценный. Ведь говорить можно не только звуками. Овладение речью в любой ее форме развивает мозг. Если глухонемого ребенка вовремя обучают языку жестов, а потом и письму, мозг его развивается нормально. Нередко систематические уроки жестового языка глухонемых способствует более интенсивному развитию мозга, и глухие от рождения дети по уровню психического развития частенько обгоняют нормальных здоровых детей.

image l:href="#image81.png"

Некоторые жесты из языка сурдо

Размножение

image l:href="#image82.png"

Убежденные холостяки

Одним из основных свойств живых организмов является способность воспроизводить подобные себе организмы, то есть, попросту говоря, размножаться.

За время существования жизни на нашей планете природа придумала несколько способов размножения. Понятно, что первые примитивные организмы размножались с помощью более простых, примитивных способов. Некоторые из них сохранились до наших дней, причем ими с успехом пользуются и высокоорганизованные организмы. Давайте узнаем, как это им удается.

Способы размножения, о которых сейчас пойдет речь, относятся к бесполому размножению. Для бесполого размножения не требуется ни половых клеток, ни двух организмов. Каждый примитивный организм может справиться с процессом размножения самостоятельно, не прибегая ни к чьей помощи.

Бесполое размножение распространено довольно широко. Наиболее простой способ бесполого размножения – деление. Так размножаются бактерии, а так же амёбы, инфузории и другие одноклеточные организмы. В самых общих чертах он состоит в следующем: тело клетки, ее ядро, все составляющие ядро хромосомы делятся на две равные части, в результате чего из одной клетки возникают два совершенно одинаковых организма, ничем не отличающихся от первоначальной материнской клетки. Так же размножаются и клетки в организме человека.

Иногда во время деления материнскому организму приходится прибегать к различным ухищрениям. Очень интересно наблюдать деление раковинной амебы, которая и в самом деле живет в миниатюрной раковине собственной постройки. Процесс деления начинается с того, что материнская амеба через отверстие в раковине выползает наружу и здесь создает вторую раковину, являющуюся зеркальным отображением основной. Первоначально обе раковины соединены друг с другом. Закончив постройку нового дома, амеба несколько раз залезает то в один, то в другой, как бы проверяя, всё ли в порядке. Потом клетка делится на два самостоятельных организма, и новые амебы расползаются по своим раковинам. Наконец домики отделяются друг от друга, и с этой минуты оба организма существуют как самостоятельные.

image l:href="#image83.png"

Деление раковинной амёбы: 1 – раковина (часть удалена); 2 – ядро; 3 – цитоплазма; 4 – ложноножки

Другой способ бесполого размножения называется почкованием. Он состоит в том, что на материнском организме образуется небольшой вырост, постепенно приобретающий черты миниатюрной копии родителя. Этот вырост и называют почкой. Почка растет и рано или поздно отделяется, иногда успевая перед этим дать собственные почки и даже обзавестись «внучатыми» почками. Так размножаются одноклеточные дрожжи, а из многоклеточных – гидра.

Третий способ бесполого размножения – спорообразование. При этой форме размножения ядро родительской клетки делится на несколько, иногда на множество ядер, после чего на такое же число частей делится и сама клетка.

Вновь образованные маленькие клеточки – споры – не похожи на родительский организм. Они очень маленькие и в отличие от взрослых организмов заключены в прочную защитную оболочку, которая предохраняет их от любых неблагоприятных воздействий окружающей среды. Благодаря этому споры легко переносят высушивание, сильное нагревание или охлаждение.

image l:href="#image84.png"

Почкование дрожжей

Спорами размножаются возбудители малярии – плазмодии, паразитирующие в эритроцитах человека. Там каждый плазмодий делится на 12 или 24 споры, причем делают они это синхронно. В результате все споры одномоментно покидают клетки крови, вызывая их разрушение. Во время такого синхронного выхода спор больного сотрясает очередной приступ малярии. Однако малярийным плазмодиям свойственно не только бесполое размножение. Попав вместе с зараженной человеческой кровью в пищеварительный тракт комара, они размножаются там половым путем.

