43.2: 受精

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培养技能

讨论内部和外部的受精方法
描述动物在妊娠期间用于后代发育的方法
描述动物为促进繁殖而发生的解剖学调整

有性生殖始于精子和卵子的结合，过程称为受精。这可能发生在雌性体内（内部受精）或体外（外部受精）。人类提供了前者的例子，而海马繁殖则是后者的一个例子。

外部受精

外部受精通常发生在水生环境中，卵子和精子都被释放到水中。精子到达卵子后，便开始受精。大多数外部受精发生在产卵过程中，一只或几只雌性释放卵子，雄性同时在同一区域释放精子。生殖物质的释放可能是由水温或日光长度触发的。几乎所有的鱼都会产卵，甲壳类动物（如螃蟹和虾）、软体动物（如牡蛎）、鱿鱼和棘皮动物（例如海胆和海参）也是如此。 \(\PageIndex{1}\)该图显示了鲑鱼在浅溪中产卵。青蛙，如图所示\(\PageIndex{2}\)，珊瑚、软体动物和海参也会生成。

照片显示许多鲑鱼在浅溪上游泳。 — 图\(\PageIndex{1}\)：三文鱼通过产卵繁殖。（来源：丹·贝内特）

照片显示交配的蟾蜍。 — 图\(\PageIndex{2}\)：在蟾蜍 “有性繁殖” 期间，雄性从后面抓住雌性，并在卵沉积后从外部受精。（来源：“OakleyOriginals” /Flickr）

成对不是广播产卵器的鱼可能表现出求爱行为。这允许雌性选择特定的雄性。卵子和精子释放（产卵）的触发因素导致卵子和精子被放置在很小的区域内，从而增加了受精的可能性。

在水生环境中进行外部受精可以保护卵子免受干燥。广播产卵可以导致群内更多的基因混合，从而提高遗传多样性，并增加物种在恶劣环境中生存的机会。对于像海绵这样的无柄水生生物，广播产卵是新环境受精和定植的唯一机制。受精卵的存在和水中发育中的幼卵为捕食提供了机会，从而导致后代流失。因此，个体必须生产数百万个卵，通过这种方法产生的后代必须迅速成熟。通过广播产卵产生的卵的存活率很低。

内部受精

内部受精最常发生在陆地动物身上，尽管有些水生动物也使用这种方法。内受精后代的产生方式有三种。在产卵过程中，受精卵在雌性体外产下并在体外发育，从作为卵一部分的蛋黄中获得营养。这发生在大多数骨鱼、许多爬行动物、一些软骨鱼、大多数两栖动物、两种哺乳动物和所有鸟类中。爬行动物和昆虫会产生皮革蛋，而鸟类和海龟产生的卵壳中含有高浓度的碳酸钙，使它们变硬。鸡蛋就是第二种类型的例子。

在 ovoviparit y 中，受精卵保留在雌性体内，但胚胎从卵黄中获得营养，幼卵在孵化后已完全发育。这种情况发生在一些骨鱼（比如孔雀鱼 Lebistes reticulatus）、一些鲨鱼、一些蜥蜴、一些蛇（例如吊袜带蛇 Thamnophis sirtalis）、一些毒蛇和一些无脊椎动物（例如马达加斯加嘶嘶的蟑螂 Gromphadorhina portentosa）中。

在 vivi parity 中，幼虫在雌性体内发育，通过胎盘从母亲的血液中获得营养。后代在雌性体内发育并活着出生。这种情况发生在大多数哺乳动物、一些软骨鱼类和一些爬行动物中。

内部受精具有保护受精卵免受陆地脱水的优点。胚胎被分离在雌性体内，这限制了幼虫的捕食。内部受精可增强特定雄性对卵子的受精。通过这种方法产生的后代较少，但它们的存活率高于外部受精的存活率。

繁殖的演变

一旦多细胞生物进化并发育出特殊细胞，有些还会发展出具有特殊功能的组织和器官。繁殖的早期发展发生在环节动物中。这些生物从腔室中的未分化细胞中产生精子和卵子，并将其储存在该腔中。当 coelom 被填满时，细胞会通过排泄口或身体分裂而释放。生殖器官随着产生精子和卵子的性腺的发育而进化。这些细胞经历了减数分裂，这是有丝分裂的一种改编，它使每个生殖细胞中的染色体数量减少了一半，同时通过细胞分裂增加了细胞的数量。

在昆虫身上形成了完整的生殖系统，有不同的性别。精子在睾丸中产生，然后通过盘绕的管子传送到附睾进行储存。卵在卵巢成熟。当它们从卵巢释放出来时，它们会进入子宫管进行受精。有些昆虫有一个特殊的囊，叫做精子，它储存精子供以后使用，有时长达一年。受精的时间可以与最有利于后代存活的环境或食物条件相匹配。

脊椎动物具有相似的结构，但有一些区别。非哺乳动物，例如鸟类和爬行动物，有一个共同的身体开口，称为泄殖腔，用于消化、排泄和生殖系统。鸟类之间的耦合通常涉及将阴沟开口彼此对置以转移精子。哺乳动物在雌性体内有单独的开口，子宫有单独的开口，用于支持发育中的后代。子宫有两个腔室，每次产生大量后代，而产生一个后代的物种，例如灵长类动物，则只有一个子宫。

在繁殖过程中，精子从雄性转移到雌性，包括将精子释放到水环境中进行外部受精，到鸟类的阴沟接合，再到哺乳动物发育出阴茎直接输送到雌性阴道。

摘要

有性生殖始于精子和卵子的结合，过程称为受精。这可能发生在体外，也可能发生在雌性体内。这两种方法都有优点和缺点。一旦受精，卵子可以在雌性体内或体外发育。如果卵子在体外发育，它上面通常会有保护罩。动物解剖学进化出多种方法来使卵子受精、保持或排出。动物的受精方法各不相同。有些物种将卵子和精子释放到环境中，有些物种保留卵子并将精子接收到雌性体内，然后驱逐被贝壳覆盖的发育中的胚胎，而还有一些物种在妊娠期保留发育中的后代。

词汇表

cloaca: 在非哺乳动物（例如鸟类）中发现的消化、排泄和生殖系统的常见身体开口

外部受精: 动物体外的精子使卵子受精，通常是在产卵期间

内部受精: 雌性体内的精子使卵子受精

卵巢率: 受精卵在雌性体外产下并在体外发育的过程，从作为卵一部分的蛋黄中获得营养

ovoviparity: 受精卵保留在雌性体内的过程；胚胎从卵黄中获得营养，幼卵在孵化后完全发育

spermatheca: 储存精子供日后使用的专用囊

vivipar: 幼虫在雌性体内发育的过程，通过胎盘从母亲的血液中获得营养