Definicja pojęcia:

zapłodnienie

Zapłodnienie – jest to proces polegający na połączeniu się komórek rozrodczych (gamet), w skutek czego zostaje stworzona nowa komórka zwana zygotą. W sytuacji, kiedy w procesie zapłodnienia biorą udział dwie takie same komórki następuje proces zwany izogamią, natomiast kiedy występują zróżnicowane komórki, wówczas proces ten nazywany jest anizogamią.
  1. Rodzaje zapłodnienia u zwierząt
  2. Rozmnażanie
  3. Przebieg zapłodnienia u ssaków
  4. Zapłodnienie u ludzi
  5. Hybrydy
  6. Zapłodnienie u roślin
  7. Zapłodnienie u grzybów

W trakcie zapłodnienia zachodzi proces połączenia się wnętrza komórek rozrodczych, oraz odbywający się jednocześnie proces połączenia się jąder komórkowych (kariogamia) i cytoplazmy (plazmogamia). Jedynie w przypadku wyższych grzybów proces kariogamii podlega przełożeniu w czasie. Polega on na zapłodnieniu komórki potomnej zwanej dikarionem. Kiedy dochodzi do samozapłodnienia, mechanizm ten obejmuje komórki, które pochodzą od tego samego osobnika.

Rodzaje zapłodnienia u zwierząt

W przypadku zwierząt może dojść do zapłodnienia dwojakiego rodzaju:
  • Zapłodnienie wewnętrzne - następuje, gdy do połączenia gamet dochodzi wewnątrz ciała danego organizmu. Proces ten zachodzi  zwykle podczas kopulacji osobników dwojga płci, gdy samiec, za pośrednictwem narządu kopulacyjnego, umieszcza nasienie (w którego skład wchodzą plemniki) w drogach rodnych samicy. Jest to typowy rodzaj zapłodnienia występujący u zwierząt lądowych, ale także u niektórych gatunków wodnych (np. ssaki morskie - delfiny).
  • Zapłodnienie zewnętrzne - ten typ zapłodnienia ma miejsce poza ustrojem. Oznacza to, że może do niego dość poza organizmem rodzicielskim. Niezbędnym warunkiem tego procesu jest środowisko mokre - zazwyczaj ten typ zapłodnienia odbywa się w wodzie. Gamety obydwojga płci zostają umieszczone w środowisku wodnym, gdzie dochodzi do ich połączenia się. Zazwyczaj, zarówno samiec, jak i samica wydzielają gamety w tym samym czasie, w okresie, kiedy odbywają się gody. Zapłodnienie zewnętrzne jest procesem prowadzącym do rozmnażania się znacznej części ryb oraz płazów.
Zapłodnienie zewnętrzne na przykładzie ropuchy. pixabay.com

Rozmnażanie

Zarówno proces zapłodnienia, jak i rozmnażania, ma głównie na celu przekazanie kolejnym pokoleniom swojej puli genetycznej oraz przedłużenie istnienia gatunku.

Rozmnażanie, inaczej reprodukcja – proces ten  zachodzi u wszystkich organizmów żywych. Jego głównym założeniem jest poczęcie potomstwa. W tym celu organizmy zostały wyposażone w specjalne narządy (gametangia, gonady, zarodnie), dzięki którym dochodzi do zapłodnienia i zapoczątkowania nowego życia. Proces rozmnażania możemy podzielić na rozmnażanie płciowe i bezpłciowe, w zależności od pochodzenia komórek rodzicielskich.
  • Rozmnażanie bezpłciowe – jest to rodzaj rozmnażania się organizmów, w którego przebiegu nie zostają produkowane gamety (komórki generatywne). W tym procesie potomstwo powstaje z fragmentu osobnika rodzicielskiego. W rozmnażaniu bezpłciowym organizmy rodzicielskie przekazują potomstwu taką samą pulę genetyczną, jaką posiadają same. Jedynie mutacje mogą się przyczynić do zmiany w kodzie genetycznym. Te organizmy, które wykorzystują bezpłciowy sposób rozmnażania się, miewają genotypy słabo poddające się mutacji. W rezultacie jest im znacznie trudniej zaadaptować się do warunków środowiskowych (nie dochodzi do rekombinacji). Jest to jednak ten typ rozmnażania, który daje możliwość dość szybkiego zasiedlenia danego terenu.