image l:href="#image85.png"

Жизненный цикл малярийного плазмодия

Большое значение размножение спорами приобрело в мире растений. У них споры образуются в особых органах – спорангиях – и способны переносить неблагоприятные условия, распространяться в новые местообитания с помощью ветра и различных животных, давая начало новым организмам. Спорами размножаются водоросли, мхи, плауны, хвощи и папоротники. Семенные растения произошли от споровых, и их семязачатки (расположенные внутри шишек или цветков) фактически являются видоизмененными спорангиями. (Подробнее об эволюции системы размножения растений вы можете прочитать в томе «Ботаника» серии «Я познаю мир».)

image l:href="#image86.png"

Спорангии и споры различных ископаемых растений: А – риния, нижний девон; Б – саудония, нижний девон; В – чалонерия (плауновидное), средний карбон; Г – тодитес (папоротник), средняя юра

Спорами размножаются и все грибы. Бросающиеся в глаза плодовые тела грибов, которые в быту не совсем правильно называют просто «грибами», – это как раз органы, несущие на себе большое число спорангиев, рассеивающих миллиарды спор.

image l:href="#image87.png"

Спорангии грибов

Сколько ландышей на поляне?

Итак, мы рассмотрели три разновидности бесполого размножения: простое деление клетки – самый первый на Земле способ размножения, его модификацию – почкование – и довольно сложный тип – споровое размножение. Однако есть и еще один тип бесполого размножения – вегетативное, то есть размножение любыми частями тела без образования специальных клеток – спор или тем более половых. Мы уже говорили, что первые организмы размножались бесполым путем, и половое размножение им пришлось «изобретать» специально. Так вот, вегетативное размножение, хотя и относится к бесполому, возникло, наверное, даже позже полового, а уж широкое развитие получило и вовсе у высших организмов. Правда, преимущественно у растений и грибов.

image l:href="#image88.png"

«Вегетативное» размножение многощетинкового червя аутолитус: 1 – сегменты заднего конца тела, отделяющиеся от материнской особи

Иысшие животные вегетативно не размножаются.

Однако кольчатые черви, морские звезды – отнюдь не самые примитивные животные – нередко размножаются таким способом. У многих видов червей отшнуровываются части тела, становясь самостоятельными организмами, а кусочки разрубленных морских звезд вырастают в новые звездочки. Одно время таким способом – разрубанием на куски – пытались бороться с вредителем коралловых рифов – звездой акантастер, или терновый венец. Ничего хорошего из этой затеи не вышло: вместо уничтожения вредителей люди из лучших побуждений занимались их размножением.

Однако если у животных вегетативное размножение – скорее экзотика, то у растений оно получило невиданное распространение. Причем более высокоорганизованные растения – цветковые, пожалуй, даже более широко им пользуются, чем голосеменные или папоротники.

Одно из главных преимуществ вегетативного размножения – предельная простота. Не надо выдумывать никаких специальных органов: просто расти, образовывай новые побеги, пускай придаточные корни и со временем из крохотной былинки вырастет огромная куртина. Так, например, поступает в густой тени елового леса растение из семейства зонтичных – сныть обыкновенная. Вообще–то, ей больше всего нравится расти в дубравах, да и там – поближе к опушкам и полянам. В темных ельниках сныть почти никогда не цветет и, естественно, не дает семян – света маловато. Но она не унывает: корневище сныти постепенно разрастается, ветвится, со временем старые участки его отмирают, и вот уже вместо одного растения образуется несколько, к тому же «расползшихся» довольно далеко друг от друга. Такой способ вегетативного размножения – путем разделения тела растения на части в результате отмирания старых участков – называется партикуляцией (вспомните, как по–английски слово «часть»). Группа растений, образовавшаяся таким образом, называется клоном. Естественно, все растения одного клона будут генетически абсолютно идентичны.

