Apvaisinimas - tai gyvybiškai svarbus biologinis procesas, kurio metu susilieja vyriškoji ir moteriškoji lytinės ląstelės (gametos), sudarydamos zigotą. Iš šios naujos ląstelės vėliau vystosi naujas organizmas. Šis procesas yra esminis lytiniam dauginimuisi ir rūšių tęstinumui.
Apvaisinimas gali vykti įvairiais būdais, priklausomai nuo organizmo rūšies. Skiriami du pagrindiniai gyvūnų apvaisinimo būdai: išorinis ir vidinis. Augalų apvaisinimas taip pat turi savo specifiką, ypač sėkliniams augalams.
Gyvūnų apvaisinimas
Dauguma gyvūnų dauginasi lytiniu būdu, o apvaisinimas yra šio proceso pagrindas. Apvaisinimo metu susilieja vyriškoji lytinė ląstelė (spermatozoidas) ir moteriškoji lytinė ląstelė (kiaušinėlis). Susijungia jų branduoliai, ir atsiranda nauja ląstelė - zigota. Joje vyksta segmentacija, ir pradeda vystytis naujas organizmas.
Išorinis apvaisinimas
Išorinis apvaisinimas vyksta ne patelės organizme, o paprastai vandenyje. Šis būdas būdingas daugeliui vandens gyvūnų, tokių kaip žuvys ir varlės. Patelės į vandenį išleidžia kiaušinėlius, o patinai - spermatozoidus. Žiuželių pagalba, labai judrūs spermatozoidai plaukia link kiaušialąsčių, ir abiejų ląstelių branduoliai susilieja.
Varliagyvių patelių kiaušintakiais slinkdamos kiaušaląstės apsidengia drebutine danga, kuri vandenyje išbrinksta. Išnerštos kiaušinėlių krūvos vadinamos kurklais. Nors tai leidžia sutaupyti energijos, apvaisinimo tikimybė išlieka nedidelė ir priklauso nuo aplinkos sąlygų.
Varliagyvių apvaisinimas yra išorinis, tuo jos skiriasi nuo tritonų, kurių apvaisinimas - vidinis. Patinui priviliojus patelę, pora kurį laiką plaukioja apsikabinusi. Vėliau, sekliose, žolėmis apaugusiose vietose, porcijomis išneršiami ikreliai, kurie pritvirtinami prie povandeninių augalų. Nustatyta, kad per visą vasarą viena patelė gali padėti 35 - 1236 kiaušinius. Esant palankioms sąlygoms kiaušiniai išsivysto per 5-7 dienas.
Vidinis apvaisinimas
Vidinis apvaisinimas vyksta patelės lytiniuose takuose. Šis būdas būdingas daugeliui sausumos gyvūnų, tokių kaip ropliai, paukščiai ir žinduoliai. Patelių kiaušidėse subręsta kiaušialąstės, o patinėlių sėklidėse - spermatozoidai. Kiaušialąstės apvaisinimas įvyksta patelės organizmo viduje, kai judrūs spermatozoidai keliauja lytiniais latakais, kol pasiekia kiaušialąstę. Apvaisinimo tikimybė yra didelė, nes į patelės organizmą patenka daug spermatozoidų, o kiaušialąsčių subrandinama nedaug.
Sausumos gyvūnų - vorų, paukščių, žinduolių - kiaušialąstė apvaisinama patelės organizmo viduje. Organizmo viduje apvaisintas kiaušinėlis arba patenka laukan ir vystosi išorėje (vabzdžių, paukščių), arba lieka gimdoje, kol susiformuoja jauniklis (placentinių žinduolių). Organizmai, kuriems būdingas vidinis apvaisinimas, turi susirasti partnerį ir susiporuoti.
Žinduolių apvaisinimas ir vystymasis vyksta vidiniu būdu, išskyrus kloakinius atstovus, kurie deda kiaušinius. Kiaušialąstė apvaisinama patelės viduje. Vystymosi požymis yra tiesioginis - organizmas gimsta panašus į suaugėlį, tik skiriasi dydžiu, proporcijomis ir kai kurių organų išsivystymo lygiu.
