Почему же все-таки два?

На нашей планете обитает несколько миллионов видов животных. Они редко бывают похожи друг на друга. Одни живут в воде, другие на суше, одни любят холод, другие предпочитают тепло, некоторым необходимо высокое давление, многие могут жить почти в вакууме. Но как ни различны между собой отдельные виды животных, у всех у них есть нечто общее, представители каждого вида делятся на мужские и женские особи. Только очень примитивные существа не имеют пола.

Зачем же понадобилось природе разделить все живое на две противоположные группы? С выполнением какой задачи не мог справиться один организм?

Обычно существование двух прямо противоположных полов связывают с потребностями самого процесса размножения. Но это никак не может быть первопричиной раздельнополости. Ведь примитивные организмы, у которых такого разделения еще не произошло, превосходно размножаются, и немало раздельнополых существ сохраняют способность размножаться бесполым путем.

Бесполое размножение распространено довольно широко. Наиболее простой способ – деление. Так размножаются амебы, инфузории и многие другие одноклеточные организмы. В самых общих чертах он состоит в следующем: само 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.

Иногда приходится прибегать к различным ухищрениям. Очень интересно наблюдать деление тэкамебы, живущей в миниатюрной раковине. Процесс начинается с того, что материнская клетка через отверстие в раковине выползает наружу и здесь создает второй домик – раковину, являющуюся зеркальным изображением основной. Первоначально обе раковины соединены друг с другом. Закончив постройку нового дома, тэкамеба несколько раз заползает то в один, то в другой, как бы проверяя, все ли в порядке. Потом тело ее делится на два самостоятельных организма, и новые клетки расползаются по своим раковинам, а последние отделяются друг от друга. С этой минуты оба организма существуют как самостоятельные.

Другой способ бесполого размножения называется почкованием. Он состоит в том, что от родительского организма отделяется небольшая часть. Если это одноклеточный организм, то в выделившейся части находится и маленькое ядрышко. От многоклеточного организма отделяется целая группа клеток, из которых впоследствии вырастает новая особь. Так размножаются дрожжи, а из многоклеточных – гидра.

Третий способ бесполого размножения – спорообразование. При этой форме размножения ядро родительского организма делится на несколько, иногда на очень большое количество маленьких ядер, после чего делится на такое же число частей и сама клетка.

Вновь образованные маленькие клеточки – споры не похожи на родительский организм. Они очень малы и в отличие от взрослых организмов заключены в прочную защитную оболочку, которая предохраняет от любых неблагоприятных воздействий окружающей среды. Благодаря этому споры могут переносить разные превратности судьбы: высушивание, сильное нагревание или охлаждение.

Спорами размножаются возбудители малярии – плазмодии, паразитирующие в красных кровяных тельцах человека. Там каждый плазмодий делится на 12 или 24 споры. Когда все споры, сколько бы их ни было в крови человека, разом покидают красные кровяные тельца, последние разрушаются, и это вызывает очередной малярийный приступ. Плазмодиям свойственно не только бесполое размножение. Попав вместе с зараженной человеческой кровью в пищеварительный тракт комара, они размножаются половым путем.

Вот видите, сколько способов бесполого размножения придумала природа. Значит, вовсе не задачи размножения вызвали появление двух полов. Что же тогда еще?

Возникло предположение, что при длительном бесполом размножении вследствие нарушения генетического кода должно произойти вырождение организмов, как это наблюдается в случае браков между близкими родственниками. Предположения, как известно, сами по себе ничего не стоят. Ученым нужны были точные факты. Решили поставить опыт на таком организме, который может одинаково легко размножаться и половым и бесполым путем.

Выбор пал на инфузорию туфельку, довольно крупный и очень сложно устроенный одноклеточный организм. Опыт ставился таким образом, что как только живущая в одиночку инфузория туфелька делилась, давая два самостоятельных организма, их тотчас разделяли, чтобы помешать половому размножению. В условиях такого эксперимента туфельки делятся обычно два раза в день. У исследователей хватило терпения в течение 22 лет наблюдать за размножением одной-единственной инфузории! За это время успело смениться 13 500 поколений. Предполагаемого вырождения и гибели потомства не произошло.

Таким образом, даже организмы, которым свойственны оба типа размножения, могут на протяжении десятков тысяч поколений без особого ущерба для себя размножаться только бесполым путем. Очевидно, необходимость двух полов заключается в чем-то другом. Она становится более понятной, если разобраться, какую роль в процессе размножения выполняет каждый пол.

