二、卵细胞·精子·受精
只要是进行有性生殖，总要产生卵细胞和精子，还有两者的结合为一个细胞——受精卵。受精卵是有性生殖方式中新一代生命的开始。
由于长期的封建思想的影响，对生殖过程的科学知识，常常对青少年不讲或讲不清楚，存在着许多不正确的认识，或一片空白，或道听途说，似是而非。这是不对的。我们应该像了解其他科学规律一样，对生殖过程的基本规律有所了解。
这是一本动物学，这里主要是讲动物的卵细胞、精子以及如何受精。但人类从生物学特点上说，属于哺乳类的灵长目的人科，因此，其生儿育女是类同的。人类又有其社会属性，在生儿育女问题上，有恋爱、婚姻、两性关系等方面的社会道德和法制，和动物又有本质的区别。
1．漫谈卵细胞和精子
卵细胞虽是一个细胞，但大小、形态和结构是各式各样的。在生活经验中，有些动物的卵都是常见的。
例如一些昆虫的卵。养蚕先要购得蚕蛾的受精卵，通常都是让它产在纸上，放在低温下保存。它们是粒状呈半圆球形，色浅黄。温度升高，胚胎发育，卵的颜色就发灰了，再进一步就成了黑色，那是小蚕的颜色映出来的。不久，黑色的小蚕——蚁蚕就孵出来了。还有水稻上的稻蟆，把受精卵产在稻叶的背面，排成一个椭圆形的毛茸茸的卵块，这是许多卵集合在一起。到养蜂场去参观，可在蜂巢中看到蜂王产下的白色的长形的卵，竖立在六角形的蜂巢底部。农村的孩子时常看到螳螂在枝条上产卵，从尾部的产卵器连续不断的吐出一个个带着粘稠液体的卵，细长型，一边产，一边排成行，最后，在空气中干燥成粘附在枝头的卵块。
脊椎动物的卵，除了哺乳动物和人类以外，鱼类的、两栖类的、爬行类的、鸟类的卵，大家都一定见过。
如果买到一条成熟的鲤鱼，剖开腹腔，就有一对充满卵的卵巢。卵如小米粒似的，黄绿色，煮熟后，呈金黄色，这是因为里面充满卵黄。卵黄是卵发育时胚胎必需的营养。大马哈鱼和鲟鱼的鱼卵特别大，亮晶晶的，有绿豆粒那么大，加工后就是珍贵的鱼子酱。
两栖类青蛙的卵最常见。“黄梅时节家家雨，青草池塘处处蛙”。雨季正是青蛙交配产卵季节。蛙卵如高粱粒儿大小，上面黑色，下面灰白，每粒卵都有一个透明的膜包在外面，而且吸水膨胀，使卵成片的漂浮在水面上。黑色吸收阳光的热量，透明膜像个小温室，卵要是受精卵，就能在里面孵化成蝌蚪出来。著名画家齐白石老先生有一幅画，画面上，自上而下，山溪潺潺，水中是蝌蚪随水而下，画题名为：“蛙声十里出山泉”。未见有蛙，却似闻蛙在寻偶时的此起彼落的鸣声。
爬行类的海龟千里迢迢回到出生地的沙滩上来产卵，在电视屏幕上，大家都屡屡见过。它们的蛋，有坚韧的壳保护，里面才是受精卵和贮存的营养——卵黄。农村的小朋友，也许还见过蛇蛋，也有坚韧的壳。
鸟类的卵，就更常见了。人们平时称之为鸟蛋，就说鸡蛋吧，在体内成熟时，只是一个卵细胞，很小，位于卵黄球上。宰鸡时，在母鸡腹腔内可以见到大小不等的发育中的卵。成熟后进入输卵管（在这里受精），向下移动中，输卵管分泌蛋清（蛋白）包裹上去，到输卵管下部，分泌钙质，形成蛋壳。这就是一个鸡蛋。实际上只有蛋黄部分，因含卵细胞，或发育中的受精卵，才可以称作卵。鸟蛋中最大的，当然属于鸵鸟蛋了，一般有60×45毫米大小。最小的，是蜂鸟的蛋，约为13×8毫米。
哺乳类中除鸭嘴兽产卵外，其余卵细胞在体内受精，也在体内发育（有袋类如袋鼠先在体内，后在体外育儿袋里发育），由母体供给营养，所以卵很小，大家都没有见过。例如人的卵细胞，直径只有0.1毫米，肉眼是看不清楚的。
形形色色的卵，都有一个细胞核，内含体细胞一半的染色体，容纳了母方的全套遗传信息，其他是或多或少的营养物质，再有就是保护性结构了。营养物质的多少和保护性结构的复杂程度，随各类动物生殖发育方式的不同，进化的位置不同，变化很大。
以上说的是卵细胞，至于精子，动物之间差异就小多了。绝大多数的动物，包括人类，其精子大多都有如下特点：
