Лабораторная работа № 7
Гаметогенез: сперматогенез и овогенез. Оплодотворение
 

Эмбриология - это наука о закономерностях развития половых клеток животных (прогенез), а также развития организма, начиная от момента оплодотворения до рождения (у живородящих животных) или вылупления из яйца (у яйцекладущих животных).
Эмбриональное развитие, или эмбриогенез, - это сложный и длительный морфогенетический процесс, в ходе которого из отцовской и материнской половых клеток формируется новый многоклеточный организм, способный к самостоятельной жизнедеятельности в условиях внешней среды. В эмбриогенезе различают несколько стадий:
оплодотворение и образование зиготы;
дробление с образованием бластулы;
гаструляция с образованием зародышевых листков;
формирование зачатков тканей (гистогенез), органов (органогенез) и внезародышевых органов.
Эмбриогенезу предшествует прогенез – развитие и созревание половых клеток – яйцеклеток (овогенез) и сперматозоидов (сперматогенез). Родоначальником половых клеток являются гаметобласты. Они формируются у животных и человека в зародышевый период развития в стенке зародышевого мешка. Отсюда с током крови гаметобласты мигрируют в зачатки половых желез, где впоследствии развиваются спермии и яйцеклетки.

Сперматогенез (процесс развития мужских половых клеток) осуществляется в семенниках, а овогенез (процесс созревания женских половых клеток) происходит в яичниках. В процессе созревания спермиев и яйцеклеток диплоидное число хромосом в ядре уменьшается вдвое, в результате чего зрелые половые клетки содержат гаплоидный набор хромосом. Сперматогенез включает четыре последовательных периода: размножение, рост, созревание и формирование, а овогенез три периода: размножение, рост и созревание.
Сперматозоид, длиной около 70 мкм, состоит из головки, шейки (соединяющая часть) и хвостика. Клетка покрыта цитолеммой, которая в переднем отделе содержит рецептор – гликозилтрансферазу, обеспечивающую узнавание рецепторов яйцеклетки. Почти весь объем головки сперматозоида занимает ядро с гаплоидным набором хромосом. В ядре спермия человека содержится 23 хромосомы, одна из которых является половой (X, Y), остальные – аутосомами. Над ядром располагается акросома в виде чехлика, заполненного гидролитическими ферментами, играющими важную роль в процессе оплодотворения яйцеклетки. В шейке спермия находятся проксимальная и дистальная центриоли, от передней части дистальной центриоли формируется осевая нить хвостика. Движения хвоста (бичеобразные) способствуют движению сперматозоида.

Яйцеклетки отличаются от сперматозоидов большими размерами (яйцеклетка человека имеет диаметр около 130 мкм), формой (у яйцеклеток она шаровидная), отсутствием центриолей, невозможностью самостоятельного передвижения. Развивающиеся яйцеклетки называют овоцитами. В процессе развития они окружаются слоем фолликулярных клеток, выполняющих трофическую функцию. За счет веществ, синтезируемых овоцитом и фолликулярными клетками, вокруг яйцеклетки формируется блестящая зона, содержащая гликозаминогликаны. В процессе роста в цитоплазме овоцита накапливаются желточные включения (рис. 7.2).
Верхнюю часть зрелой яйцеклетки называют анимальным полюсом, нижнюю – вегетативным.
По количеству желтка различают следующие яйцеклетки: алецитальные – безжелтковые (у некоторых паразитарных червей), олиголецитальные – с малым количеством желтка (у ланцетника, млекопитающих, человека), мезолецитальные – со средним количеством желтка (у рыб, земноводных), полилецитальные – с большим количеством желтка (у пресмыкающихся, птиц).
По характеру распределения желтка различают следующие яйцеклетки: изолецитальные – с равномерным распределением желтка (у ланцетника, млекопитающих, человека), умеренно телолецитальные (у рыб, амфибий), резко телолецитальные – с локализацией желтка у вегетативного полюса (у птиц, рептилий).
Яйцеклетка человека содержит малое количество желтковых гранул (питательного материала), расположенных более или менее равномерно. Наличие небольшого количества желтка в яйцеклетке обусловлено развитием зародыша в организме матери.
Яйцеклетки созревают в неизмеримо меньшем количестве, чем сперматозоиды. У женщины в течение полового цикла (24-28 дней) созревает, как правило, только одна яйцеклетка. Таким образом, за детородный период образуется около 400 зрелых яйцеклеток.
Выход овоцита из яичника называется овуляцией. Вышедший из яичника овоцит окружен венцом фолликулярных клеток, число которых достигает 3-4 тыс., он подхватывается бахромками маточной трубы (яйцевода) и продвигается по ней. Здесь заканчивается созревание половой клетки.

Оплодотворение
Оплодотворение яйцеклетки происходит в верхней трети яйцевода. В результате слияния женской и мужской половой клеток образуется зигота с диплоидным набором хромосом.
В процессе оплодотворения различают 3 стадии: 1) дистантное взаимодействие и сближение гамет; 2) контактное взаимодействие и активизация яйцеклетки; 3) вхождение сперматозоида в яйцеклетку и слияние ядер половых клеток.
При дистантном взаимодействии большое значение имеют хемотаксис и реотаксис. Хемотаксис - способность мужских половых клеток двигаться против градиента концентрации гамонов (химические вещества, выделяемые яйцеклеткой и спермиями). Концентрация гамонов выше всего около яйцеклетки, туда и направлено движение сперматозоидов. Реотаксис - способность двигаться против тока жидкости. Кроме таксисов сближению половых клеток способствуют перистальтика маточных труб и мерцательное движение ресничек эпителия маточных труб. На близком расстоянии встрече половых клеток способствует их противоположная заряженность.
Вторая фаза – контактное взаимодействие гамет, при этом сперматозоиды вращают яйцеклетку, вступают в контакт с ее оболочкой. Яйцеклетка совершает вращательные движения вокруг своей оси со скоростью 4 оборота в минуту. Эти движения обусловлены биением жгутиков сперматозоидов и продолжаются около 12 часов. Проникновение спермия в яйцеклетку осуществляется с помощью акросомы и ее ферментов спермолизинов. Ферменты, выделяемые из акросом сотен принимающих участие в осеменении сперматозоидов разрушают лучистый венец, расщепляют гликозаминогликаны блестящей оболочки яйцеклетки. Отделяющиеся фолликулярные клетки склеиваются в конгломерат, который вслед за яйцеклеткой перемещается по маточной трубе благодаря мерцанию ресничек эпителиальных клеток слизистой оболочки. У млекопитающих при оплодотворении в яйцеклетку проникает только один сперматозоид. Такое явление называется моноспермией.
Третья фаза. В ооплазму проникает головка и промежуточная часть хвостового отдела сперматозоида. После вхождения спермия на периферии ооплазмы происходит ее уплотнение (кортикальная реакция) и образуется оболочка оплодотворения.
Кортикальная реакция – слияние плазмолеммы яйцеклетки с мембранами кортикальных гранул, в результате чего содержимое гранул способствует образованию оболочки оплодотворения толщиной 50 нм, препятствующей полиспермии – проникновению других сперматозоидов.
Через несколько минут после проникновения сперматозоида включаются механизмы усиленного внутриклеточного обмена. Попавшее в яйцеклетку ядро спермия постепенно набухает, хроматин разрыхляется, и оно превращается в мужской пронкулеус. Аналогичные изменения происходят в ядре яйцеклетки. В течение приблизительно 12 часов мужской и женский пронуклеусы сближаются, а затем объединяются, образуется зигота – одноклеточный зародыш. Таким образом происходит восстановление диплоидного набора хромосом, характерного для человека.