Биология: Страна вечных загадок

Потомство развивается из яиц: молодая муха — из яйца мухи, цыпленок — из яйца курицы, щенок — из яйца собаки, ребенок — из яйца женщины. Но яйца не могут развиваться без содействия родственных им живчиков: яйцу курицы нужна помощь семенных телец петуха, яйцу женщины — живчики мужчины и т. д. Только тогда, когда яйцо соединится с родственным ему живчиком, оно начнет развиваться и сможет стать зародышем нового организма. Иначе оно погибнет, не выполнив своего назначения.

Соединение яйца с семенным тельцем называют оплодотворенном. У одних животных оплодотворение совершается в утробе самки. У других, например у рыб— яйца и живчики выделяются в воду и тут уже соединяются. Но где бы ни совершалось оплодотворение, оно протекает, в общем, одинаково.

Как происходит оплодотворение яйца? Подплыв к яйцу, живчики окружают его, усиленно работая хвостиками, точно стремясь опередить друг друга. Одному из них удается опередить всех, он упирается головкой в оболочку яйца, буравит ее, чтобы пробраться внутрь. Протоплазма вытягивается небольшим бугорком в сторону живчика. Еще несколько минут — и цель достигнута: живчик внутри яйца.

Какова дальнейшая участь живчика, внедрившегося в яйцо? Очутившись внутри яйца, он преображается: подвижный хвостик исчезает, растворяется в протоплазме яйца, а головка разбухает, становится крупнее, примерно как и ядро яйца. Головка продвигается в глубь яйца. Ей навстречу, медленно протискиваясь сквозь зерна протоплазмы, идет яйцевое ядро. Наконец они сходятся почти у середины яйца и останавливаются. Вскоре уже нельзя отличить головку живчика (семенное ядро) и яйцевое ядро. Вместо них — одно двойное ядро. Оплодотворение произошло.

Что происходит с оплодотворенным яйцом дальше, как оно превращается в зародыш, а потом и во взрослое животное?

Оплодотворенное яйцо жука, рыбы, лягушки, курицы, собаки, человека и т. д. нисколько не похоже на взрослое животное. До оплодотворения оно имеет форму шара, так же выглядит оно и после оплодотворения в течение нескольких часов, дней, а то и месяцев. Но остаться неизменным навсегда оно уже не может. Пробравшийся внутрь яйца живчик дает толчок к тому, чтобы оно начало изменяться. И яйцо на самом деле преобразуется: оно дробится пополам, потом на 4, а дальше на 8 и 16 частей. Это уже не яйцо, а первоначальный зародыш нового организма. Клетки, из которых он состоит, продолжают дробиться. Теперь их целые сотни, тысячи... наконец, миллионы. По-прежнему все они остаются связанными друг с другом. Из этих ячеек постепенно развиваются различные части тела будущего детеныша. Сначала не разберешь, что это — голова или туловище, нога или рука. Но позже отдельные части тела оформляются, и зародыш в конце концов приобретает вид родителей. Он появляется на свет совсем непохожим на тот крошечный, невзрачный с виду «шарик», который мы назвали оплодотворенным яйцом. Так происходит оплодотворение и следующее за оплодотворением развитие яйца у всех животных, где есть самцы и самки.

Мир животных удивительно разнообразен. Существуют организмы, у которых размножение происходит иначе. К таким животным относятся инфузории — крошечные, юркие создания, встречающиеся сотнями в капле гнилой воды. Каждая инфузория состоит лишь из одной клетки, имеет, подобно яйцу, оболочку, протоплазму и ядро. У инфузорий нет самцов и самок в настоящем смысле этих слов. Нет у них и таких органов размножения, как у лягушки или мухи. И все-таки они при особых условиях «вступают в брак», и у них наблюдается то, что принято называть оплодотворением.

Вот две инфузории остановились, приблизились вплотную друг к другу и стали сливаться. У каждой из них есть подвижный жгут, есть протоплазма, есть ядро. При слиянии жгуты исчезают, протоплазма смешивается, ядра соединяются. Проходит некоторое время, и вместо двух инфузорий получается одна. Впрочем, это уж не инфузория, а круглое тельце — неподвижное, одетое в плотную оболочку, похожее на оплодотворенное яйцо.

Дальше круглое тельце, получившееся от слияния двух инфузорий, делится пополам. Иначе говоря, повторяется то же, что происходит с оплодотворенным яйцом. Есть, однако, и разница. Половинки разделившегося яйца остаются связанными одна с другой, а половинки слитной инфузории разъединяются: у каждой из них появляется жгут, они становятся настоящими инфузориями. Эти инфузории размножаются обычно делением: из одной за несколько суток получается целое племя инфузорий. Но вот настает момент, когда инфузории теряют способность делиться. Положение серьезное. Инфузориям грозит опасность вымирания. Тут-то они и соединяются парами, «вступают в брак». Сольются две в одну, смешаются их протоплазмы, соединятся ядра в одно новое ядро, и они вновь способны размножаться.

Все ли инфузории сливаются полностью, когда «вступают в брак»? Нет, не все. Существует инфузория туфелька. С виду она и в самом деле напоминает крошечную туфлю. Туфельки обычно размножаются делением. Но и в их жизни наступает пора, когда они уже не могут делиться. Лишь только наступает «брачная пора», туфельки сходятся парами, но не сливаются. Две туфельки, образующие пару, пробыв некоторое время друг возле друга, снова расходятся. После этого каждая из них опять может делиться. До брака она временно потеряла способность размножаться. После брака способность эта восстанавливается.

