Яйцеклетка

Когда одноклеточное разделяется, каждая дочерняя клетка уже достаточно большая и достаточно сложная, чтобы продолжать жить своей отдельной жизнью. Очевидно, она рождается уже зрелой. Оплодотворенная яйцеклетка даже самого простейшего многоклеточного животного должна подвергнуться ряду клеточных делений, прежде чем станет достаточно большой и достаточно специализированной, чтобы существовать независимо. В период развития клеточной массе требуется энергия, а поскольку она не может питаться, то должна иметь предварительный запас питания. Яйцеклетка, следовательно, содержит в себе питательное вещество, или желток (из названия следует, что обычный его цвет желтый), в достаточном количестве, чтобы заполнить пробел между оплодотворенным яйцом и организмом, достаточно сложным, чтобы кормиться независимо. Из-за наличия желтка яйцеклетка больше, чем обычная клетка, и еще гораздо более неподвижна, благодаря этому.

Если процесс оплодотворения, в котором участвуют клетка спермы и яйцеклетка, должен состояться, вся ответственность за то, что они все-таки встретятся, должна лежать на клетке спермы. Следовательно, клетка спермы должна быть подвижной. Для достижения этого клетка спермы довольно легкая, поскольку не содержит никакого запаса питательных веществ. Ей нужно всего лишь прожить достаточно времени, чтобы проделать путь от места высвобождения до места, где находится яйцеклетка. Если ей не удается этого сделать, то смысла своего существования она не оправдала и, следовательно, нет причины кормить ее дальше. Ей также не нужно иметь цитоплазму, поскольку у яйцеклетки ее достаточно для двоих.

Короче говоря, клетка спермы не нуждается ни в чем, кроме ядерного вещества внутри, которое лежит в основе механизма наследственности. По этой причине сперматозоид гораздо меньше, чем среднестатистическая клетка, настоящий пигмей в сравнении с раздутой от желтка яйцеклеткой. Тем не менее обе клетки, крошечная клетка спермы и гигантская яйцеклетка, содержат равное количество ядерного вещества и обе делают равный вклад в наследственность нового организма.

Для приведения в движение крошечной клетки спермы достаточно всего лишь жгутика. С помощью его сперматозоид, по виду напоминающий микроскопического головастика, устремляется по воде к яйцеклетке – при условии конечно же, что она находится в водной среде.

Оплодотворение морских существ, поскольку они находятся в водной среде, довольно несложное. Самка откладывает икру в каком-нибудь укромном местечке, затем поджидающий самец подплывает к икринкам и извергает поток клеток спермы. Сперматозоиды движутся по направлению к яйцеклеткам, а оба родителя преспокойно уплывают прочь – они выполнили свою работу.

У наземных животных все гораздо сложнее, поскольку сперма не может перемещаться по воздуху или по земле. Следовательно, необходимо, чтобы самец выделял не только сперму, но и жидкость внутри прохода, через который в конечном итоге будут отложены яйца. Клетки спермы доберутся до яйцеклеток внутри тела самки, и, когда позднее будут отложены икринки, они окажутся уже оплодотворенными. Этот процесс оплодотворения внутри тела называется копуляция (спаривание), и для этой цели у самца развился орган копуляции, который он может ввести в организм самки[12].

Беспомощность икринки (или яйцеклетки) на протяжении всего времени, пока она не разовьется в отдельный организм, обусловливает необходимость с точки зрения выживания достичь стадии независимого организма как можно быстрее. Но чем сложнее тип, тем больше времени требуется для развития до того момента, когда организм разовьется полностью. Во многих случаях достигается компромисс: яйцеклетка поспешно устремляется к стадии независимого организма до того, как достигается полное развитие организма. Такой упрощенный, но самостоятельный организм – личинка. Личинка питается и растет до тех пор, пока не будет готова заново родиться и стать взрослой особью. (Иногда стадия личинки становится все более и более важной и фактически подменяет собой стадию взрослой особи.)

Лучше всего нам знаком этот феномен на примере определенных насекомых, поскольку всем известно, что гусеница на определенной стадии жизненного цикла становится почти снова яйцом, только в форме кокона, и появляется из него уже взрослой бабочкой. У позвоночных самым известным примером может служить лягушка, поскольку появляется из икринки в личиночной стадии в виде головастика и позднее постепенно превращается в лягушку, однако без обездвиживания себя на стадии кокона в процессе этого превращения.

Несмотря на это, смертность на стадии личинки очень высока, ведь личинки слишком малы и слишком примитивны, чтобы быть столь же удачливыми при самозащите, как взрослые особи. Поэтому для обеспечения выживаемости вида наиболее общим приемом служит откладывание икры в большом количестве, в надежде, что из всего этого большого количества по крайней мере несколько выживут и достигнут зрелости при стечении благоприятных обстоятельств. Такое действительно происходит, иначе большая часть видов рыб исчезла бы к настоящему времени.