Любой вид животных для своего существования нуждается в воспроизводстве достаточного количества хорошо подготовленных к жизни детенышей. Если отбросить некоторые исключения, то можно утверждать, что количество детенышей зависит главным образом от количества взрослых самок. Любой самец может вступить в брак со многими самками.

Какую же функцию выполняют самцы? Мужчины, оказывается, отвечают за качество. Обзавестись семьей способен далеко не каждый. Чтобы заполучить самку, приходится выдержать жестокую конкуренцию. Семьянинами становятся в первую очередь хорошо приспособленные к жизни самцы.

Речь, безусловно, идет не только о физической силе, хотя и она совершенно необходима, чтобы получить и удержать гнездовой участок или выйти победителем из рыцарских турниров, которые устраивают самцы многих видов животных. Дети всегда бывают похожи на родителей, и более приспособленные к жизни самцы, естественно, дадут более полноценное потомство.

Чтобы самцы могли справиться со своими обязанностями, осуществлять контроль за качеством потомства, они должны быть хорошо осведомлены о всех изменениях окружающей среды, а для этого, во-первых, должны быть менее приспособленными к жизни, чем самки, чтобы сразу же почувствовать малейшее ухудшение условий жизни, а во-вторых, очень разными, чтобы одни осуществляли контроль главным образом за климатическими условиями, другие за пищевыми ресурсами, третьи за естественными врагами.

Действительно, самцы, а вовсе не самки, как это принято считать, являются слабым полом. Даже человек ничем в этом отношении не отличается от остальных существ. Если взять хотя бы продолжительность жизни, то для всех народов она гораздо выше у женщин, чем у мужчин. В любой стране среди столетних людей не меньше 60 процентов женщин. Однако рекорды по долгожительству чаще всего дают мужчины. Хотя в массе своей они и хлюпики, но поскольку они очень отличаются друг от друга, среди них всегда найдется один-два, которые станут чемпионами.

Памятуя эти обстоятельства, мы легко поймем всю бесплодность споров об уровне умственных способностей мужчин и женщин, которые одно время были так модны. Действительно, женщины более однообразны, более похожи друг на друга и, видимо, подарили миру несколько меньше гениальных личностей. Но зато, несомненно, среди женщин значительно меньше круглых идиотов, чем среди мужчин.

Таким образом, основная причина двуполости – невозможность иным путем обеспечить необходимого количества высококачественного потомства.

Вторая причина возникновения двуполости состоит в том, что она позволила эволюции идти более быстрыми темпами. Ведь при бесполом размножении «ребенок» как две капли воды похож на мать. Только в силу случайных, редких причин он может от нее отличаться, поэтому новые признаки при бесполом размножении животных появляются редко и медленно накапливаются.

Совсем иная картина, когда у ребенка есть и отец и мать. Он что-то наследует от одного, что-то от другого родителя. Это не серийное производство, каждый ребенок создается, так сказать, по индивидуальному проекту, и если он оказался удачным, то новые ценные качества очень скоро станут широко распространенными среди данного вида животных.

Брак и семья

Большинство животных нашей планеты размножается половым путем. У одноклеточных организмов основным содержанием полового процесса является обмен ядерным веществом между обеими врачующимися клетками.

Вот как это происходит у инфузории туфельки. Две решившие приступить к половому размножению инфузории тесно прижимаются друг к другу брюшными сторонами так, что их ротовые отверстия совпадают. Затем у обоих вступивших в контакт организмов многократно делятся ядра, претерпевая при этом ряд превращений, в результате которых у каждой туфельки остается лишь по два ядра, женское, стационарное, и мужское, блуждающее, число хромосом в которых уменьшено вдвое. Инфузории взаимно обмениваются блуждающими ядрами. Переместившееся ядро сливается со стационарным ядром инфузории-хозяйки, в результате чего у каждой туфельки образуется по одному новому ядру с полным набором хромосом.

В половом размножении одноклеточных могут участвовать два совершенно одинаковых на вид организма, как это бывает у инфузории туфельки, или явно не похожие друг на друга существа. У малярийного плазмодия, о котором уже шла речь, после ряда бесполых поколений, состоящих из одинаковых, как две капли воды похожих друг на друга спор, из которых развиваются также похожие друг на друга амебообразные существа, на 10–11-й день возникает половое поколение, состоящее из более мелких мужских и более крупных женских особей, которые размножаются уже половым путем.

