Apvaisinimas yra gyvybiškai svarbus lytinio dauginimosi procesas, kurio metu susilieja dvi skirtingos lytinės ląstelės - gametos - ir susidaro zigota, naujo organizmo užuomazga. Šiame straipsnyje nagrinėsime žinduolių apvaisinimo ir vystymosi būdus, pradedant nuo tradicinių metodų ir baigiant naujausiais moksliniais atradimais.
Apvaisinimo esmė
Apvaisinimas - tai dviejų skirtingų tipų gametų susijungimas ir zigotos (naujo vienaląsčio organizmo arba daugialąsčio organizmo pirmosios ląstelės) susidarymas. Apvaisinime dalyvauja dviejų tipų lytinės ląstelės: moteriška kiaušialąstė ir vyriškas spermatozoidas. Iš zigotos pradeda vystytis naujas organizmas. Apvaisinimo metu susilieja subrendęs spermatozoidas ir užbaigiamas kiaušialąstės dalijimasis, atkuriamas dvigubas chromosomų rinkinys, užtikrinama genetinė įvairovė ir nulemiama lytis, įsijungia tolesni medžiagų apykaitos bei dalijimosi mechanizmai.
Kad pradėtų vystytis naujas organizmas, vyriškos ir moteriškos lytinės gametos turi susijungti. Spermatozoido ir kiaušinėlio branduolių susijungimas vadinamas apvaisinimu.
Apvaisinimo tipai
Gyvūnų karalystėje egzistuoja du pagrindiniai apvaisinimo būdai: išorinis ir vidinis.
Išorinis apvaisinimas
Išorinis apvaisinimas vyksta vandenyje. Žiuželių pagalba, labai judrūs spermatozoidai prie kiaušialąsčių ir abiejų ląstelių branduoliai susilieja. Šio tipo apvaisinimas priklauso nuo aplinkos sąlygų ir apvaisinimo tikimybė nėra didelė. Varliagyvių patelių kiaušintakiais slinkdamos kiaušaląstės apsidengia drebutine danga, kuri vandenyje išbrinksta. Išnerštos kiaušinėlių krūvos vadinamos kurklais. Patelės kiaušidėse subręsta daug kiaušialąsčių, o patinėlių sėklidėse - spermatozoidų. Spermatozoidai labai judrūs, kad galėtų priplaukti prie kiaušialąsčių ir jas apvaisinti. Apvaisinami ne visi kiaušinėliai, nes apvaisinimo tikimybė nedidelė ir priklauso nuo aplinkos sąlygų.
Išorinis apvaisinimas būdingas vandenyje gyvenantiems gyvūnams, tokiems kaip žuvys ir varlės. Patelės išleidžia kiaušinėlius į vandenį, o patinai - spermatozoidus. Apvaisinimas įvyksta, kai spermatozoidai susitinka su kiaušinėliais vandenyje.
Vidinis apvaisinimas
Sausumos gyvūnų - vorų, paukščių, žinduolių kiaušialąstė apvaisinama patelės organizmo viduje, tai vadinama vidiniu apvaisinimu. Organizmo viduje apvaisintas kiaušinėlis 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. Vidinis apvaisinimas būdingas daugeliui sausumos gyvūnų, įskaitant roplius, paukščius ir žinduolius. Patinas suleidžia savo spermatozoidus tiesiai į patelės kūną. Vidinio apvaisinimo privalumai ir būtinybė sausumoje: Apvaisinimas sausumoje yra sudėtingesnis nei vandenyje, nes atvirame ore lytinės ląstelės greitai išdžiūva. Dėl šios priežasties daugelis sausumos gyvūnų naudoja vidinį apvaisinimą. Šis procesas užtikrina, kad spermatozoidai patektų tiesiai į patelės kūną, apsaugodami juos nuo išdžiūvimo ir padidindami apvaisinimo tikimybę. Gyvūnai, kuriems būdingas vidinis apvaisinimas, turi susirasti partnerį ir susiporuoti. Vidinio apvaisinimo pavyzdžiai gyvūnų karalystėje: Drugeliai: Kaip ir dauguma gyvūnų, drugeliai naudoja vidinį apvaisinimą. Patinas suleidžia savo spermatozoidus tiesiai į patelės kūną. Ropliai: Ropliai gyvena ir veisiasi sausumoje. Jie deda kiaušinius kietu lukštu. Apvaisinimas ropliams būdingai yra vidinis. Žinduoliai: Žinduoliams, išskyrus kloakinius, būdingas vidinis apvaisinimas. Aksolotliai: Tai Meksikoje gyvenanti endeminė varliagyvių rūšis, kuriai būdinga neotenija. Poravimasis apima šokio ritualus, kuomet patinas suka ratus aplink patelę ir stumdo ją savo snukučiu. Vėliau jis išskiria spermatoforas, kurias patelė įtraukia į kloaką ir taip įvyksta vidinis apvaisinimas. Bekojai varliagyviai: Daugumos bekojų varliagyvių apvaisinimas yra vidinis.
