Существование огромных армий сперматозоидов не обязательно. Там, где устройство полового аппарата значительно облегчает встречу сперматозоида с яйцом, животные обходятся небольшим количеством мужских половых клеток. Так, у некоторых низших ракообразных, относящихся к дафнидам, яйцеклетки в количестве двух хранятся в тесной выводковой камере, куда во время спаривания и попадают сперматозоиды, после чего отверстие, через которое они вводятся, закрывается. Сперматозоиды у этих дафнид очень крупные, малоподвижные и, что особенно интересно, их мало. Во время спаривания в выводковую камеру попадает не больше пяти, а всего у самца сперматозоидов не более 20.
Оплодотворение начинается с прикрепления сперматозоида к оболочке яйца. Теперь он должен проникнуть внутрь. Этому препятствует оболочка яйца. У некоторых животных, например у иглокожих и амфибий, очень толстая. Часто она для сперматозоидов совершенно непроходима, за исключением узкого канала, называемого «микропиле»; только по нему и может внутрь яйца проникнуть сперматозоид. Усилия, которые при этом развивают сперматозоиды, огромны. Можно наблюдать, как крупные яйца морских животных, в сравнении с которыми сперматозоиды ничтожно малы, под дружным натиском их многотысячных армий, окружающих яйцеклетку плотным кольцом, начинают медленно двигаться или вращаться.
Человеческое яйцо, кроме собственной оболочки, окружено еще слоем клеток — лучистым венцом и поэтому недоступно одному сперматозоиду. Только общие усилия нескольких сот тысяч сперматозоидов могут привести к прорыву этого барьера, разрушив с помощью особого фермента гиалуронидазы, в ничтожных количествах содержащегося в их головках, вещество, спаивающее между собой клетки лучистого венца. Лишь затем один из сперматозоидов сможет проникнуть в яйцо.
Проникновение внутрь яйца сразу же вызывает в нем ряд изменений и в первую очередь оболочки: за короткий срок она так уплотняется, что через нее больше уже не сможет проникнуть ни один сперматозоид. Возникновение этой оболочки обеспечивает оплодотворение яйца только одним сперматозоидом.
При этом яйцо яйцеклетки сливается с ядром проникшего внутрь сперматозоида. Таким образом, ядро новой клетки, возникшей от слияния мужской и женской гамет, содержит уже полное число хромосом. Затем яйцеклетка начинает делиться.
В некоторых случаях возникновение оболочки оплодотворения задерживается, и благодаря этому в яйцо проникает несколько сперматозоидов. При слиянии их ядер с ядром яйца общее количество хромосом оказывается больше нормального. Впрочем, для, некоторых организмов проникновение в яйцо нескольких сперматозоидов является нормальным явлением. Однако и в этом случае лишь один из них сливается с ядром женской клетки. Остальные погибают недалеко от поверхности ядра, и их вещество используется только для питания яйцеклетки.
Лишь в исключительно редких случаях в слиянии может принять участие несколько сперматозоидов. Такая яйцеклетка обычно развивается неправильно и вскоре гибнет. Однако у насекомых, птиц и некоторых других животных в искусственных условиях удается вырастить до взрослого состояния отдельные экземпляры, полученные от слияния яйцеклетки с несколькими сперматозоидами.
Полиплоидные животные, то есть имеющие по нескольку наборов хромосом, возникают и при нормальном оплодотворении яйца одним сперматозоидом, если нарушить процесс последующего дробления яйцеклетки. Особенно широко полиплоидия развита у растений. Клетки полиплоидных растений более крупные, в результате размер растений сильно увеличивается. Все культурные растения полиплоидны. Значительно более редки случаи полиплоидии у животных. Может быть, это объясняется путаницей при определении пола. Нормального расхождения хромосом при этом не происходит, деление яйцеклетки нарушается, и она гибнет. Только у однополых животных полиплоидия получается легко.
Оплодотворение — специфическая реакция. Это значит, что слияние может произойти между половыми клетками животных, относящихся к одному или очень близким видам. Оплодотворение яйца спермой неродственных животных встречается только как исключительное явление.
