Сперматозоїд

Сперматозоїд і яйцеклітина в момент запліднення

Сперматозоїд (від др.-греч. σπέρμα ( рід.п. σπέρματος ) - Насіння, ζωή - "Життя" і εἴδος - "Вид") - чоловіча статева клітина, чоловіча гамета, яка служить для запліднення жіночої гамети, яйцеклітини. Термін використовується для позначення дрібних, зазвичай рухливих гамет у організмів, яким властива оогамия. Зазвичай вони значно менше яйцеклітини, оскільки не містять настільки значної кількості цитоплазми і виробляються організмом одночасно в значній кількості. Поняття "сперматозоїд" необхідно відрізняти від поняття "сперма", оскільки остання складається з насінної рідини (в якій містяться сперматозоїди), а також містить невелику кількість епітеліальних клітин сечівника. Синоніми: живчик, іноді спермій. Зазвичай (особливо в ботаніці) спермиями називають сперматозоїди, позбавлені джгутиків.


1. Сперматозоїди у тваринному світі

1.1. Різноманітність сперматозоїдів у тварин

У різних видів тварин сперматозоїди влаштовані по-різному, однак, спільні риси будови все ж є. У типового сперматозоїда тварин виділяють головку, середню частину і хвіст ( джгутик). У голівці розташовано гаплоидное ядро (несуче хромосоми), акросома (несуча літичні ферменти, необхідні для розчинення оболонки яйцеклітини) і центриоль, яка формує цитоскелет джгутика. Між головкою і середньою частиною знаходиться звуження клітини, так звана шийка. У середній частині розташовується мітохондріон - гігантська галактика мітохондрія. Джгутик служить для руху сперматозоїда.

У більшості тварин сперматозоїд має типову будову, описане вище. Але трапляються винятки. Кількість джгутиків може бути більше одного. Так у акваріумної риби тетрадон сперматозоїди несуть по два джгутики. У деяких ракоподібних сперматозоїди несуть по кілька джгутиків. У круглих черв'яків сперматозоїди взагалі позбавлені джгутиків (в ході еволюції всі клітини цього типу тварин втратили війки і джгутики), вони мають амебоідная форму і пересуваються за допомогою ложноножек. У тритона хвіст несе "ундулірующую мембрану" (плавник). Головки сперматозоїдів дуже різноманітні. У людини головка сперматозоїда яйцеподібна, сплющена з боків. У мишей і щурів - у формі гачка. У нижчих ракоподібних бувають кулясті сперматозоїди. У деяких сумчастих тварин сперматозоїди здвоєні і рухаються в парі, при цьому синхронно б'ють хвостами. Поділ відбувається безпосередньо перед заплідненням яйцеклітини.

Сперматозоїди мають мікроскопічні розміри, як правило, довжина сперматозоїда від декількох десятків до декількох сотень мікрометрів. Розміри сперматозоїдів також сильно варіюють і не корелюють з розміром дорослої тварини. Наприклад, сперматозоїди миші крупніше сперматозоїдів людини в 1,5 рази. А сперматозоїди тритона крупніше сперматозоїдів людини в кілька разів.


1.2. Сперматозоїди людини

1.2.1. Відкриття сперматозоїдів

Вперше сперматозоїди були описані голландським мікроськопістов Антоні ван Левенгуком в 1677 році. За повідомленням самого Левенгука про "насінних звірках" (так назвав їх Левенгук) йому повідомив його друг, студент-медик Йоганн Гам (Johan Ham). І хоча формально відкриття сперматозоїдів належить Гаму, детально розглянув, замалював і описав сперматозоїди Левенгук. Першими були відкриті сперматозоїди людини, незабаром Левенгкук описав сперматозоїди багатьох тварин. Левенгук відразу висловив припущення, що "насіннєві звірята" беруть участь у зачатті, про що повідомив спеціальним листом в Британське Королівське наукове товариство. Роль сперматозоїдів у заплідненні була доведена італійським натуралістом Ладзаро Спаланцані. Однак протягом ще майже століття в науці домінувала точка зору, що сперматозоїди є паразитичними організмами в спермі, а запліднює сама насіннєва рідина. Термін "сперматозоїд" з'явився лише на початку XIX століття. Його ввів академік Петербурзької Академії наук, німець за походженням Карл Ернст фон Бер.


1.2.2. Будова і функція

Будова сперматозоїда

Сперматозоїд людини - це спеціалізована клітина, будова якої дозволяє їй виконати свою функцію: подолати статеві шляхи жінки і проникнути в яйцеклітину, щоб внести в неї генетичний матеріал чоловіки. Сперматозоїд, зливаючись з яйцеклітиною, запліднює її.

