Kaip spermatozoidas yra prisitaikęs atlikti savo funkcijas

Spermatozoidas (gr. spermeion - sėkla, zoon - gyva būtybė) - tai vyriška lytinė ląstelė, gameta. Tai haploidinė ląstelė. Spermatozoido funkcija yra apvaisinti kiaušialąstę - moteriškąją lytinę ląstelę, susidarant zigotai, iš kurios vystosi naujas tos pačios rūšies individas. Haploidinė ląstelė, prisitaikiusi pernešti paveldimąją informaciją - ji turi žiuželius, todėl gali judėti. Kadangi kiaušinėlį apvaisina tik vienas iš milijardų spermatozoidų, juos labai smarkiai veikia natūrali atranka - visa spermatozoido sandara pritaikyta greitai judėti. Spermatozoidas - labai diferencijuota ląstelė.

Spermatozoido sandara: apvaisinimo funkcijai pritaikyta forma

Spermatozoidas, kuris prisitaikęs pernešti paveldimąją informaciją ir užtikrinti apvaisinimą, susideda iš trijų pagrindinių dalių. Ją paprastai sudaro 3 dalys - galvutė, uodegėlė ir jas jungiantis kaklas (jungiančioji dalis). Žmogaus spermatozoidas būna apie 60 µm ilgio, susideda iš 4,5 µm ilgio galvutės (plotis 3 µm, storis 1 µm), 1 µm kaklelio ir 55 µm ilgio uodegėlės.

Spermatozoido galvutė - genetinės informacijos saugykla

Spermatozoido galvutė sudaryta iš dviejų dalių - akrosomos ir branduolio. Akrosoma sudaro kepurę, kuri uždengia apie 2/3 spermatozoido priekinės dalies, o didžiąją galvutės dalį užima branduolys. Akrosoma dengia spermatozoido 2/3 priekinio paviršiaus ir dėl jos spermatozoidas įsiskverbia į kiaušialąstės vidų.

Elementas, kuriame yra kaupiama informacija (DNR) yra vadinamas branduoliu ir galiausiai būtent jis susijungia su moters kiaušinėliu. Branduolyje yra haploidinis chromosomų rinkinys, jis lemia individo lytį, nes spermatozoidas gali turėti X arba Y lytinę chromosomą. Žmogaus spermatozoidas gali turėti „X“ arba „Y“ tipo lytinę chromosomą.

Spermatozoido branduolys ypatingas tuo, jog DNR čia supakuota net iki 6 kartų stipriau nei metafazinėse chromosomose. Šiuo atveju tradiciniai histonai pakeičiami protaminais - baltymais, turinčiais daug teigiamų aminorūgščių (arginino, histidino, lizino). Žmogaus atveju, 70 % branduolio baltymų - protaminai, o 20 % histonai. Spermatozoidų branduolyje chromosomos išsidėsto neatsitiktinai. Telomeros jungiasi į poras arba tetramerus ir prisitvirtina prie branduolio apvalkalo. Tuo tarpu centromeros išsidėsto branduolio centre, sudarydamos tam tikrą struktūrą - chromocentrą. Tarp branduolio apvalkalo ir plazminės membranos lieka plonas citoplazmos sluoksnis.

Kaklas ir uodegėlė: judrumo mechanizmas

Uodegėlę su galvute jungia kaklas (jungiančioji dalis). Jame išsidėsčiusios dvi centriolės. Viena iš jų veikia kaip pamatinis kūnelis, duoda pradžią aksonemai - centriniam spermatozoido uodegėlės elementui. Kaklelyje yra citoplazmos apsuptos centriolės. Nuo distalinės centriolės per uodegėlę eina ašinis siūlas (aksonema). Jis susideda iš fibrilių pluošto.

Spermatozoido uodegėlė - ląstelės žiuželis - sąlygoja jo judrumą. Kad galėtų pats judėti, spermatozoidai turi uodegėles, padengtas mitochondrijomis, kurios sukelia plaukimo efektą. Mitochondrijos yra pavienės ląstelės, kurių funkcija yra paversti įvairias maistingas medžiagas, randamas organizme, į energiją. Vidurinę uodegėlės dalį supa mitochondrijų sluoksnis. Mitochondrijų būna daugiau kaip 50.