Vidinis apvaisinimas vyksta patelės lytiniuose takuose (žinduoliai, ropliai, paukščiai). Patelės kiaušidėse subręsta kiaušialąstės, o patinėlių sėklidėse - spermatozoidai. Kiaušialąstės apvaisinimas įvyksta patelės organizmo viduje (judrūs spermatozoidai keliauja lytiniais latakais, kol pasiekia kiaušialąstę). Apvaisinimo tikimybė didelė, nes į patelės organizmą patenka daug spermatozoidų, o kiaušialąsčių subrandinama nedaug. Apvaisintas kiaušinėlis, žinduolių vystosi įsitvirtinęs motinos gimdoje, o paukščių ir roplių kiaušinyje, kuris turi storą lukštą.
Žinduolių apvaisinimas ir vystymasis
Žinduoliai dauginasi vidiniu būdu, išskyrus kloakinius atstovus, kurie deda kiaušinius. Kiaušialąstė apvaisinama patelės viduje. Vystymosi požymis yra tiesioginis - organizmas gimsta panašus į suaugėlį, tik skiriasi didumu, proporcijomis, kai kurių organų išsivystymo lygiu.
Spermatozoidų kelionė ir brandinimas
Lytinio akto metu į moters lytinius takus patenka apie 300-500 mln. spermatozoidų, kurie juda netvarkingai, maždaug 2-3 mm per valandą greičiu. Orgazmo metu gimdos kaklelis trumpam atsidaro, o paskui vėl užsiveria, šitaip sudarydamas sąlygas spermatozoidams patekti iš makšties į gimdą ir iš rūgštesnės terpės (kuri yra makštyje ir pavojingesnė spermatozoidams) į šarmingesnę gimdą. Be to, ovuliacijos dienomis padidėja gleivių praeinamumas, kas taip pat skatina spermatozoidų kelionę link tikslo. Kitomis moters ciklo dienomis gleivinis kamštis yra žymiai sunkiau praeinamas. Jiems judėti padeda gimdos ir kiaušintakių raumenų susitraukimai. Spermatozoidai keliaudami prieš srovę (teigiamasis reotaksis), per maždaug 30 min po ejakuliacijos pasiekia gimdos ertmę (cavitas uteri), o per maždaug 1,5 val. - kiaušidės ampulę (ampulla tubae uterinae). Patekę į lytinius moters takus spermatozoidai dar nėra pajėgūs apvaisinti kiaušialąstės - tam jie dar turi subręsti. Spermatozoidų brendimas, trunkantis apie 7 valandas, vadinamas kapacitacija (lot. capacitas). Kapacitacijos metu nuo spermatozoido akrosomos srities pasišalina jį dengiantis baltyminis sluoksnis ir glikoproteinai. Akrosomos fermentai, tokie kaip hialuronidazė, padeda spermatozoidui pereiti pro spindulinį vainiką, tripsino fermentai skaido skaidriosios srities (zona pellucida) medžiagas. Dėl šių fermentų, taip pat akrosino poveikio spermatozoidas gali pereiti antrinį oocitą (dar besiformuojanti kiaušialąstė) dengiančius sluoksnius.
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.