①比卵细胞小得多。以人类来说，一个精子只有卵细胞的24万分之一大。如果说直径0.1毫米的卵细胞，肉眼还依稀可辨的话，精子则非用高倍显微镜观察不可。
②精子可分头部、颈部和尾部。细胞核含父方体细胞的一半染色体，即父方的整套遗传信息。它位于头部，细胞质极少，尾部很长。颈部和尾的基部有很多线粒体，线粒体给精子提供运动的能量，使尾部摆动，精子能游动，以人类来说，精子进入女性生殖器官后，每秒钟能游几毫米，约15分钟后可抵达输卵管，和那里成熟的卵（如果有的话）受精（见图8—4）。
简而言之：卵细胞和精子的相同点是都含有一个细胞核，各含母方、父方体细胞一半的染色体数，和母方、父方的整套遗传信息。
卵细胞和精子的不同点是卵细胞个体大，含营养物质，不能主动运动；精子个体小，有尾部，能在水中或雌性体内分泌的液体中游动，以接近卵细胞而受精。
形象地说，卵细胞颇似“守株待兔”的农夫，精子却要“劈波斩浪”。相遇后的受精是怎么回事呢？
2．n＋n＝2n
1677年荷兰的显微学家列文虎克（1632—1723）用自制的显微镜进行了广泛的观察，发现了许多微生物，以及动物和人的精子。到了1841年由寇里克（Kolliker）
才确定精子是动物本身产生的，一个精子就是一个细胞。而在列文虎克发现后的很长时期里，人们曾误认为它是动物、人体的寄生虫。至于精子和卵细胞如何结合为受精卵，以及为什么结合成受精卵，更是后来才知道的。
有些今天听来很可笑的说法，如把卵细胞想象为含有一个缩小了的“小人”（或“小动物”），处于酣睡状态，精子进入卵细胞，是使“小人”醒过来而进入发育。或说精子里含有一个“小人”，进入富含营养物质的卵细胞而开始发育。在科学发达到对微观世界有充分了解的今天，这些说法都显得那么幼稚有趣。
对受精过程的研究，作出划时代贡献的，应是1875年德国动物学家赫特维希（O．Hertwig1849—1922），他根据显微镜下的实际观察（例如海胆的受精过程）发现，尽管精子有许多，但卵只接受一个精子的进入，而且进入的只是精子的头部，尾部已完成了接近卵细胞的“任务”。那么精子的头部里有什么呢？赫特维希进一步发现，是细胞核——可称精核。受精过程是精核和卵细胞的核融合为一个核——受精卵的核的过程。
这样我们就可把目光集中到核上。1883年，比利时胚胎学家贝内登（E．van Beneden 1846—1910）以马蛔虫为材料进行研究。马蛔虫的体细胞核内有2对染色体，而它们的卵细胞和精子的核都只含每对染色体中的一个，合起来为二个，不成对。通过受精，受精卵又恢复为2对染色体，开始发育。
为了表达方便，我们把一般动物体细胞的染色体数表示为2n，“2”表示每种染色体都是两个（成对），那么马蛔虫的体细胞就是2n=4。
马蛔虫的卵细胞染色体数则是n=2；
马蛔虫的精子染色体数也是n=2；
马蛔虫的受精卵的染色体数就是：
n＋n=2n=4。
推而广之，人类将是怎样的？
人类的体细胞是2n=46
人类的卵细胞是n=23
人类的精子是n=23
人类的受精卵是：
n＋n=2n=46。
因此，受精过程的最重要的变化就是n＋n=2n，即卵细胞和精子，两相结合——细胞核的融合，受精卵的染色体数又恢复为该物种的2n。
随后，在1890年，德国细胞学家鲍维里（T．Boveri 1862—1915），确认卵细胞和精子在形成过程中要经过减数分裂，使染色体数减半是普遍的事实。1891年，德国的动物学家亨金（H．Henking1858—1942），揭示了使染色体数目减少一半的减数分裂的全过程，实际上不是简单的数目减半，减数的过程保证了每一对染色体中都有一个在卵细胞或精子中。