У многоклеточных организмов есть особые половые клетки, слияние которых, или, правильнее, оплодотворение, и приводит к возникновению нового организма. Это сильно осложнило процесс размножения. Природе пришлось изобрести массу всевозможных приспособлений, чтобы обеспечить встречу мужских и женских половых клеток.

У большинства низших организмов она происходит на стороне, причем родители часто не прилагают никаких усилий, чтобы их половые клетки встретились. Нерадивым родителям, чтобы оставить потомство, приходится запасаться колоссальным количеством половых клеток, только в этом случае их можно выбрасывать просто на ветер, как поступают растения, рассеивая по белу свету свою пыльцу. У животных аналогичные процессы могут происходить только в воде, но, конечно, на значительно меньших пространствах.

Половые клетки не полагаются на случайные встречи. Обычно сперматозоиды – мужские половые клетки – способны двигаться самостоятельно, и иногда довольно быстро. Все же, чтобы большинство женских половых клеток оказалось оплодотворенным, количество мужских половых клеток должно значительно превосходить количество женских. Так размножаются медлительные морские звезды, усеянные колючками морские ежи и многие другие морские обитатели.

Половым клеткам колониальных животных, благодаря тому, что они живут все вместе, легче найти друг друга, но для этого они должны оказаться в воде одновременно. Но как животным сговориться между собой?

На этом уровне развития организмов понятен только химический язык. В половых клетках или вместе с ними в воду выбрасываются вещества, которые стимулируют выделение половых продуктов у животных того же и противоположного пола. Получив приказ, вся колония приступает к размножению. Почти одновременно на ограниченном пространстве накапливается большое количество половых клеток обоего пола. Только это и обеспечивает успешное оплодотворение.

Специалисты, занимающиеся промыслом устриц, давно овладели этим несложным языком. Они подсказывают устрицам, когда пора приступать к размножению. В благоприятное время года в воду на устричной банке одновременно выпускаются половые продукты, добытые от сотен или тысяч устриц. Это вызывает у свободно живущих устриц массовую яйцекладку и последующее оплодотворение выметанных яиц. Искусственно вызванная яйцекладка значительно повышает урожайность устричных угодий.

Животные, способные передвигаться, в брачный период собираются парами, группами или даже огромными стаями, как это бывает у рыб. Самцы всем своим поведением заставляют самку выметывать икру и тут же поливают ее молоками.

Еще более тесный контакт между самцом и самкой у земноводных. Как только наступит время для икрометания, самец лягушки находит себе подругу, крепко обхватывает ее передними лапками за талию и не отпускает, пока не будет отложена икра. Иногда встреча самца и самки происходит еще на берегу, вдали от подходящего водоема. Забавно наблюдать, как грузными прыжками спускаются к воде самки, неся на спине отцов своих будущих детей. Все время, пока самка откладывает икру, самец находится у нее за спиной. Это очень удобно, так как на выделившуюся икру тотчас извергается сперма.

У высших животных встреча половых клеток происходит внутри тела матери. Для этого у животных существуют особые приспособления – наружные половые органы. Чтобы обеспечить встречу половых клеток, самец и самка вступают в непосредственный контакт, который называется спариванием.

Спаривание у большинства животных бывает в строго определенное время года. Так происходит потому, что в остальные периоды жизни самки не имеют зрелых половых продуктов, их организм не подготовлен для размножения и не может обеспечить развития зародыша. Самцы теплокровных животных способны к спариванию в любое время года. Лишь у некоторых из них, например у самцов оленей, вне периода размножения зрелые половые клетки отсутствуют. Приуроченность размножения к определенному времени года вполне целесообразна, так как детеныши, рожденные в неблагоприятное для их развития время, неизбежно погибнут.

Есть животные, которые могут спариваться в любое время года, но продуктивно это закончится лишь в том случае, если и у самца и у самки в этот момент имеются зрелые половые продукты. Для человека таких периодов в году 13, но продолжительность каждого из них очень невелика, обычно не превышает суток. Следовательно, только в течение этих 13 дней женщина может стать матерью.