Apvaisinimo procesas
Perėjęs pro oocito skaidriąją sritį, spermatozoidas sąveikauja su antrinio oocito paviršiumi. Vos tik jis paliečia oocito membraną, pakinta skaidriosios srities cheminės savybės ir ji tampa nelaidi kitiems spermatozoidams - pakinta kiaušialąstės medžiagų apykaita. Visų pirma suintensyvėja jos angliavandenių apykaita, baltymų sintezė, iš aplinkos daugiau imama fosforo ir kalio. Šių procesų metu taip pat pakinta išorinio kiaušialąstės sluoksnio elastingumas ir skaidrumas, po to susiformuoja apvaisinimo dangalas, kuris nebeleidžia kitiems spermatozoidams patekti į kiaušialąstę. Ir nors kiti spermatozoidai jau būna perėję spindulinį vainiką, ar pradėję tirpdyti skaidriosios srities sluoksnį, į kiaušialąstę dėl to patekti negali. Susiliejus spermatozoido ir oocito membranoms, į oocito vidų patenka spermatozoido galva, kaklas ir uodega. Oocitas tuo metu baigia antrąjį mejozinį dalijimąsi ir virsta kiaušialąste, turintį moteriškąjį probranduolį bei dar susidaro vienas polinis (redukcinis) kūnelis. Tuo metu atsiskiria spermatozoido uodega nuo galvos ir suyra, o jo branduolys virsta vyriškuoju probranduoliu (pronukleusu). Prasideda lytinio susijungimo kelias (via copulativa), kurio metu pradeda artėti spermatozoido ir kiaušialąstės branduoliai. Branduolius dengiantys apvalkalai išnyksta, chromosomos susilieja ir išsidėsto centrosomos sudarytoje dalijimosi verpstėje.
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, kuri iškart po apvaisinimo ima dalintis ir formuojasi gemalas, kuris per 3-6 paras nuslenka kiaušintakiu į gimdą, kurioje įsitvirtina ir bręsta. Jei apvaisinamos dvi kiaušialąstės, ima vystytis du gemalai ir gimsta dvyniai. Tokie dvyniai vadinami dizigotiniais.
Embriono vystymasis
Embrionui užsimegzti reikalingos dvi lytinės ląstelės: moteriškoji ir vyriškasis spermatozoidas. Kai jos susilieja ir įvyksta apvaisinimas, jų branduoliai, kuriuose yra moteriškosios ir vyriškosios ląstelių genetinė medžiaga, 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, joje ląstelių daugėja, tarp ląstelių pradeda kauptis skystis ir morulė virsta pūslele, vadinama blastocista. Pirmos savaitės pabaigoje blastocista išsilaisvina iš dangalo, padidėja iki 0,1-0,2 milimetro ir 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. Iš šių lapelių vėliau skleidžiasi visi embriono kūno audiniai ir organai. Aštuntos savaitės pabaigoje embriono kūnelio ilgis yra apie 3 centimetrai, jis sveria 15 gramų.
Yra du pagrindiniai embriono raidos etapai: gemalinis (arba embrioninis) ir vaisiaus. Patys intensyviausi ir sparčiausi pokyčiai vyksta embrioniniame etape. Šiame etape dar galima išskirti pradinį poetapį - tai pirmos dvi savaitės po apvaisinimo. Jo metu zigota, kaip jau minėjome, skleidžiasi ne tik į embriono kūną, bet ir į jo priedus bei plėves (placentą ir kt.). Embriono užuomazga įsitvirtina (implantuojasi) gimdos gleivinėje. Trečią savaitę būsimas embriono kūnas, kol kas plokščias diskas, jau yra atsiskyręs nuo visų priedų ir jame išsisluoksniuoja trys gemaliniai lapeliai. Vyksta aktyvi organogenezė - organų formavimasis: lapeliuose diferencijuoja įvairios ląstelės, iš jų mezgasi įvairūs audiniai, iš kurių susiklosto įvairūs organai.
Kiekvieno embriono individualų vystymąsi lemia genų rinkinys, gaunamas iš motinos ir tėvo susijungusių lytinių ląstelių. Jie ir yra vidiniai veiksniai, kurie koduoja ir reguliuoja žmogaus raidą. 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, atlieka apsauginę ir kitas funkcijas. Maisto medžiagos, deguonis, vitaminai, kai kurie hormonai ir kitos biologiškai aktyvios medžiagos, pereinančios per placentą iš motinos į embriono ir vaisiaus kraują, užtikrina normalią raidą.
Lyties nustatymas ir reguliavimas
Būsimo palikuonio lytis genetiškai nulemiama 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.