Apvaisinimo fazės ir ypatumai
Apvaisinimo metu skiriamos 3 fazės: prasiskverbimas, branduolių susiliejimas ir chromosomų pasikeitimas. Spermatozoidai, patekę į lytinius takus, juda kiaušinėlio link, judėjimą sąlygoja cheminės medžiagos. Spermatozoidas, susitikęs kiaušinėlį, išskiria fermentus, kurie ištirpdo jo spindulinį vainiką, skaidriąją zoną bei membraną ir prasiskverbia prie kiaušinėlio. Spermatozoidui įsiskverbus keičiasi kiaušinėlio apvalkalų laidumas, ir kiti spermatozoidai nebegali patekti į kiaušinėlį. Susijungia abiejų lytinių ląstelių branduoliai, tuo metu susilieja jų chromosomos. Apvaisinimo procesas baigiamas lytinių ląstelių branduolių susijungimu ir zigotos susidarymu.
Apvaisinti patelės lytinę ląstelę galima vienu spermatozoidu (monospermija; būdinga žinduoliams) arba daugiau kaip vienu (polispermija; būdinga ropliams).
Dauguma spermatozoidų, esančių moters lytiniuose takuose, gali dalyvauti apvaisinime 2-3 paras, o kartais net 4-5 paras po ejakuliacijos. Tuo tarpu ovuliavusi kiaušialąstė yra gyvybinga maždaug 24 valandas. Taigi, geriausias laikotarpis apvaisinimui įvykti yra subrendusio folikulo plyšimo metas, šitaip išsilaisvinant kiaušialąstei, taip pat 2-3 dienos prieš ovuliaciją.
Kai kurių gyvūnų kiaušialąsčių apvalkalėlyje yra maža angelė - mikropilė, pro kurią įsiskverbia spermatozoidas. Tačiau visų kitų gyvūnų spermatozoido sąlyčio su kiaušialąste metu fermentas hialuronidazė ištirpdo kiaušialąstės dangalus ir spermatozoido branduolys, centriolės bei mitochondrijos įtraukiami į kiaušialąstės gilumą ir susidaro zigota.
Augalų apvaisinimas
Augalų apvaisinimas taip pat yra sudėtingas procesas. Kai kurių vienaląsčių dumblių apvaisinimas įvyksta susiliejus jų ląstelėms (hologamija). Primityvios sandaros dumblių vyriškosios ir moteriškosios gametos morfologiškai nesiskiria (izogamija). Sudėtingesnės sandaros augalų (samanų, paparčių) gametos yra dvejopos - didesnės makrogametos (moteriškosios lytinės ląstelės) ir mažesnės mikrogametos (vyriškosios lytinės ląstelės). Jų susiliejimas vadinamas heterogamija.
Sėklinių augalų nejudrios moteriškosios gametos vadinamos kiaušialąstėmis. Vyriškosios gametos smulkesnės, jų yra labai daug; nejudrios vadinamos spermiais, o judrios (su žiuželiais) - spermatozoidais. Gaubtasėklių augalų kiaušialąstė yra mezginėje esančiame gemalo maišelyje, o spermiai susidaro iš kuokelių dulkinėse esančių žiedadulkių generatyvinės ląstelės. Po žiedo apdulkinimo generatyvinės ląstelės branduolys pasidalija į 2 lytines ląsteles - spermius, kurie patenka į gemalo maišelį. Vienas spermis susilieja su kiaušialąste, kitas - su gemalo maišelio antriniu branduoliu. Šis procesas, 1898 m. išaiškintas S. Navašino, vadinamas dvigubu apvaisinimu.
Spermatogenezė ir lytinių ląstelių formavimasis
Žinduolių ir Drosophila spermatogenezės metu vyriškos lyties ląstelės vystosi daugybe pagrindinių vystymosi procesų. Tai apima diferenciaciją nuo kamieninių ląstelių populiacijos, mitozės stiprinimą ir mejozę. Po mejozės gemalo ląstelėse įvyksta dramatiškas morfologinis formos pasikeitimo procesas, taip pat visuotinė epigenetinė perkonfigūracija, gemalo perjungimas iš histono į protaminą chromatine.