因此，受精过程可以看作是既保持了物种的稳定性（染色体恢复2n），又使母方和父方对子代作出了同样的贡献（n＋n），而母方和父方位于n＋n上的遗传信息的差异，还会使后代和后代之间表现出诸多性状上的差异。例如父母性状之间的各种组合形式就会出现，即某些性状像父方，某些性状像母方等等。
这样看来父母双方对子代的遗传贡献是一样的喽。大体上可以这么说，如果考虑到母方的卵细胞含有远比精子更多的细胞质，细胞质里的线粒体就含有DNA，那么，母方对子女的遗传贡献要更多一点的。
n＋n=2n，还强调了有性生殖是一个卵细胞和一个精子的事，但整个动物界，精子的数目远比卵细胞为多。以人体来说，性成熟的女性，在生育年龄期内，每月只成熟一个卵细胞，由卵巢进入输卵管，在24小时内，都能接受精子。而男性一次排出的精液，含有数亿个精子，这岂不是浪费吗？原来这数亿个精子仅在女性生殖器官里才开始了接近卵细胞的旅程，其中只有几千个能到达终点，而且其中只有一个为卵细胞所接受。因此可以理解为：数量庞大的精子，是为了保证受精的成功率的需要。如果像鱼类那样在水中受精，精子的浪费就更大了，因为水在流动，容积也大，精子太少，就难以保证受精的成功率。
要是二个以上的精子进入卵细胞不行吗？从n＋n=2n来说，真没有必要。实际是一个精子接近卵细胞膜时，可能它释放出消化酶，把膜溶解一个口，而把头部进去了。也可能卵细胞有一种拉的力量，有人认为卵细胞的作用可能更大。但不管怎么说，只要一个精子一进入，卵细胞就发生很多变化，包括膜似乎坚韧起来，别的精子进不去了。在具有大型卵的爬行动物、鸟类、鸭嘴兽，确实有许多个精子进入卵，但也只有其中的一个精子的核和卵细胞的核融合，还是n＋n=2n。所有这些，至今还有种种奥秘尚未完全弄清，等待着有兴趣的朋友去研究探索。
3．体外受精到体内受精
在水中生活的动物，一般都以体外受精的方式完成受精。例如水螅的精子从精巢中释放出来，在水中可以游向卵巢处使卵受精。在脊椎动物中，绝大多数的鱼类是体外受精的，例如鲤鱼，在春夏季节，雌、雄鲤鱼，在水中追逐嬉戏，分别将卵和精液（含精子）排入水中，卵细胞和精子结合为受精卵。两栖类也在水中生殖，例如青蛙，春末夏初，在水田或河沟、池塘里，雄蛙鸣声嘹亮，招引雌蛙，相遇后，即在雌的背上抱住，这时雌蛙把卵排出，雄的把精液排出，正好自上而下喷洒，在水中受精。
以上这些都是在水中生活在体外受精的例子，但并非水中生活的动物都体外受精，也有许多种类是体内受精。以下举一些常见动物为例。
水生软体动物中，有的是体内受精，如河蚌（以及相似的贝类）。每年八月左右，雄蚌在水中排精，精子随水流进入雌蚌的外套腔，去和卵细胞受精。田螺雌性的生殖孔开口于外套腔的右侧，雄性右侧的触角，变化为交接器，顶端为雄性生殖孔，雄螺把它插入雌螺的生殖孔，输送精子在体内受精。乌贼，雄性的头部五对足中，左侧第五足（也称腕）能把贮存在精荚中的精子，连精荚整个地送入雌体的外套腔内，精荚弹开，精子放出，和卵细胞受精。
水生的节肢动物中甲壳类的虾和蟹也是体内受精的。例如中华绒螯蟹，俗称毛蟹，是著名的美味，在其胸甲的腹面，可区别雌、雄，雌性为团脐（实际是弯曲的腹部），雄性为尖脐，其内部就有雌雄交接器，交配繁殖。
水中生活的鱼类，软骨鱼类是体内受精的。例如常见的鲨鱼，雌、雄的泄殖腔（泄殖腔是鱼类，两栖类，爬行类、鸟类都有的，在肠道的末端膨大一些而成，输送尿的管道和输送生殖细胞的管道都开口在腔内，因此粪、尿和生殖细胞都由泄殖腔的孔排出体外。只有到了哺乳类，粪便由肛门排出，尿和生殖细胞另外排出。雄性的都通过尿道口，雌性的分别通过尿道口和阴道口）均开口于一对腹鳍之间，但雄性鲨鱼在一对腹鳍的内侧分出一对突起，称为鳍脚，实为交配器，用它插入雌鲨鱼的泄殖腔内，雄鲨的精液就沿着鳍脚内侧的沟流入雌体。
