Fertilização, união de um núcleo de esperma, de origem paterna, com um núcleo de óvulo, de origem materna, para formar o núcleo primário de um embrião. Em todos os organismos a essência da fertilização é, de facto, a fusão do material hereditário de duas células sexuais diferentes, ou gametas, cada uma das quais carrega metade do número de cromossomas típicos da espécie. A forma mais primitiva de fertilização, encontrada em microrganismos e protozoários, consiste numa troca de material genético entre duas células.
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O primeiro evento significativo na fertilização é a fusão das membranas dos dois gametas, resultando na formação de um canal que permite a passagem de material de uma célula para a outra. A fertilização em plantas avançadas é precedida pela polinização, durante a qual o pólen é transferido para, e estabelece contacto com, o gameta ou macrósporo feminino. A fusão em animais avançados é geralmente seguida pela penetração do óvulo por um único espermatozóide. O resultado da fertilização é uma célula (zigoto) capaz de sofrer uma divisão celular para formar um novo indivíduo.
A fusão de dois gâmetas inicia várias reacções no óvulo. Uma delas provoca uma mudança na(s) membrana(s) do óvulo, de modo que a fixação e penetração por mais de um espermatozóide não pode ocorrer. Nas espécies em que mais do que um espermatozóide entra normalmente num óvulo (poliesperma), apenas um núcleo de espermatozóides se funde efectivamente com o núcleo do óvulo. O resultado mais importante da fertilização é a activação do óvulo, que permite que o óvulo seja submetido à divisão celular. A activação, contudo, não requer necessariamente a intervenção de um espermatozóide; durante a partenogénese, em que a fertilização não ocorre, a activação de um óvulo pode ser realizada através da intervenção de agentes físicos e químicos. Invertebrados como afídeos, abelhas e rotíferos reproduzem-se normalmente por partenogénese.
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Nas plantas, certos químicos produzidos pelo óvulo podem atrair espermatozóides. Nos animais, com a possível excepção de alguns cnidários (coelentrados), parece provável que o contacto entre ovos e espermatozóides dependa de colisões aleatórias. Por outro lado, as pelagens gelatinosas que envolvem os ovos de muitos animais exercem uma acção de armadilha sobre os espermatozóides, aumentando assim as hipóteses de interacção bem sucedida espermatozóides.
Os óvulos de invertebrados marinhos, especialmente os equinodermos, são objectos clássicos para o estudo da fertilização. Estes ovos transparentes são valiosos para estudos de observação de células vivas e para investigações bioquímicas e moleculares porque o tempo de fertilização pode ser fixado com precisão, o desenvolvimento de muitos ovos ocorre aproximadamente ao mesmo ritmo em condições adequadas, e grandes quantidades dos ovos podem ser obtidas. Os ovos de alguns teleótopos e anfíbios também têm sido utilizados com resultados favoráveis.