image l:href="#image89.png"

Регенерация у морской звезды

image l:href="#image90.png"

Сныть обыкновенная:А – общий вид; Б – схема строения клона 1 – развернувшийся лист; 2 – молодой лист; 3 – соцветие; 4 – отмершие участки корневища; 5 – живое корневище; 6 – надземные побеги

Бывают и более «изобретательные» разновидности вегетативного размножения, с использованием более специализированных органов. Тем не менее эти органы остаются вегетативными: это не цветки, не шишки и не спорангии. В качестве примеров можно привести и усы земляники, и воздушные луконички лилии, и «детки», образующиеся на листьях каланхоэ.

image l:href="#image91.png"

Различные способы вегетативного размножения: 1 – усами у земляники; 2 – боковыми розетками у молодила

Вегетативное размножение имеет огромное значение для растений. Проходя вдоль лесной опушки, обратите как–нибудь внимание на растущую на краю леса осину. Нередко можно видеть следующую картину: на довольно большом расстоянии (5–10 метров и более) от края леса стоит взрослое – толстое и высокое дерево. Ближе к краю несколько осин помоложе, перед ними – множество тонких стволиков высотой 2–3 метра, а на поле или на лугу – густая поросль совсем тоненьких побегов осины, некоторые из которых появились только в этом году. Если раскопать землю в этой рощице, мы увидим, что все стволики осины растут от общей корневой системы, развитой самым старым стволом. Побеги, выросшие из придаточных почек на корнях, называются корневыми отпрысками. Размножение с помощью корневых отпрысков – очень характерное и, пожалуй, самое замечательное свойство осины. За счет вегетативного размножения осина захватывает новые территории, увеличивая площадь, занятую лесом. Без корневых отпрысков осина не смогла бы так интенсивно захватить края полей, лугов или пустырей – слабые проростки, развивающиеся из мелких семян осины, не смогут пробиться через густую дернину трав.

image l:href="#image92.png"

Схема клона осины

Так что, как видите, вегетативное размножение свойственно не только травам, но и деревьям. Теперь мы можем ответить на вопрос, поставленный в названии рассказа: представьте себе, вы выходите на лесную поляну и видите там великолепные заросли ландышей. Сколько их тут? Тысяча? Если считать только надземные побеги, то да, их может быть очень много – и тысяча, и больше. Но на самом деле, скорее всего, все эти побеги растут от общего разветвленного корневища, правда, возможно, его старые участки уже отмерли – произошла партикуляция. В таком случае растений на полянке будет не тысяча, а, скажем двадцать – по числу фрагментов клона. Но тогда, чтобы подсчитать число ландышей, придется перекопать всю поляну, погубив красивое растение, к тому же нанесенное в Красную книгу. Кроме того, если нам скажут, что на полянке растет двадцать ландышей, сможете ли вы представить себе их реальное количество? Одно дело – двадцать больших кусочков старого клона, а совсем другое – двадцать молодых растений, только начинающих разрастаться.

На самом деле, на вопрос «сколько на поляне ландышей?» разные специалисты ответят по–разному. Генетик скажет, что здесь одна особь, поскольку все растения генетически идентичны и произошли в результате разделения одного материнского растения. Геоботаник же скажет, что на поляне один клон, представленный тысячей (или сколько их там) счётных единиц. А уж разделились эти счетные единицы или остаются пока связанными общим корневищем – дело десятое.

image l:href="#image93.png"

Ландыш майский

Женское начало

Еще в древние времена люди заметили, что если пасти коров отдельно от быков, телят в этом стаде не будет, а если курицу держать в изоляции, она яйца, может быть, и будет нести, но цыплята из них не вылупятся. Заметили это очень давно, гораздо труднее оказалось разгадать сущность подобных явлений.