Альтернатива этому – позаимствовать какую-нибудь форму защиты для икры (яиц) и личинок до тех пор, пока они не смогут сами о себе позаботиться. Так, некоторые рыбы строят гнезда или держат икру в карманах своего тела или во рту до тех пор, пока мальки не достигнут определенной стадии развития. Есть даже случаи, когда оплодотворенные яйцеклетки остаются внутри полостей организма самки до стадии личинки.

Однако у морских животных такие защитные способности развиты слабо.

У наземных позвоночных забота о яйцах становится более важной по нескольким причинам. Прежде всего, на земле стадия личинки должна быть упразднена. Земля как среда обитания невероятно сурова и жестока по сравнению с ласковым морем, в котором изначально и возникла жизнь. С силой притяжения нельзя справиться одной лишь способностью держаться на поверхности суши, ее приходится преодолевать с помощью хорошо развитых мышц; атмосферу можно вдыхать лишь хорошо развитыми легкими, а воду сохранять в хорошо развитых почках. Молодые рептилии, следовательно, должны появляться из яиц меньшими, чем взрослые особи, и, по-видимому, более слабыми, но никоим образом не более простыми по строению. Они всегда похожи на взрослые особи и способны вести самостоятельный образ жизни, ничем не отличающийся от образа жизни их родителей.

Опустить стадию личинки означает продолжить стадию развития внутри яйца, что, в свою очередь, означает, что яйцо должно содержать большое количество желтка. Следовательно, каждое яйцо представляет собой огромное хранилище пищевых запасов, и из-за его размеров существует строгий лимит количества откладываемых яиц. В то время как рыбы и лягушки могут откладывать огромное количество икринок и полагаться на случай, что некоторым из них удастся выжить, рептилии и птицы должны откладывать небольшое количество яиц и, следовательно, заботиться о них. Рептилии могут прятать свои яйца в песке и даже оставаться поблизости до тех пор, пока малыши не начнут вылупляться, но птицы – вот классический пример существ, которые заботятся о своих яйцах.

Забота о яйцах стала большей необходимостью в связи с тем фактом, что птицы – теплокровные. Это очень большое преимущество для выживания, поскольку механизм организма работает с одинаковой скоростью при любых изменениях внешней температуры. Птицы столь же энергичны прохладным утром, сколь и жарким полуднем, им не нужно, как рептилиям, ждать, когда солнце разогреет их вялые, скованные холодом мышцы. Птицы смогут пережить зимние холода без особых усилий, если только найдут пищу.

Но тепло нужно как-то поддерживать. Ткани птиц могут выдерживать холод ничуть не дольше, чем ткани рептилий. Птица, достигнув зрелости, должна поддерживать температуру до тех пор, пока жива, но как быть птенцу, развивающемуся внутри яйца? Он слишком мал, чтобы производить тепло со скоростью, достаточной для компенсирования излучения тепла с поверхности яйца. Из оставленного без присмотра яйца птенец никогда не вылупится. Вот почему родитель (обычно мать, хотя иногда и отец) должен высиживать яйца, согревая их теплом своего тела. Это утомительное занятие, но оно обеспечивает выживание всех, или почти всех, яиц. Даже после рождения птенцов птицы-родители зачастую вынуждены переносить продолжительные и тяжкие испытания, поскольку должны вкладывать пищу в постоянно разинутые клювики своих еще беспомощных малышей.

Альтернатива сложной заботе о яйце и птенце, которую проявляют птицы, возникает по причине тенденций, наблюдаемых у рептилий и даже у некоторых акул. Иногда оплодотворенное яйцо удерживается внутри прохода, который обычно служит ему дорогой во внешний мир, и хранится там до выхода из него детенышей. Такие животные откладывают скорее детенышей, а не яйца. Поскольку животные, откладывающие яйца, называются яйцекладущими, то те, которые удерживают яйца в себе и выдают уже готовый «результат», – яйцеживородящими. Яйцам яйцеживородящих животных обеспечено выживание до тех пор, пока жива мать, а это само по себе важно. Но для нас еще важнее тот факт, что яйцеживорождение стало выполнять еще и дополнительную функцию. Когда особая группа рептилий обзавелась теплой кровью и представители ее стали первыми примитивными млекопитающими, сохранение яиц внутри прохода служило не только защитой, но и средством поддержания в них определенной температуры. Таким образом, яйцеживородящие заимели нечто вроде внутреннего инкубатора.