Что же случилось? Спарившиеся туфельки обменялись частями своих ядер. Каждая из них дала другой часть своего ядерного вещества. До брака у каждой такой туфельки ядро было простое. После брака оно стало смешанное. Смешивание веществ ядра — вот в чем суть оплодотворения у туфелек. То же самое происходит у других инфузорий и у всех животных, у которых размножение связано с оплодотворением.

В яйце животного есть ядро. Головка живчика — то же ядро. Когда совершается оплодотворение, то ядро яйца соединяется с ядром семенным (с ядром живчика). Во время оплодотворения у рыб, лягушек, птиц, млекопитающих и других животных происходит то же самое, что и при спаривании туфелек: смешивание ядерных веществ. После смешивания ядерных веществ яйцо начинает дробиться, развиваться, становится зародышем нового организма.

Как же происходит размножение у растений? Весной деревья, кусты и травы покрываются цветами. В цветах завязываются плоды, а в плодах развиваются семена. Семена, попав в подходящую почву, прорастают — становятся новыми деревьями, кустами и травами. Цветы, плоды, семена, новые растения — все это звенья одной и той же цепи. Проследим, как они связаны между собой.

Возьмем цветок. Он состоит из короткой ножки (цветоножки), на ней сидят чашечка, сложенная из чашелистиков, и венчик из нескольких лепестков. Тут-то и скрыты наиболее важные части цветка. Обратите внимание на нити, прикрепленные к основанию венчика. Это — тычинки. На верхушке каждой из них — два мешочка (пыльника), а в мешочках — пыльца. Тычинки — это мужские органы размножения растений. Тычинка играет такую же роль, как семенная железа животного, а заключенная в мешочках тычинки пыльца нужна для того же, что и семенная жидкость животных.

Из середины цветка выступает еще одна нить потолще остальных. Это — пестик. Подобно тычинке, пестик является органом размножения, но уже не мужским, а женским. В нем обыкновенно различают три части: верхняя называется рыльцем, средняя — столбиком, а нижняя — завязью. В завязи находится одно или несколько маленьких телец — семяпочек (семяпочка, или семенная почка, то есть почка, из которой получается семя). Завязь — самая существенная часть пестика. Ее можно сравнить с яйцевой железой животного. Такой цветок называется двуполым, так как у него имеются и тычинки и пестик, то есть органы размножения обоих полов, и мужского и женского. У груши, яблони, картофеля и гвоздики цветы двуполые, а у дуба, ольхи, вербы, конопли и хмеля цветы однополые. У дуба, например, часть цветов имеет только пестики: это — женские цветы; другая часть лишена пестиков и имеет лишь тычинки: это — цветы мужские. Однако какой бы ни был цветок, двуполый или однополый, он обычно не исполняет своего назначения, не превращается в плод с семенами, если не будет оплодотворен.

Брак — явление обычное и у растений. Когда цветок вполне распускается и тычинки его созревают, тогда мешочки, торчащие на конце тычинок, раскрываются и из них высыпается цветочная пыльца — тысячи пылинок, круглых, яйцевидных, гладких либо узорчатых. Несколько пылинок попадает на рыльце зрелого пестика — или в том же самом цветке, или в соседнем, так происходит опыление. Очутившись на рыльце пестика, пылинки прорастают, то есть каждая из них выгоняет трубочку. Трубочка пробивает рыльце и, вытягиваясь все больше и больше, пробирается по столбику в нижнюю часть пестика, в завязь, где, как мы уже знаем, сидят семяпочки. Вот к ним-то и направляются трубочки пылинок. Внутри каждой семяпочки, в особом мешочке — его называют зародышевым мешочком — лежит крошечное яйцо: растительное яйцо, из которого должен получиться зародыш нового растения. Однако для того, чтобы яйцо это начало развиваться и стало зародышем нового растения, оно должно оплодотвориться: слиться с содержимым цветочной пылинки. Пылинка прорастает и ее трубочки направляются туда, где лежат семяпочки. Кончик трубочки упирается в семяпочку в том месте, где находится маленькое отверстие. Он проникает и в это отверстие и добирается наконец до яйца, а содержимое цветочной пылинки, спустившись по трубочке, соединяется с яйцом. Теперь яйцо оплодотворено. Оно начнет дробиться и превращаться в зародыш нового растения. Начнут расти и семяпочка и сама завязь. Завязь станет плодом, а семяпочка семенем. Внутри этого семени, когда оно созреет, вы найдете зародыш маленького растения с зачаточным стебельком, корешком и листьями. Достаточно такому семени попасть в хорошо прогретую солнцем почву, напитаться влагой — и оно прорастет: пустит в землю корешок, выгонит наружу стебель и свежие листочки, словом, станет молодым растением. Но если цветок не был опылен, если спрятанное в его семяпочке яйцо осталось неоплодотворенным, то и сам он останется пустоцветом: увянет, не завязав плода с семенами, не оставив после себя потомства.

Как видите, появление зародыша нового растения в мире растений ничем по существу не отличается от зарождения живых существ в мире животных. Правда, вы можете сказать: ну, а где же у растений подвижные живчики? Разве цветочная пылинка то же, что и семенное тельце? Нет, не то же. Но содержимое пылинки играет у растений ту же роль, что и живчик у животных.

Ученые сделали замечательное открытие: они установили, что у некоторых растений внутри пылинок образуются подвижные живчики, совсем как семенные тельца у животных. Эти живчики, спустившись по трубочке пылинки, пробираются в семяпочку, оттуда в зародышевый мешочек и соединяются с яйцом. В этих случаях сходство между оплодотворением у растений и оплодотворением у животных полное.