Вы уже знаете главный принцип полового размножения: для него необходимы женская и мужская половые клетки. Давайте познакомимся с их строением поближе.

Женская половая клетка называется яйцеклеткой, или просто яйцом. Главное отличие зрелых половых клеток (и женских, и мужских), от остальных клеток тела родительских организмов состоит в том, что они имеют лишь одинарный набор хромосом, т. е. половину от нормального числа хромосом в клетке (см. раздел «Наследственность и наследники»).

Обычно яйцеклетка крупная, имеет овальную или шарообразную форму и содержит большое количество желтка – запасного вещества, за счет которого у млекопитающих яйцо развивается в первые дни после его оплодотворения, а у остальных животных – до полного созревания зародыша. Вот почему клетки последних часто достигают прямо–таки гигантской величины.

Все позвоночные животные, кроме млекопитающих, не могут пользоваться крохотными яйцеклетками. В крохотную яйцеклетку не положишь большой запас желтка, а без него зародышу не хватит питания для завершения развития и вылупления. Кроме того, из маленькой яйцеклетки и животное вылупится маленькое, и, пока детеныш дорастет до приличных размеров, его может погубить любая случайность. Из 1000 головастиков травяной лягушки хорошо если 10 лягушат доживают до года, а до возраста двух–трех лет, когда они становятся способными приносить потомство, в лучшем случае доживают две лягушки. Закон природы таков: если хочешь, чтобы твои дети достигали взрослого возраста, или выкармливай, нянчи и воспитывай их сам, или приноровись откладывать крупные яйцеклетки.

image l:href="#image94.png"

Травяная лягушка и ее икра

У млекопитающих яйцеклетки невелики. Диаметр человеческой яйцеклетки – 0,2–0,5 мм. Сравните их с яичками, которые откладывают такие миниатюрные существа, как бабочки крапивница и капустница. Их диаметр около миллиметра – по сравнению с размерами матери немало. Правда, у беспозвоночных известны и более мелкие яйца, едва достигающие 0,04 мм, но такие яйцеклетки развиваются у очень мелких животных. Еще крупнее икринки многих рыб – вспомните, например, красную икру. А у некоторых амфибий яйцеклетки могут достигать величины небольшой вишенки.

image l:href="#image95.png"

Яйца, гусеница и взрослая особь шелкопряда

Рептилии, которым удалось «изобрести» яйцевые оболочки, откладывают еще более крупные яйца. Даже у небольших болотных черепах они по размеру могут превзойти плоды–кизила, а у крупных морских черепах они бывают размером с теннисный мяч. Большие яйца у крокодилов и крупных змей.

Размер птичьих яиц связан с размером родителей. Миниатюрные яички колибри изящны. Они настолько хрупки, что я не решился бы взять их в руки. Нет необходимости рассказывать, какой величины куриные яйца. Яйца уток и гусей еще крупнее. Страусиные яйца могут превышать в поперечнике 10 см. Птичьи яйца, как и яйца рептилий, бабочек и так далее, – это отдельные яйцеклетки, несмотря на их гигантский размер, не свойственный клеткам животных.

Еще крупнее были яйца гигантских птиц моа из Новой Зеландии. Но и это еще не рекорд. Яйца гигантской акулы весят около пуда.

Большая величина яйцеклеток некоторых животных, кроме больших запасов питательных веществ, объясняется также тем, что большим яйцам требуется надежная упаковка: скорлупа у птиц и кожистые оболочки рептилий и акул. Скорлупа страусиных яиц настолько прочна, что бушмены, живущие в пустыне Калахари, издавна собирали ее и использовали как кухонную посуду, а жители прибрежных районов океана называют яйцевые капсулы скатов «кошелечками русалок» и используют их для разных поделок и как сувениры.

Мужское начало

Мужские половые клетки называются сперматозоидами. Они весьма своеобразны и пепохожи на другие клетки организма, в том числе и тем, что содержат лишь один набор хромосом.