Spermatogenezė tapo lengva
Tiriant baltymų vaidmenį postmeiotinėje spermatogenezėje, naudojant mutagenezę ar kitas genetines priemones, dažnai sutrinka esminės tiriamo baltymo embrioninės, priešmeiotinės ar meiotinės funkcijos. Drosophila organizmo modelis siūlo šią problemą apeiti: nepažeisti sėklidės ir net lytinių ląstelių cistos, išpjaustytos iš ankstyvųjų lėliukių, sugeba ex vivo išsivystyti kultūros terpėje. Naudojant tokias kultūras galima mikroskopiškai atvaizduoti gyvas sėklidžių ląsteles sėklidėse ir lytinių ląstelių cistose.
Lyties nustatymas ir reguliavimas
Būsimo palikuonio lytis genetiškai nulemia kiaušialąstės apvaisinimo metu. Jei apvaisina spermatozoidas, turintis Y lytinę chromosomą, gaunami vyriški XY lyties palikuonys, o jei spermatozoidas su X lytine chromosoma - moteriškos XX lyties individai. Daugelio žinduolių spermatozoidai su X ir Y chromosoma skiriasi pagal DNR kiekį.
Palikuonio lyties reguliavimo technologijos grindžiamos spermatozoidų polimorfiškumu, kurį nulemia lytinės chromosomos. Gali būti taikomas sėklinamos patelės imunizavimas specifiniais antikūnais prieš „vyriškus“ ar „moteriškus“ spermatozoidus. Kadangi spermatozoidai skiriasi krūviu ir mase, jiems skirstyti gali būti taikoma laisvoji srovinė elektroforezė. Šiuo metu sukurti ląstelės vertinimo metodai pagal jos fotochemines savybes, vadinami šviesos citometrija - tai tiksliausias spermatozoidų skirstymo būdas.
Didžiausia spermos technologinė problema yra ta, kad šiuo metodu skirstyti spermą pagal chromosomos („Y“ ar „X“) tipą yra labai lėtas procesas.
Embriono vystymasis
Kaip minėta, embrionui užsimegzti reikalingos dvi lytinės ląstelės: moteriškoji ir vyriškasis spermatozoidas. Kai jos susilieja ir įvyksta apvaisinimas, jų branduoliai susijungia, susiformuoja zigota. Zigota pradeda dalytis į vis smulkėjančias ląsteles - tai vadinama segmentacija arba skilimu. Kai per porą trejetą dienų susidaro maždaug šešiolikos ląstelių kamuolėlis, tokia užuomazga vadinama morule. Ji toliau skyla, tarp ląstelių pradeda kauptis skystis ir morulė virsta pūslele, vadinama blastocista. Pirmos savaitės pabaigoje blastocista pradeda skverbtis į motinos gimdos gleivinę - tai vadinama implantacija.
Antrą savaitę po apvaisinimo embrioblaste atsiranda amnionas ir trynio maišas, o tarp jų - plokščias embrioninis diskas, kuriame trečią savaitę prasideda gastruliacija, kurios metu susiformuoja trys gemaliniai lapeliai: ektoderma, mezoderma ir endoderma. Būtent iš šių lapelių vėliau skleidžiasi visi embriono kūno audiniai ir organai.
Kiekvieno embriono individualų vystymąsi lemia genų rinkinys, gaunamas iš motinos ir tėvo susijungusių lytinių ląstelių. Išoriniais veiksniais vadinami tie, kurie būdami embriono aplinkoje gali veikti jo raidą. Embrioną ir vaisių supantys priedai ir membranos (placenta, virkštelė, amnionas ir kt.) užtikrina glaudų ryšį su motinos organizmu.
| Bruožas | Išorinis apvaisinimas | Vidinis apvaisinimas |
|---|---|---|
| Vieta | Ne patelės organizme (dažniausiai vandenyje) | Patelės lytiniuose takuose |
| Būdingas | Žuvys, varlės, dauguma bestuburių | Ropliai, paukščiai, žinduoliai, kai kurie bestuburiai |
| Spermatozoidų skaičius | Labai didelis | Sąlyginai mažas |
| Kiaušialąsčių skaičius | Didelis | Sąlyginai mažas |
| Apvaisinimo tikimybė | Maža | Didelė |
| Palikuonių apsauga | Maža (dažnai vystosi išoriniai apvaisinti kiaušinėliai) | Didelė (vystosi patelės organizme) |
tags: #ar #zinduoliai #isorinis #apvaisinimas