  • Rozmnażanie płciowe (generatywne)– aby było możliwe, musi dojść do wystąpienia dwóch różnych płci- jednej męskiej, a drugiej żeńskiej. Każda z tych płci jest wyposażona w komórki rozrodcze, zwane inaczej gametami. W przypadku komórki męskiej jest to plemnik, który ma za zadanie zapłodnić komórkę żeńską (czyli komórkę jajową). Po zakończeniu łączenia się dwóch przeciwstawnych komórek, powstaje tak zwana diploidalna zygota, a następnie (na skutek wielokrotnych podziałów komórkowych)- pełnoprawny organizm. Tego rodzaju rozmnażania dopuszcza się przeważająca część zwierząt, pewna część roślin, natomiast w przypadku grzybów występuje możliwość stosowania zarówno rozmnażania płciowego, jak i bezpłciowego.
Schemat przenikania plemnika do komórki jajowej. pixabay.com

Przebieg zapłodnienia u ssaków

Zanim dojdzie do zapłodnienia, jest ono poprzedzone kopulacją dwóch osobników różnej płci. Zapłodnienie jest bezpośrednim następstwem wniknięcia nasienia (plemnika osobnika męskiego) do komórki jajowej (osobnika żeńskiego). Proces ten winien zachodzić w tak zwanej bańce jajowodu lecz zdarza się, iż do zapłodnienia dochodzi w innym fragmencie układu rozrodczego. Następnie, z połączonych dwóch komórek (jednej żeńskiej i jednej męskiej), powstaje zygota. Zygotę można uzyskać również na skutek zapłodnienia przez tak zwaną inseminację lub w przypadku wykorzystania metody In vitro.

Aby doszło do zapłodnienia najpierw musi być spełniony szereg procesów, dzięki którym najpierw powstają komórki haploidalne (komórki wyposażone tylko w jeden zestaw chromosomów homologicznych). Zwane są one gametami. Następnie przedstawiciele męskich komórek po wniknięciu do dróg rodnych samicy zostają poddani procesowi kapacyatacji, dzięki któremu pojedyncze plemniki będą mogły zapłodnić komórkę jajową. Kolejnym krokiem plemników na drodze do zapłodnienia jest przeniknięcie przez wieniec promienisty oraz przebicie się przez osłonkę przejrzystą. Po przedostaniu się plemnika do wnętrza komórki jajowej dochodzi do ich połączenia się, po czym następuje tak zwana reakcja korowa, która  ma na celu zabezpieczenie nowo powstałej komórki (zygoty) przed przedostawaniem się innych plemników do jej wnętrza komórki.

Zapłodnienie u ludzi

W przypadku człowieka mamy do czynienia z występowaniem 46 chromosomów w każdej komórce. Dotyczy to wszystkich komórek ciała człowieka oprócz gamet. Na skutek połączenia dwóch komórek rozrodczych, z których każda ma po 23 chromosomy, powstaje komórka zwana zygotą. Wyposażona jest ona w jedno jądro, które powstało na skutek połączenia się jądra plemnika i jądra komórki jajowej. Nowo powstała komórka również posiada 46 chromosomów odziedziczonych po swoich rodzicach, po równo po 23 od taty i 23 od mamy. Chromosomy powiązane są w pary. W każdej z nich znajduje się swojego rodzaju ,,zapis”, który koduje cechy przekazywane przez oboje rodziców. W wyniku podziałów zygoty formuje się zarodek człowieka.

Hybrydy

Choć uważa się, że do zapłodnienia nie może dość w wyniku kopulacji osobników o różnej liczbie chromosomów, nauka zna przypadki, kiedy gatunki bardzo blisko spokrewnione ze sobą (chociaż posiadające różną liczbę chromosomów) doczekały się potomstwa. Są to tak zwane hybrydy gatunkowe. Najlepiej znanym przykładem takiego zjawiska może być muł, który jest potomkiem klaczy konia domowego (64 chromosomy) i ogiera osła (62 chromosomy). Każdy potomek dziedziczy po połowie chromosomów od rodzica, dlatego też muł ma 63 chromosomy. Muły znane już były w starożytnym Egipcie ponad 3000 lat p.n.e. Większość hybryd powstaje w warunkach stworzonych przez człowieka, jednak w naturze również dochodzi do pojawienia się potomków zwierząt blisko spokrewnionych gatunków (np. hybryda delfina butlonosego i orki karłowatej- wolphin).
Muł. pixabay.com

Zapłodnienie u roślin

Zapłodnienie w przypadku roślin przebiega w taki sam sposób, tak jak u innych organizmów, u których występują plemniki i komórki jajowe. Można rozróżnić kilka sposobów, za pomocą których jest możliwe doprowadzenie do zapłodnienia. U roślin nagozalążkowych dochodzi do zapłodnienia za pomocą ziaren pyłku (mikrospory), wytwarzanych przez męskie szyszki. Mikrospory po uwolnieniu pyłku usychają i opadają na ziemię. Pyłek jest przenoszony przez wiatr, następnie przylepia się do lepkiej cieczy wytworzonej przez zalążek. Później jedno z ziaren pyłku wytwarza łagiewkę pyłkową oraz rozpoczyna wrastać w mikrosporangium, aż do momentu, kiedy dotrze do jednej komórki jajowej. Następnie komórki plemnikowe łączą się z komórką jajową tworząc zygotę, z której to powstaje zarodek (sporofit).