Обычно сперматозоиды имеют маленькую компактную головку и длинный хвостик – жгутик, длина которого достигает десятков и сотен микрон, а у насекомых – нескольких миллиметров. Только у некоторых червей, многоножек и ракообразных хвостик отсутствует.

image l:href="#image96.png"

Строение сперматозоида: 1 – головка; 2 – шейка; 3 – промежуточный отдел с митохондриальной спиралью; 4 – жгутик

По сравнению с яйцеклетками, сперматозоиды ничтожно малы. Это объясняется тем, что они почти не содержат запасов питательных веществ. Им они не нужны, так как продолжительность жизни сперматозоидов «на свободе», то есть вне тела мужского организма, чаще всего ограничена одним–двумя десятками часов или 2–3 днями.

Вторая особенность мужских половых клеток состоит в том, что они обладают подвижностью. Энергично работая хвостиками, человеческие сперматозоиды передвигаются со скоростью 3 мм в минуту. Передвигаться способны даже сперматозоиды, не имеющие жгутика.

Длина человеческого сперматозоида 50–70 микрон, а его головки 4–5 микрон. Особенно сложно устроены сперматозоиды низших животных. Они часто бывают снабжены перфоратором, предназначенным для вскрытия яйцеклетки, в виде шила, сверла, долота или штопора, а также лопастями, плавниками и другими приспособлениями, помогающими передвигаться в пространстве.

Независимо от того, где должна произойти встреча сперматозоида с яйцом, в половых путях самки или вне ее организма, у каждого из них в отдельности очень мало шансов разыскать яйцеклетку. Ведь для этого ему необходимо преодолеть огромный путь, а скорость движения обычно не превышает 1,5–3 миллиметров в минуту.

Чтобы обеспечить встречу женской и мужской половых клеток, природе пришлось пойти по линии использования огромных армий сперматозоидов даже в тех случаях, когда им предстоит оплодотворить всего одну яйцеклетку. Дело осложняется еще и тем, что половые клетки очень нежны и недолговечны. Человеческая яйцеклетка, если она во время не будет оплодотворена, как правило, через сутки после овуляции погибнет. Сперматозоид должен заблаговременно до нее добраться.

Для успеха оплодотворения важна не только продолжительность жизни половых клеток, но и время, в течение которого они способны к оплодотворению. Оболочка икры лосося, попав в воду, затвердевает настолько, что сперматозоид уже не может сквозь нее проникнуть. Да и сами сперматозоиды сохраняют в воде способность двигаться очень непродолжительное время: у лосося – 45 секунд, а у речной форели всего 23 секунды. За такой короткий срок и должна произойти встреча обеих клеток. Поэтому при искусственном разведении лосося на рыбзаводах икру сначала «всухую» смешивают с молоками и только несколько позже переносят ее в воду.

image l:href="#image97.png"

Атлантический лосось, или сёмга

Продолжительность жизни и способность мужских половых клеток к движению может быть значительно увеличена, если сохранять их без воды. В «сухом» виде сперматозоиды некоторых рыб могут храниться одну–две недели, а иногда и больше.

У некоторых животных мужские половые клетки хранятся в половых путях самок очень долго. У летучих мышей они оказываются там в начале зимы или в период зимовки, но оплодотворения в этот момент не происходит. Сперматозоиды сохраняют жизнеспособность до весны. У улиток мужские половые клетки, попав в организм самки, могут храниться годами.

Молодая пчелиная матка получает их в начале своей жизни и затем хранит в специальном мешочке несколько лет до самой смерти.

image l:href="#image98.png"

Пчелы: матка (1), рабочая (2), трутень (3)

Когда пчелиная матка откладывает яичко, она открывает сфинктер (запирающий клапан) мешочка и выпускает 3–4 сперматозоида, давая возможность одному из них оплодотворить откладываемое яйцо. Если яйцекладка производится при закрытом сфинктере, яйца останутся неоплодотворенными и из них вырастут самцы – трутни.