В організмі людини сперматозоїд є найменшою клітиною тіла (якщо враховувати тільки саму головку без хвостика). Загальна довжина сперматозоїда в людини дорівнює приблизно 55 мкм. Головка складає приблизно 5,0 мкм в довжину, 3,5 мкм в ширину і 2,5 мкм у висоту, середній ділянку і хвостик - відповідно, приблизно 4,5 і 45 мкм в довжину. [1]

Малі розміри, ймовірно, необхідні для швидкого руху сперматозоїда. Для зменшення розміру сперматозоїда при його дозріванні відбуваються спеціальні перетворення: ядро ущільнюється за рахунок унікального механізму конденсації хроматину (з ядра видаляються гістони, і ДНК зв'язується з білками- протамін), велика частина цитоплазми викидається з сперматозоїда у вигляді так званої "цитоплазматичної краплі", залишаються тільки самі необхідні органели.

Сперматозоїд чоловіка має типову будову і складається з голівки, середній частині і хвоста.

Голівка сперматозоїда людини має форму еліпсоїда, стисненого з боків, з однієї із сторін є невелика ямка, тому іноді говорять про "ложковідной" формі головки сперматозоїда у людини. У голівці сперматозоїда розташовуються наступні клітинні структури:

1) Ядро, що несе одинарний набір хромосом. Таке ядро ​​називають гаплоїдний. Після злиття сперматозоїда та яйцеклітини (ядро якої також гаплоїдні) утворюється зигота - новий диплоїдний організм, що несе материнські і батьківські хромосоми. При сперматогенезі (розвитку сперматозоїдів) утворюються сперматозоїди двох типів: несучі X-хромосому і несуть Y-хромосому. При заплідненні яйцеклітини X-несучим сперматозоїдом формується ембріон жіночої статі. При заплідненні яйцеклітини Y-несучим сперматозоїдом формується ембріон чоловічої статі. Ядро сперматозоїда значно дрібніші ядер інших клітин, це багато в чому пов'язано з унікальною організацією будови хроматину сперматозоїда (див. протаміни). У зв'язку з сильною конденсацією хроматин неактивний - в ядрі сперматозоїда не синтезується РНК.

2) Акросома - видозмінена лизосома - мембранний пухирець, несучий літичні ферменти - речовини, що розчиняють оболонку яйцеклітини. Акросома займає близько половини обсягу головки і за своїм розміром приблизно дорівнює ядру. Вона лежить спереду від ядра і покриває собою половину ядра (тому часто акросому порівнюють з шапочкою). При контакті з яйцеклітиною акросома викидає свої ферменти назовні і розчиняє невелику ділянку оболонки яйцеклітини, завдяки чому утворюється невеликий "прохід" для проникнення сперматозоїда. У акросоме міститься близько 15 літичних ферментів, основним з який є акрозін.

3) Центросома - центр організації мікротрубочок, забезпечує рух хвоста сперматозоїда, а також імовірно бере участь у зближенні ядер зиготи і першому клітинному поділі зиготи.

Позаду головки розташовується так звана "середня частина" сперматозоїда. Від головки середню частину відокремлює невелике звуження - "шийка". Позаду середній частині розташовується хвіст. Через всю середню частину сперматозоїда проходить цитоскелет джгутика, який складається з мікротрубочок. У середній частині навколо цитоскелету джгутика розташовується мітохондріон - гігантська мітохондрія сперматозоїда. Мітохондріон має спіральну форму і як би обвиває цитоскелет джгутика. Мітохондріон виконує функцію синтезу АТФ і тим самим забезпечує рух джгутика.

Хвіст, або джгутик, розташований за середньою частиною. Він тонше середній частині і значно довший її. Хвіст - орган руху сперматозоїда. Його будова типово для клітинних джгутиків еукаріот.


1.2.3. Рух сперматозоїдів людини

Сперматозоїд людини рухається за допомогою джгутика. Під час руху сперматозоїд зазвичай обертається навколо своєї осі. Швидкість руху сперматозоїда людини може досягати 0,1 мм в сек. або більше 30 см на годину. У жінки приблизно через 1-2 години після коїтусу з еякуляцією першого сперматозоїди досягають ампулярної частини фаллопієвій труби (тій частині, де відбувається запліднення).

В організмі чоловіка сперматозоїди знаходяться в неактивному стані, руху джгутиків у них незначні. Переміщення сперматозоїдів по статевих шляхах чоловіка (насінні канальці, протока епідідіміса, сім'явивіднупротоку) відбувається пасивно за рахунок перистальтичних скорочень м'язів проток і биття війок клітин стінок проток. Сперматозоїди набувають активність після еякуляції за рахунок впливу на них ферментів простатичного соку.