水中生活的爬行类，如水蛇、龟、鳖、鳄、水中生活的哺乳类，如海豹、海牛、海豚、白鳍豚、鲸，它们原本是真正的陆生动物，又获得了水生的习性，受精方式都是体内受精。
如果说水中生活的动物既可以体外受精，也可以体内受精的话，那么陆生动物只能是体内受精了。因为脱离了水，精子无法存活和游动，体内受精时，精子是含在排出的精液中，并且雌性生殖器官内也分泌有液体，以保证精子的存活和游动。
只要是体内受精，生殖器官除了产生生殖细胞的卵巢、精巢和输送生殖细胞的输卵管、输精管外，都发展了雌雄交配的结构，通常都是雄性动物的交配器把精液送到雌性动物的生殖器官中，人类也是一样的。只有鸟类中（除鸵鸟、鸭、鹅等外）没有特别的交配器，只是雌、雄个体，泄殖腔的吻合，雄体的精液就进入雌体的泄殖腔，精子再游入输卵管和卵细胞受精。
4．人工授精和试管婴儿
由于科学技术的发展和饲养繁育动物的需要，根据具体动物的生育规律和受精特点，发展出各种人工授精的技术。
例如为培育养鱼用的小鱼苗，可挑选健壮的，品质优良的雌、雄亲鱼，分别注射雌雄性激素，促使排卵、排精，后用人力轻轻挤压雌、雄亲鱼的腹部，使卵和精子排入器皿中受精，再把受精卵放在良好的环境中，如水质好，氧气充沛，水温适宜的条件下，就能很好地孵化出小鱼苗来。这样就不用再到江河去捞取小鱼苗和清理杂鱼，以及组织复杂的运输过程了。
在家畜的饲养中和动物园内珍贵动物的繁殖，也采用人工授精技术。大体说来，首先要了解该家畜或动物的自然生殖规律；其二是要采集雄性动物的精子，并进行显微镜检查，配置适于精子存活的溶液，并在适宜温度下保存；其三是用人工器械输入到雌性动物的生殖器官内；其四是过一段时期后，检查是否怀孕。怀孕了，人工授精也就成功了。
现代生物技术已经能够做到，既采取了精液，也采取了成熟的卵，在人工控制的体外条件下受精。受精卵开始分裂，成为早期胚胎，再移植到雌体的子宫中去。例如在牛、羊等动物身上都可做到。
人工采集的精液、卵，培养的早期胚胎，还可用低温冷冻保存、运输。这主要用于家畜优良品种的繁育中，优良品种通过这个办法可以在地区之间、国家之间输入或输出。
人工授精方法，还有一个好处，可以把采得的精液稀释，给更多的卵细胞受精，以节省精液。例如一个数百头母牛的养牛场，饲养少数几头良种公牛就够了，可节约养公牛的饲料和场所以及管理工作的费用。因为母牛才能产牛奶，但产牛奶，母牛先得和公牛交配怀孕，生下小牛后，哺育小牛的时期才有乳汁的分泌。优良品种的乳牛，分泌的乳汁数量，远远超过哺育小牛的需要，这就是人们获得的了。
人类的试管婴儿技术是在动物人工授精，人工早期胚胎发育，以及再移植入动物体的一系列实验基础上发展起来的。具体说是指人卵体外受精后，发育到早期胚胎的一定阶段，再移植到母体子宫内发育到足月诞生的婴儿。所谓试管婴儿，仅仅指的精子和卵细胞的受精及早期胚胎发育是在试管内进行的。为的是治疗某些原因的不孕症，例如女性输卵管堵塞，就阻碍受精而不能怀孕。
1978年7月，在英国诞生了世界第一例试管婴儿；1985年4月，在台湾诞生了中国第一个试管婴儿；1988年3月，在北京医科大学附属第三医院诞生了我国大陆的第一个试管婴儿。从1978年到1988年的10年中，全世界已出生了7000多个试管婴儿。这些婴儿遍及欧洲、美洲、大洋洲和亚洲，而且，多数都是母体的卵在体外和父方的精子受精，体外培养为早期胚胎，再返回母体子宫内发育，这种方式被称为自体胚胎移植。如果女方因子宫不能怀胎，或身体健康原因不宜怀孕，又能正常形成卵细胞，那么可体外受精，培育为早期胚胎后，寻找一位代孕母亲。就是在征得别的妇女同意的情况下，接受这个早期胚胎在她的子宫内完成发育。这样出生的婴儿，就称为代培婴儿，他有两个母亲，一个是提供卵细胞的母亲，另一个是代孕母亲。这种情况，既增加了科学技术上的难度，还有伦理上和法律上的诸多问题，实际生活中是不易进行的。