U roślin okrytonasiennych występuje tak zwane zapłodnienie podwójne. Proces ten polega na przedostaniu się przez łagiewkę pyłkową do woreczka zalążkowego komórek plemnikowych. Na skutek tego procesu jedna komórka plemnikowa łączy się z komórką jajową i powstaje zygota, która następnie przekształca się w zarodek. Druga komórka plemnikowa łączy się z centralną komórką woreczka zalążkowego, co skutkuje zawiązaniem się triploidalnego bielma. Cały mechanizm kończy się formowaniem nasion

Natomiast w przypadku mszaków i paprotników do zapłodnienia dochodzi przy pomocy wody. Na skutek tego plemniki zostają przeniesione za pomocą kropel wody do rodni w miejsce, gdzie są zgromadzone komórki jajowe. Jest to szczególnie ważne, ponieważ nierzadko mszaki i paprotniki są roślinami dwupiennymi. Na skutek przeniesienia plemników do plemni powstają zygoty.

Zapłodnienie u grzybów

Grzyby także rozmnażają się płciowo. Jest to możliwe dzięki wytwarzaniu przez nie komórek rozrodczych w lęgniach i plemniach, stanowiących specyficzny odpowiednik kolejno żeńskich i męskich gametangiów. Po połączeniu się komórek rozrodczych dochodzi do formowania zygoty o diploidalnym charakterze. W wyniku mejozy powstają strzępki, które stanowią podstawę ciała nowego, młodego grzyba. Proces ten jest zwany gametangiogamią.

Grzyby mogą także rozmnażać się bezpłciowo za pośrednictwem pączkowania, fragmentacji plechy, produkcji zarodników bądź podział komórki. Posiadają one zdolność  wytwarzania różnorakich zarodników, mogących powstawać z haploidalnych strzępków (wówczas dochodzi do podziałów mitotycznych) albo w wyniku mejozy z zygoty o charakterze diploidalnym. Wyróżnia się zarodniki workowate, sporangialne, podstawkowe i konidialne.
Przykład zapłodnienia roślin przez pszczoły. fot. pixabay.com

Bibliografia

1. Tarin, Juan J., Cano, Antonio (red.):; “Fertilization in Protozoa and Metazoan Animals Cellular and Molecular Aspects”; Berlin Heidelberg: Springer-Verlag, 2000;
2. Stebbins, G. Ledyard. ; “Self fertilization and population variability in the higher plants”; The American Naturalist 91.861 (1957): 337-354;
3. Lande, Russell, and Douglas W. Schemske; “The evolution of self‐fertilization and inbreeding depression in plants. I. Genetic models”; Evolution 39.1 (1985): 24-40;
4. Lloyd, David G. ; “Self-and cross-fertilization in plants. II. The selection of self-fertilization”; International Journal of Plant Sciences 153.3, Part 1 (1992): 370-380;
5. Andrea Giampiccoli; “The effect of the use of mules in tourism: a historical perspective. ”; African Journal of Hospitality, Tourism and Leisure 6 (3), 2017.;
6. Edmund Malinowski:; “Anatomia roślin ”; Warszawa: PWN, 1966.;
7. Zbigniew Podbielkowski; “Rozmnażanie się roślin”; Warszawa: Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne, 1982;
8. McLaughlin, Daniel P., Jonathan A. Stamford, and David White; “Fizjologia człowieka ”; Wydawnictwo Naukowe PWN, 2008;
9. Michajlik, Aleksander, and Witold Ramotowski.; “Anatomia i fizjologia człowieka”; Wydawnictwo lekarskie PZWL, 1996;

Legenda. Pokaż objaśnienia oznaczeń i skrótów
Szukaj
Oceń stronę
Ocena: 4.6
Wybór wg alfabetu:
a b c ć d e f g h i j k l ł m n o q p r s ś t u v w x y z ż ź
Pasaż zakupowy