Рух сперматозоїдів по статевих шляхах жінки є самостійним і здійснюється проти руху рідини. Для здійснення запліднення сперматозоїдам необхідно подолати шлях довжиною близько 20 см ( цервікальний канал - близько 2 см, порожнину матки - близько 5 см, фаллопієвих труб - близько 12 см).

Середа піхви є згубною для сперматозоїдів, насіннєва рідина нейтралізує вагінальні кислоти і частково пригнічує дію імунної системи жінки проти сперматозоїдів. З піхви сперматозоїди рухаються у напрямку до шийки матки. Напрямок руху сперматозоїд визначає, сприймаючи pH навколишнього середовища. Він рухається у напрямку зменшення кислотності; pH піхви близько 6,0, pH шийки матки близько 7,2. Як правило, більша частина сперматозоїдів не здатна досягти шийки матки і гине у піхву (за критеріями ВООЗ, використовуваним в посткоїтальний тесті, через 2 години після коїтусу у піхву не залишається живих сперматозоїдів). Проходження каналу шийки матки є для сперматозоїдів складним, через наявність у ньому цервікального слизу. Після проходження шийки матки сперматозоїди виявляються в матці, середа якої сприятлива для сперматозоїдів, в матці вони можуть досить довго зберігати свою рухливість (окремі сперматозоїди до 3-х днів [1]). Середа матки робить на сперматозоїди активуюча дію, їх рухливість значно зростає. Це явище отримало назву "капацитации". Для успішного запліднення в матку повинно проникнути не менше 10 млн сперматозоїдів. З матки сперматозоїди направляються в фаллопієві труби, напрямок до яких і усередині яких сперматозоїди визначають по току рідини. Показано, що сперматозоїди мають негативний реотаксіс, тобто прагнення рухатися проти течії. Струм рідини в фаллопієвій трубі створюють війки епітелію, а також перистальтичні скорочення м'язової стінки труби. Велика частина сперматозоїдів не може досягти кінця фаллопієвій труби - так званої "воронки", або "ампули", де відбувається запліднення. З декількох мільйонів сперматозоїдів, що увійшли в матку, лише кілька тисяч досягають ампулярної частини фаллопієвій труби. Яким чином сперматозоїд людини розшукує яйцеклітину в воронці фаллопієвій труби, залишається неясним. Існують припущення про наявність у сперматозоїдів людини хемотаксису - руху у напрямку до якимсь речовин, які виділяються яйцеклітиною, або фолікулярними клітинами, її оточуючими. Незважаючи на те, що хемотаксис властивий сперматозоїдам багатьох водних організмів із зовнішнім заплідненням, у сперматозоїдів людини і ссавців тварин його наявність доки не доведено.

Спостереження in vitro показують, що рух сперматозоїдів є складним - сперматозоїди здатні обходити перешкоди і здійснювати активний пошук.


1.2.4. Тривалість життя сперматозоїдів людини

Після періоду дозрівання, що становить близько 64 днів, сперматозоїд може зберігатися в організмі чоловіка до місяця. В еякуляті вони здатні вижити в залежності від умов середовища (світло, температура, вологість) до 24 годин. Під піхву сперматозоїди гинуть протягом декількох годин. В шийці матки, матці і фаллопієвих трубах сперматозоїди залишаються живими до 6 діб.


2. Сперматозоїди в рослинному світі

У більшості випадків сперматозоїди рослин дуже дрібні; виняток - сперматозоїди саговників : у деяких видів вони видні неозброєним оком, досягаючи в діаметрі 0,3 мм. Ядро у сперматозоїдів рослин зазвичай крупне, з невеликою кількістю цитоплазми. Сперматозоїди рослин також називають антерозоіди [2]. Орган рослин, в якому утворюються сперматозоїди, називається антеридії.


Примітки

  1. 1 2 Основні анатомічні та фізіологічні дані для використання в радіаційній безпеці: референтні значення. Публікація МКРЗ 89. - М: Видавництво "Медкнига", 2007. - С. 184.
  2. Антерозоіди / / Енциклопедичний словник Брокгауза і Ефрона : В 86 томах (82 т. і 4 дод.). - СПб. , 1890-1907.

Література

  • Дроздов О. Л., Іванків В. Н. Морфологія гамет тварин. Значення для систематики і філогенетики. - М., Изд. дім "Цілий рік", 2000. - 460 с.: Іл.