Не всегда внутреннее оплодотворение происходит в результате спаривания. У многих насекомых, у тритонов, аксолотлей, саламандр и других животных спаривания как такового не бывает. Самец откладывает сперматофор (небольшой мешочек, в котором находится сперма), и только затем он сам или самка засовывает его в половое отверстие. Часто вводится не весь сперматофор, а только его шейка, из отверстия которой сперматозоиды проникают в половые пути самки. Чтобы сперматофор не отвалился, существуют специальные приспособления – боковые отростки. С помощью этих отростков или особого клейкого секрета из придаточных желез самца сперматофор прочно прикрепляется к телу самки. Пустой сперматофор самки многих насекомых съедают.

Иногда все происходит еще проще. У некоторых насекомых сперма выбрасывается прямо наружу, потом с помощью ротовых придатков собирается самцом и вводится в половые органы самки.

Копулятивные органы самцов и половые отверстия самок могут находиться на различных частях тела, на лапках, на голове и т.д. Пауку крестовику в качестве копулятивного органа служит острие челюстного щупальца. Перед спариванием он плетет небольшую паутину и в нее выделяет сперму, после чего забирает особым выростом щупальца, как пипеткой, немного жидкости из выделенной им капли. Лишь после этого он может приступить к спариванию.

У улиток половое отверстие расположено на голове. У осьминога сперма содержится в одном из восьми щупалец, которое и вводится в половое отверстие самки при спаривании. Особенно интересно, что щупальце, наполненное сперматозоидами, может отделиться от тела осьминога и вести самостоятельный образ жизни.

Раньше такое щупальце считали особым животным и называли гетерокотилем. Никто и не подозревал, что это всего-навсего один из органов головоногого моллюска. Когда гетерокотиль встречает на своем пути самку осьминога, он заползает ей в половые пути, и там из него выдавливается сперма.

Самки некоторых насекомых не имеют специального полового отверстия. Самец вкалывает свой острый копулятивный орган в любую часть тела самки, а впрыснутые сперматозоиды блуждают по внутренним полостям, пока не наткнутся на яйцеклетку. То же самое наблюдается у коловраток и пиявок. Только в этом случае в тело самки вбуравливается сперматофор.

Процесс спаривания длится от нескольких секунд до нескольких дней. У лягушек ложное спаривание, о котором уже говорилось, продолжается до трех суток. У бабочек, спаривание которых длится несколько часов, самец выделяет специальное клейкое вещество, оно быстро твердеет на воздухе и прочно скрепляет его с самкой.

Иногда спаривание чревато опасными последствиями. Самец-паук осторожно подкрадывается к самке, ибо, если она его успеет увидеть, то непременно набросится и съест. Зато после спаривания ускользнуть удается немногим, паучиха непременно закусит своим супругом. Смертельная опасность грозит самцу даже во время спаривания, поэтому некоторые пауки накрепко запирают пасть самки особыми крючочками, расположенными на передних ногах. Не удивительно, что у некоторых южных пауков число самцов в десятки и даже сотни раз превышает число самок. Лишь в такой массе находится достаточное количество безрассудных, отваживающихся вступить в брак.

У некоторых животных спаривание всегда заканчивается гибелью одного из супругов. Трутень, которому во время брачного полета посчастливится обойти своих соперников и догнать самку, погибает сразу же после спаривания. У богомолов самка еще во время спаривания начинает поедать самца прямо с головы.

Еще трагичнее брачные обычаи одного из видов многощетинковых кольчецов. Настоящего спаривания у них не происходит. Сперму самец откладывает самке прямо в рот, после чего немедленно разрывает ее на части, благодаря чему сперматозоиды и получают возможность оплодотворить яйца, которые вываливаются из обрывков тела.

Многие животные, хотя и размножаются половым путем, настоящую семью не заводят. Семья возникла только потому, что появилась необходимость охранять, выкармливать и обучать детенышей. Характер семьи во многом определяют детеныши.

Иногда обязанности между родителями распределены так строго, что необходимо участие непременно обоих родителей, один выкормить их не может. Когда у ястреба-перепелятника выведутся птенцы, мать по-прежнему остается в гнезде, охраняя и обогревая своих птенцов. Ястребиху и ее выводок кормит отец. Он весь день проводит на охоте, а всю пойманную дичь несет домой и отдает ее супруге. (У многих животных в дом отцов не пускают.) Ощипывать, разрывать добычу на части и кормить птенцов он не умеет.

