18.Слияние генетического материала.

У морских ежей головка спермия проникает в яйцо перпендикулярно его поверхности. После слияния мембран сперматическое ядро и центриоль отделяются от митохондрий и жгутика, которые разрушаются и в цитоплазме развивающихся взрослых организмов не обнаруживаются. Таким образом, митохондрии зародышу передаются только от материнского организма, а центриоли достаются от отцовского, поскольку яйцеклетка утрачивает свои центриоли при последнем делении мейоза.

Ядро яйца после завершения второго деления созревания и приобретения пузыревидной формы называется женским пронуклеусом. Сперматическое ядро в цитоплазме яйца деконденсируется и преобразуется в мужской пронуклеус. Ядерная оболочка сперматического ядра распадается на мелкие пузырьки, что делает возможным воздействие цитоплазмы яйца на компактный хроматин спермия. После проникновения спермия в цитоплазму яйца мужской пронуклеус совершает поворот на 180^о так, что центриоль спермия оказывается расположенной между мужским и женским пронуклеусом. Ее микротрубочки удлиняются, вступая в контакт с женским пронуклеусом, после чего пронуклеусы перемещаются навстречу друг другу. У морского ежа в результате слияния пронуклеусов возникает диплоидное ядро зиготы. Синтез ДНК инициируется на стадии пронуклеусов (в период их миграции), либо после образования ядра зиготы.

Головка спермия у млекопитающих проникает не перпендикулярно поверхности яйца, а почти по касательной к ней, сливаясь с многочисленными микроворсинками. Пока ядро ооцита млекопитающего завершает второе мейотическое деление, мужской пронуклеус увеличивается в размерах. Затем оба пронуклеуса перемещаются навстречу друг другу, реплицируя ДНК в процессе миграции. Когда пронуклеусы приходят в контакт их ядерные оболочки разрушаются (рис. 18). Происходит конденсация хроматина с образованием видимых хромосом, которые (у большинства животных) располагаются на общем митотическом веретене первого деления дробления (центриоли присутствуют в яйцеклетках млекопитающих изначально, а не передаются зародышу от спермия).

Таким образом, у млекопитающих истинно диплоидное ядро впервые появляется не у зиготы, а у 2-х клеточного зародыша.

Преобразование цитоплазмы яйца

После проникновения сперматозоида скорость метаболизма увеличивается в 70-80 раз, начинаются интенсивные перемещения слоев цитоплазмы яйцеклеток друг относительно друга. Иногда при этом происходит расслоение (отмешивание) различных частей ооплазмы ‑ ооплазматическая сегрегация. В ходе этого процесса намечаются основные, хотя далеко не все, элементы пространственной организации зародыша. Поэтому данный этап называют проморфогенезом, так как именно тогда расставляются вехи для будущих морфогенетических процессов.

У некоторых кишечнополостных сегрегация ограничивается процессом разделения ооплазмы на внешний ободок эктоплазмы (содержащий различные пигменты и бедный питательными включениями) и внутреннюю массу эндоплазмы (богата желтком и другими питательными включениями). Уже такое достаточно простое расслоение влияет на последующие процессы развития, определяя в яйцах радиальную установку веретен делений дробления. Так, в яйцеклетках амфибий положение сагиттальной плоскости и проходящей в ней дорсовентральной оси определяется именно процессами ооплазматической сегрегации, которые протекают в первые десятки минут после оплодотворения. Реорганизации цитоплазмы зиготы способствуют микротрубочки спермия (при добавлении колхицина, перемещения цитоплазматических масс не происходит). В большинстве случаев ооплазматическая сегрегация влияет не на конечную дифференцировку клеток, а на ближайшие этапы развития – дробление и гаструляцию.

Партеногенез

Яйца многих животных могут быть активированы естественно или искусственно без участия сперматозоида.

Партеногенез – развитие, происходящее без оплодотворения (участия сперматозоида). Естественный партеногенез обнаружен у ос, пчел, ряда чешуекрылых, у некоторых видов ящериц и змей, типичен для летних поколений ряда ракообразных и коловраток. Успешные опыты по искусственному партеногенезу были выполнены А. А. Тихомировым в 1886 г. Ему удалось стимулировать развитие неоплодотворенных яиц тутового шелкопряда кратковременным нагреванием или потиранием их щеткой. Естественный партеногенез чаще всего случается при незавершенном оплодотворении, т.е. в тех случаях, когда имела место активация яйцеклетки, но ядро сперматозоида не участвовало в оплодотворении. В активированных яйцах используется генетическая информация, содержащаяся только в женском пронуклеусе (гиногенез). При искусственном партеногенезе, когда существует возможность экспериментально удалить женский пронуклеус, развитие зародыша может осуществится только за счет мужского пронуклеуса (андрогенез). В указанных случаях потомки целиком наследуют либо признаки матери (при гиногенезе), либо отца (при андрогенезе). Это лишний раз свидетельствует о том, что наследственные свойства особи определяются в основном ядром, а не цитоплазмой. В большинстве случаев после партеногенетической активации яйцеклетки в ней восстанавливается диплоидный набор хромосом.

У млекопитающих также отмечались случаи вступления яйцеклеток на путь партеногенетического развития – самопроизвольно, либо под влиянием активирующего агента (электростимуляция, тепловой шок, этанол). Однако развитие таких зародышей всегда останавливалось на ранних стадиях – рождения партеногенетически развившихся особей никогда не наблюдалось. Полноценное развитие партеногенетиков у млекоптающих невозможно, по видимому, вследствие того, что в женских хромосомах заблокированы (в результате метилирования) определенные участки ДНК, присутствующие в активной форме в мужских хромосомах. Именно поэтому самец не может быть заменен партеногенетическим агентом. Эксперимантально показано, что если у мыши при мейозе подавить отделение полярного тельца, то возникнут и начнут развиваться диплоидные яйцеклетки, в которых весь наследственный материал берет начало от материнского организма. Такие клетки делятся и образуют зародышей с хордой, мышцами, скелетом и разными органами, включая бьющееся сердце. Но развитие продолжается недолго ‑ уже на 10-11 сутки между нормальными и партеногенетическими зародышами обнаруживаются глубокие различия.

Таким образом, хотя у многих животных оба пронуклеуса эквивалентны, у млекопитающих между ними имеются важные функциональные различия. Для завершения развития млекопитающих необходимы оба пронуклеуса: материнский и отцовский.