Lyties reguliavimo būdai
Palikuonio lyties reguliavimo technologijos (Gender Enhanced Semen arba GES) 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. Parenkamas tokio bangos ilgio šviesos srautas, kurį geriausiai sugeria ar praleidžia tiriamos ląstelės medžiaga. Tai vadinama šviesos citometrija ir yra tiksliausias spermatozoidų skirstymo būdas. Frakcionuojama lytinių chromosomų atžvilgiu (seksuojama) kuilių ir bulių sperma.
Sėklinimo seksuota sperma: privalumai ir trūkumai
Naudojant seksuotą spermą (jei tai pagrįsta pagal bandos reprodukcinį lygmenį), iki 90 proc. padidėja telyčių išeiga. Metodas tinkamas, jei banda genetiškai vertinga ir norima greitai ją padidinti. Teigiama, kad sėklinimo metodą tikslinga taikyti, norint išvengti distokijų (sunkaus, komplikuoto veršiavimosi). Paprastai seksuota sperma apvaisintos karvės atveda smulkesnio sudėjimo telyčias, veršiavimasis būna lengvesnis. Plečiant bandą iš savų gyvulių, išvengiama nepageidautinų genetinių savybių karvių (vadinamosios genetinės taršos). Be to, sėklinant seksuota sperma, galima minimaliai sumažinti išsigimimų riziką, kuri pasitaiko vystantis dvyniams, iš kurių vienas telyčia. Ūkyje, kuriame ruošiamasi taikyti GES technologiją, kad nesutriktų bandos reprodukcija, pravartu numatyti papildomą skaičių telyčių, kurioms bus taikoma ši procedūra. Tačiau vienos seksuotos spermos dozės kaina yra didesnė negu intaktinės spermos ir priklauso nuo buliaus genetinės vertės.
Alternatyvūs apvaisinimo metodai ir ateities vizijos
Mokslininkai nuolat ieško naujų būdų, kaip pagerinti apvaisinimo procesą ir padėti nevaisingoms poroms susilaukti vaikų. Vienas iš tokių būdų - partenogenezė, kai suaktyvinta kiaušialąstė pradeda rutuliotis į embrioną be spermatozoido genetinės medžiagos. Tačiau žinduoliams tai nėra natūralus dauginimosi būdas.
Naujausi moksliniai tyrimai meta iššūkį tradiciniam supratimui apie apvaisinimą. Mokslininkai paskelbė sukūrę pelių jauniklius suliedami spermatozoidus ir ląsteles, kurios nėra kiaušinėliai. Šią alchemiją ištvėrę jaunikliai buvo sveiki, jų gyvenimo trukmė buvo normali, jie galėjo daugintis įprastu būdu. Šis atradimas rodo, kad spermatozoidą gali perprogramuoti ir mitozinio ciklo embrionas, o ne tik kiaušinėlio ląstelė. Vietoj kiaušinėlių mokslininkai panaudojo tam tikras mitozines ląsteles, kurios iš esmės yra labai ankstyvos stadijos, vienaląsčiai embrionai, susidarę be apvaisinimo - šiuo atveju chemiškai aktyvuojant pelės kiaušinėlį.
Kaip veikia IVF | Vaisingumo istorija | BBC Žemės mokslas
Nors tokie tyrimai tik pradėti, rezultatas rodo, kad ir kitų tipų mitozinės ląstelės, pavyzdžiui, odos ląstelės, vieną dieną gali būti panaudotos palikuoniams sukurti. Tai galėtų atverti galimybes gėjams, vyresnio amžiaus moterims ar nevaisingoms poroms susilaukti vaikų su abiejų tėvų DNR. Tačiau kol kas mokslininkams vis dar reikia kiaušinėlių partenogenetiniams vienaląsčiams embrionams - partenogenotėms - sukurti. Vieną dieną galbūt bus galima spausdinti partenogenotes, o ne kurti jas iš kiaušinėlių, kurių tada nebereikėtų.
Naujas apvaisinimo metodas taip pat padėtų išsaugoti nykstančias gyvūnų rūšis, nes mokslininkams leistų išvengti dažnai sudėtingo ir komplikuoto kiaušinėlių surinkimo proceso.
Žalingi įpročiai ir aplinkos veiksniai
Žalingi moters įpročiai turi neigiamą poveikį besivystančiam vaisiui. Rūkymas gali sukelti įvairių komplikacijų vaisiui, įskaitant priešlaikinį gimdymą ir mažą gimimo svorį.
tags: #zinduoliu #apvaisinimo #budai