Если семья остается без отца, опытная самка может выкормить выводок, хотя носить добычу домой ей непривычно. Если семья остается без матери, она обречена на гибель. Несчастные птенцы умрут голодной смертью, так как пойманную добычу отец по-прежнему будет складывать на край гнезда, но кормить птенцов не станет.

У заботливых родителей браки бывают прочными. Очень часто они заключаются на всю жизнь. Это не значит, что супруги никогда в жизни не разлучаются. Такие пары среди животных редки. Обычно они живут вместе, только когда наступает время подумать о детях. Так поступает большинство наших перелетных птиц. На зимовках самцы и самки держатся порознь и часто также порознь возвращаются домой, чтобы встретиться лишь у родного гнезда.

Ученые считают, что браки животных, которые заключаются на всю жизнь, объясняются не нежными чувствами супругов друг к другу, а лишь привязанностью их к своему гнезду. Даже такие хорошие семьянины, какими повсеместно слывут аисты, легко берут себе в жены новую подругу. Самец весной первым возвращается на гнездовье, и, если в этот момент к нему присоединится молодая самка, он ее примет, а когда чуть позже прилетит хозяйка гнезда, будет равнодушно взирать на конфликт аистих. Та из них, которая выйдет победительницей, станет его женой.

Совсем иначе строится семья, когда детеныши рождаются на свет сильными и самостоятельными. Тогда нет необходимости обоим родителям принимать участие в воспитании малышей, и семья принимает самые неожиданные формы. Вот явилась ранним весенним утром стая самцов-судаков на родное нерестилище, где они сами когда-то появились на свет. Распалась стая. Каждый судак облюбовал себе местечко на дне, расчистил его и построил гнездо из корней подводных растений. Не удивляйтесь, не все рыбы просто выметывают икру, многие сооружают замысловатые гнезда.

Итак, отстроили самцы-судаки на нерестилище гнезда и поджидают появления самок, которые отложат икру и пойдут как ни в чем не бывало гулять по белу свету. Охранять икру остается самец, а когда из нее вылупятся судачата, он тоже покидает гнездо, и если по дороге не пообедает своими же детьми, то лишь потому, что уж больно мелки, не стоит с такой мелюзгой и связываться.

У рыб нередко семьянином оказывается только самец. Такие оригинальные семьи встречаются и у птиц. Миниатюрная самочка куличка-плавунчика утруждает себя только тем, что откладывает яйца, а высиживать их и возиться с малышами поручает отцу.

Еще интереснее семья у трехперстки, которая водится у нас на Дальнем Востоке. Весной, когда наступает пора размножения, самочка, как все порядочные птицы, строит гнездо, откладывает в него четыре яичка и оставляет их на попечение самца. А сама строит новое гнездышко, подыскивая нового самца, откладывает яички и снова удирает, и так несколько раз.

Полиандрия (многомужество) довольно редкое явление, зато полигамия (многоженство) распространена очень широко. Старые сильные самцы морских котиков и морских львов заводят себе целые гаремы из нескольких десятков самок. Известно многоженство у обезьян, у птиц, особенно среди куриных.

Иногда родители сами не ухаживают за детьми. Мать находит няньку, или, вернее, приемных родителей, и на их попечение оставляет своих детей. Таких хитрецов немало, 50 видов кукушек разбрасывают свои яйца по чужим гнездам, 10 видов африканских медоуказчиков и 4 вида ткачиков, а в Америке воловья птица.

Все гнездовые паразиты, так называют эту разнородную группу птиц, стремятся к тому, чтобы их птенец пользовался преимущественным вниманием приемных родителей. Для этого подросшие кукушата выбрасывают из гнезда своих сводных сестер и братьев. Воловьи птицы, отложив в чужое гнездо яйца, надклевывают все остальные, чтобы уберечь своего детеныша от опасных конкурентов.

Гнездовой паразитизм распространен в природе гораздо шире, чем об этом принято думать. Видимо, когда мест, подходящих для гнездовий, становится мало, многие птицы могут начать откладывать яйца в гнезда своих ближайших родственников. Наши северные кряквы, гоголи и живущие на берегах Сиваша пеганки поступают так довольно часто. Южноамериканская черноголовая утка никогда не вьет гнезда, а яйца свои разбрасывает по гнездам других крупных птиц, не очень заботясь, смогут ли выкормить ее утенка приемные родители. От вымирания эту утку, видимо, спасает очень большое количество яиц: кто-нибудь из птенцов да выживет.