Как сперматозоиды находят яйцо? Об этом известно немного. Благодаря огромному числу сперматозоидов, встреча их с яйцом может происходить в результате случайных столкновений. Известны и особые приспособления. Яйца некоторых животных содержат специальные вещества. Выделяясь в окружающую среду в совершенно ничтожных количествах, они либо удлиняют срок жизни мужских половых клеток, либо заставляют их двигаться к источнику этого вещества.

image l:href="#image99.png"

Дафнии

Наличие у существ мужского нола огромных армий сперматозоидов совсем не обязательно. Там, где устройство полового аппарата значительно облегчает встречу сперматозоида с яйцом, животные обходятся небольшим количеством мужских половых клеток. У некоторых низших ракообразных, родственников известной дафнии, две яйцеклетки хранятся в тесной выводковой камере, куда и вводятся сперматозоиды, после чего отверстие, через которое они туда попали, закрывается. Сперматозоиды у этих рачков очень крупные, малоподвижные и, что особенно интересно, их мало. У самцов их не более 20, а каждая самка получает не больше пяти.

Краеугольный камень

Чтобы с яйцеклетки началось развитие нового организма, она должна быть оплодотворена сперматозоидом. Давайте познакомимся с тем, что такое оплодотворение и как оно происходит.

Оплодотворение начинается с прикрепления сперматозоида к оболочке женской половой клетки. Теперь он должен проникнуть внутрь, что совсем не просто – этому препятствует оболочка яйцеклетки. У некоторых животных, например у иглокожих и амфибий, она очень толстая и совершенно непреодолима для сперматозоида, за исключением узкого канала, называемого микропиле. Только через это отверстие внутрь яйца и может проникнуть сперматозоид. Усилия, которые при этом развивают настырные мужские половые клетки, огромны. Можно наблюдать, как крупные яйца морских ежей под дружным натиском многочисленных армий сперматозоидов, которые в сравнении с яйцеклетками ничтожно малы, начинают медленно двигаться или вращаться.

image l:href="#image100.png"

Оплодотворение у морского ежа: 1 – яйцеклетка; 2 – сперматозоид; 3 – плотная оболочка яйцеклетки

Яйцеклетки некоторых высших животных и человека, кроме собственной оболочки, окружены еще слоем клеток, так называемым лучистым венцом. Самостоятельно пробиться через эту преграду ни один сперматозоид не может. Только общие усилия нескольких сотен тысяч мужских половых клеток могут привести к прорыву этого барьера. При этом вещество, спаивающее клетки лучистого венца, разрушается под действием специального фермента, в ничтожных количествах содержащегося в головках сперматозоида. Лишь после этого один из сперматозоидов сможет проникнуть в яйцо.

image l:href="#image101.png"

Яйцеклетка в «лучистом венце»

Проникновение сперматозоида внутрь яйцеклетки сразу же вызывает в ней ряд изменений. В первую очередь изменяется ее оболочка: за короткий отрезок времени она так уплотняется, что больше сквозь нее не сможет проникнуть ни один сперматозоид. Возникновение этой оболочки гарантирует, что яйцеклетка будет оплодотворена только одной мужской клеткой. Это означает, что ядро яйцеклетки сольется только с ядром проникшего в нее сперматозоида и ядро зиготы будет содержать нормальный двойной набор хромосом. Затем зигота начнет делиться.

Впрочем, для некоторых организмов проникновение в яйцеклетку нескольких сперматозоидов является нормальным явлением. У них с ядром яйца все равно сольется лишь один сперматозоид. Остальные погибают недалеко от поверхности ядра, и их вещество используется для питания яйцеклетки. Другое дело, когда возникновение непроницаемой оболочки у яйца запаздывает, и благодаря этому в него успевают нелегально проникнуть несколько сперматозоидов. При слиянии их ядер с ядром яйцеклетки общее количество хромосом оказывается больше нормального.