Еще одна особенность оплодотворения — оно необратимо. Если сперматозоид, проникший в яйцо, даже почему-либо погибнет, оно может продолжать развитие и дробление, как будто ничего и не произошло. Развитие яйца будет продолжаться, если проникший в него сперматозоид осторожно извлечь оттуда. Повторно в это яйцо ни один сперматозоид уже попасть не сможет. Развивающиеся из таких неполноценно оплодотворенных яиц зародыши гибнут на ранних этапах развития и лишь иногда достигают взрослого состояния. Способность яйца развиваться после гибели или удаления проникшего внутрь сперматозоида — очень важное свойство. Благодаря этой способности с яйцом могут происходить удивительные вещи.
Просьба влюбленной Салмакиды
Греческие легенды рассказывают, что прекрасная нимфа Салмакида безумно влюбилась в необычайно красивого юношу Гермафродита, сына Гермеса и Афродиты, воспитанного наядами. Она обратилась с мольбой к богам сделать их навек неразлучными, и боги, вняв ее просьбе, слили их в одном теле. Естественно, что это фантастическое существо оказалось двуполым.
Не только греческие боги, но и природа любила пошутить. На Земле немало подлинных гермафродитов — настоящих двуполых существ.
Гермафродитизм бывает естественный и патологический, возникающий как врожденное уродство. Что же представляют собой гермафродитные существа?
У истинных гермафродитов должно быть обязательно две половые железы, одна из которых вырабатывает мужские, а другая женские половые клетки. Не следует, однако, думать, что каждое такое животное, оперируя половыми клетками обоих видов, в состоянии своими силами дать жизнь новому существу. Такие животные известны, однако их немного. Для размножения большинства гермафродитных животных нужно, чтобы в этом процессе, как и у раздельнополых организмов, участвовало не меньше двух особей.
Самооплодотворение чаще всего встречается у животных, ведущих паразитический образ жизни. Если бы не это, отгороженный в теле своего хозяина от всего постороннего мира паразит был бы лишен возможности оставить потомство.
При самооплодотворении нередко имитируется процесс спаривания. Один из реснитчатых червей, чтобы осуществить встречу гамет, должен ввести собственный совокупительный орган в специальное отверстие на своем теле.
Самоспаривание не всегда обязательно. Нередко устройство половых органов обеспечивает встречу половых продуктов. У плоского червя антоботриума, паразитирующего в кишечнике акулы, протоки мужской и женской половых желез впадают в общую клоаку, где и происходит встреча половых продуктов.
Некоторые гермафродитные организмы способны к самооплодотворению, однако не используют эту возможность, прибегая для воспроизведения потомства к помощи партнера. У многоротого сосальщика, паразитирующего в мочевом пузыре лягушки, спаривание двух особей обычно. Только если партнера нет, происходит самооплодотворение.
Для многих гермафродитных организмов самооплодотворение невозможно. Причины могут быть самые различные. Чаще всего мужские и женские половые продукты созревают в разное время. Но бывает и так, что женские половые клетки не могут быть оплодотворены сперматозоидами, происходящими от того же организма. Это явление наблюдается у асцидий, механизм его пока не разгадан.
Большинство гермафродитных организмов, неспособных к самооплодотворению, в период размножения или одновременно выполняют функции самца и самки или в разные периоды жизни выступают то в одной, то в другой роли.
Представителем первой группы является хорошо всем известный дождевой червь. На пятнадцатом членике каждого червя расположено два половых отверстия: одно для выведения спермы, другое для ее приема. Во время спаривания два червя тесно прижимаются друг к другу таким образом, чтобы отверстие для выведения спермы каждого червя совпало с отверстием для ее приема. Благодаря выделению клейкой слизи оба экземпляра могут длительное время находиться в таком положении.
Другой интересный представитель этой группы — червь спайщик паразитирует в жабрах карповых рыб. Молодые паразиты до достижения половой зрелости живут поодиночке. Позже они срастаются по двое крест-накрест и в таком положении проводят остальную часть жизни. Спайщики — гермафродиты и взаимно оплодотворяют друг друга. Другие паразиты — сингамусы, обитающие в горле птиц, всю жизнь находятся в состоянии спаривания, соединенные попарно в виде латинской буквы V.
Группа гермафродитов, меняющих свой пол в зависимости от того, какие половые продукты у них созрели, тоже многочисленна. Так ведет себя круглый легочный глист лягушки. Равноногие раки и некоторые моллюски в начале своей жизни выступают в роли самцов, а во вторую половину — в роли самок.