Некоторые животные коллективно воспитывают детей. Императорские пингвины, живущие в Антарктике, водят своих малышей в детский сад, где они проводят в компании сверстников целые дни, пока родители ловят рыбу. Воспитываются пингвинята вместе, а кормятся врозь. Родители безошибочно находят среди десятков одинаковых шариков своего ребенка и заботливо наполняют пищей желудочек прожорливого младенца.

Особенно сложные и многочисленные семьи у общественных насекомых. У пчел в нее входит несколько десятков тысяч членов, а у муравьев и термитов количество членов в семье может достигать миллиона.

Семья у общественных насекомых не однородна, в ней много сословий: матка и самец – родители многочисленной семьи, рабочие и солдаты, длиннокрылые и короткокрылые и много разных переходных форм. Все члены семьи очень тесно связаны друг с другом. Если одного из них вырвать из коллектива, он непременно погибнет, даже если будет вдоволь воды и пищи. Рабочие особи, которые кормят и поят всю семью, оставшись одни, прокормить себя неспособны.

У общественных насекомых воспитание молодняка – очень сложный процесс. Без помощи заботливых кормилиц личинки жить не могут, но сами родители в этом процессе никакого участия не принимают. Пчелиная матка занимается только откладыванием яиц. Пара муравьев или термитов, основателей новой колонии, на первых порах вынуждена заботиться о своих детях, пока они не подросли, пока их не накопилось достаточно, чтобы взять на себя все заботы в семье. Тогда родители только едят и производят на свет потомство.

Интересной особенностью общественных насекомых является способность заключать коллективный брак. Обычно, когда наступает время роения, вылетевшие муравьи и термиты сбрасывают крылья, разбиваются на пары и отправляются на поиски подходящей норки, где и замуровываются, чтобы приняться за создание семьи. Нередко в норке может оказаться несколько самцов и самок. Это выгодно, больше надежды, что коллектив справится с трудностями и создаст семью. Зато когда семья уже создана, в ней остается только один половозрелый самец и одна половозрелая самка.

Много странного, неожиданного в семье общественных насекомых. Например, брак у них заключается на всю жизнь. Конечно, нерасторжимость брака объясняется совсем не взаимной привязанностью супругов. Разгадка верности кроется в очень своеобразном укладе жизни семьи общественных насекомых.

Два начала

У высших животных для воспроизведения потомства используются мужские и женские половые клетки, или гаметы. Они сильно отличаются друг от друга и от остальных клеток организма.

Женская половая клетка называется яйцом. Она крупная, имеющая овальную или шарообразную форму, содержит в большом количестве дейтоплазму (желток) – строительный материал, за счет которого у млекопитающих (кроме яйцекладущих: ехидны и утконоса) яйцо развивается в первый момент после оплодотворения, а у остальных животных до полного созревания зародыша. Вот почему клетки последних достигают прямо-таки гигантской величины.

Самыми большими яйцеклетками из всех живущих в настоящее время на Земле животных, если взять их со всеми оболочками, к которым у птиц относятся скорлупа и белок, являются яйца страусов. Вес этой клетки 2–3 килограмма. У вымерших доисторических рептилий и у еще сравнительно недавно жившего на Земле странствующего голубя объем яйца был с доброе ведро. Человеческая яйцеклетка относится к числу наиболее маленьких, ее диаметр равняется 0,2–0,5 миллиметра. У беспозвоночных известны еще более мелкие яйца, диаметр которых едва достигает 0,04 миллиметра.

Яйца созревают в женских половых органах – яичниках. У человека они формируются в раннем детстве, примерно к двум с половиной годам, и позже уже не изменяются. Удалось сосчитать, что в каждом яичнике в это время содержится по 30 000 яйцеклеток. В более ранний период их несколько больше, но начиная с шестого месяца внутриутробной жизни в яичнике эмбриона некоторые из них начинают созревать, однако полного развития не достигают.

Созревающее яйцо дважды делится и теряет при этом половину своих хромосом. Лишь после наступления у девушки половой зрелости яйцеклетка может достичь полного развития, и произойдет овуляция, выделение яйца из яичника. В течение жизни у женщины созревает лишь немногим более 400 яйцеклеток, по 13 в течение одного года.

Мужские половые клетки – сперматозоиды очень своеобразны и непохожи на другие клетки организма. Сперматозоиды различных животных отличаются друг от друга по внешнему виду. Общим является то, что они всегда меньше яйца и всем им присуща подвижность.

Сперматозоид млекопитающих состоит из небольшой головки и длинного хвоста, с помощью которого он передвигается. Длина человеческого сперматозоида 50–70 микрон, а его головки всего 4–5 микрон. Особенно сложно устроены сперматозоиды низших животных. Они часто бывают снабжены перфоратором в виде шила, сверла, долота или штопора для вскрытия яичной оболочки, а также лопастями, плавниками и другими приспособлениями.

Сперматозоиды развиваются в мужских половых железах – семенниках, которые у позвоночных животных бывают парными и располагаются в полости тела. Только у человека и некоторых млекопитающих они находятся в специальных мешочках непосредственно под кожей. Выход семенников наружу осуществляется во время внутриутробной жизни плода. Если этого почему-либо не произошло, то в таких семенниках сперматозоиды развиваться не будут. Предполагают, что так происходит из-за высокой температуры внутри брюшной полости. Во всяком случае, слоны, у которых семенники лежат в полости тела, а температура достаточно высока, в брачный период поднимаются высоко в горы, где холодно. Без этого зачатие невозможно. Когда же этих гигантов привозят на наш холодный север, они нередко в первые же годы дают потомство. А нужно помнить, что даже у себя на родине размножение слонов в неволе явление далеко не частое.

Семенники мужчин имеют около тысячи извитых канальцев каждый. В стенках канальцев есть крупные овальные клетки, при делении которых и возникают сперматозоиды. Во время деления они так же, как и женские гаметы, теряют половину хромосом, а затем совершают сложный процесс морфологической реконструкции, превращаясь из обычной овальной клетки в зрелый сперматозоид.

Еще не получившие способности к движению сперматозоиды по канальцам проталкиваются в придаток семенника, представляющий собой сильно извитую трубку, где сперматозоиды и хранятся в семенной жидкости, которая содержит необходимые для них питательные вещества: глюкозу и фруктозу.

Независимо от того, где должна произойти встреча сперматозоидов с яйцом, в половых ли путях самки или вне организма, у каждого сперматозоида в отдельности очень мало шансов достичь яйца. Ведь в женских половых путях человеческому сперматозоиду необходимо проделать огромный путь, а скорость движения не превышает 1,5–3 миллиметров в минуту.

Чтобы обеспечить надежность встречи двух половых клеток, природе пришлось пойти по линии использования огромных армий сперматозоидов даже в тех случаях, когда необходимо оплодотворить всего одно яйцо. Так, во время полового акта в половую систему женщины, где в лучшем случае может находиться всего одна созревшая яйцеклетка, вводится 200 или больше миллионов сперматозоидов.

Дело осложняется еще и тем, что половые клетки (и женские и мужские) очень нежны и недолговечны. Человеческая яйцеклетка через сутки после овуляции погибает, сперматозоиды в половых путях женщины живут несколько дольше, 24–48 часов.

Но дело не только в продолжительности существования половых элементов, важно также, в течение какого времени 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 ручьевой форели всего 23 секунды. За такой короткий срок и должна произойти встреча обеих клеток. Поэтому при искусственном разведении лосося на рыбозаводах икру предварительно смешивают со сперматозоидами и лишь несколько позже переносят в воду.

Продолжительность жизни и способность сперматозоидов 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 сперма в половых путях самки хранится очень долго. Спаривание летучих мышей протекает во время зимовки, но оплодотворения в этот момент не происходит. Введенная в организм самки сперма сохраняется в половых путях до весны. У улиток сперма может храниться годами. У пчел спаривание происходит раз в жизни. Сперма сохраняется в специальном мешочке, соединенном с половыми путями. Когда пчелиная матка откладывает яйца, она произвольно открывает сфинктор мешочка и дает возможность сперматозоидам оплодотворять откладываемые яйца. Если кладка производится при закрытом сфинкторе, яйца оказываются неоплодотворенными.

Как находит сперматозоид яйцо? Об этом сейчас известно немного. Благодаря огромным количествам сперматозоидов встреча с яйцом может происходить в результате случайных столкновений. Известны и особые приспособления. Яйца некоторых животных содержат специальные вещества, которые, выделяясь в окружающую среду в совершенно ничтожных количествах, либо удлиняют срок жизни сперматозоидов, либо заставляют их двигаться к источнику этого вещества.

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.