Pagrindinė uodegėlės dalis yra ilgiausia. Ji sudaryta iš aksonemos, apsuptos 7 išorinių tankiųjų skaidulų, kurias dar papildomai dengia skaidulinis dangalas. Jos dėka žmogaus spermatozoidas gali judėti 1-3 mm/min greičiu.

Spermatozoidų formavimasis (spermatogenezė)

Spermatozoidai susiformuoja spermatogenezės metu vyro lytinių organų sėklidžių sėkliniuose vamzdeliuose. Žmogaus spermatozoidas susiformuoja per 61 dieną. Spermatogenezė pastoviai vyksta subrendusio vyro sėklidėse esančiuose sėkliniuose kanalėliuose.

Šis procesas prasideda lytinio brendimo pradžioje, kai berniukui būna 11-14 metų, kuomet testosteronas suaktyvina miegančias nespecializuotas diploidines pirmines lytines ląsteles spermatogonijas. Tuomet spermatagonija dauginasi mitoziškai, taip sudarydama po dvi naujas ląsteles: spermatogoniją ir spermatocitą. Pirminis spermatocitas dalinasi mejoziškai. Po pirmojo mejozės dalijimosi susidaro dvi haploidinės ląstelės, dar vadinamos antriniais spermatocitais. Antriniai spermatocitai dalinasi antruoju mejozės dalinimusi ir susidaro keturias haploidinės, bet dar nediferencijuotos ląstelės spermatidės. Vėliau spermatidės subręsta, įgyja būdingą sandarą ir virsta spermatozoidais.

Naujoms spermatozoidų ląstelėms pagaminti gali prireikti iki 70 dienų. Jų gamyba yra nuolatinis procesas, kadangi kiekvienos ejakuliacijos metu yra išmetama apie ketvirtadalį milijardo spermatozoidų.

Brendimo metu priekinės hipofizės (posmegininės) dalies liauka gamina hormonus, dėl kurių vyrams auga plaukai ant krūtinės, suvyriškėja balsas ir atsiranda kiti požymiai, skiriantys juos nuo moterų. Atskirti spermatozoidai vėliau iš sėklinio kanalėlio patenka į sėklidės prielipo lataką ir čia kaupiasi (sperma). Čia jie tampa judriais bei keičia formą. Prielipe jie bręsta tol, kol galiausiai yra pasiruošę išmetimui, kurio metu yra sumaišomi su sėkla.

Paveldimoji informacija ir kiti komponentai, perduodami apvaisinant

Spermatozoidas turi pusę genetinės medžiagos reikalingos ląstelei, be to, jis lemia individo lytį. Jei su kiaušinėliu susilieja X spermatozoidas, vystosi moteriškasis organizmas, o jei Y - vyriškasis. Ilgą laiką buvo manoma, jog spermatozoidas kiaušinėliui pristato tik tėvinį haploidinį chromosomų rinkinį. Tačiau paaiškėjo, jog į kiaušinėlį patenka ne tik galvutė, bet visas spermatozoidas.

Taip būsimam individui pristatomos centriolės ir kai kurie baltymai, reikalingi kiaušinėlio aktyvavimui (pvz., PLCζ didina kiaušinėlio pralaidumą Ca2+ jonams ir taip jį aktyvuoja). Spermatozoide esančias centrioles paveldi būsimas organizmas, nes moteriškosios lytinės ląstelės jų neturi. Baltymų svarbą iliustruoja tai, jog vaisingų ir nevaisingų vyrų spermatozoiduose žymiai skiriasi ~ 20 baltymų kiekis.

Nors spermatozoiduose neaptikta transkripcijos ar transliacijos pėdsakų, branduolyje rasta apie 3000 iRNR molekulių bei keletas rūšių mikro-RNR. Rasta įrodymų, jog į kiaušinėlį pristatomi RNR kūneliai. Kai kurios iRNR koduoja baltymus, reikalingus ankstyvam embrionų vystymuisi. Gali būti, kad jos pristatomos tiesiai į kiaušinėlį arba pakuojant genomą neleidžia inaktyvuoti tam tikrų genų.

Spermatozoidų kelias moters reprodukciniame trakte ir natūrali atranka

Kai spermatozoidai yra pasiruošę išvysti pasaulį, jie juda sėkliniu lataku, o tuomet susijungia su šlaple. Kelyje iki sėklinio skysčio (kuris perneša spermatozoidus) spermatozoidai gauna svarbių ingredientų. Sėklinės pūslelės prideda fruktozės ir prostaglandinų. Kartu jie reguliuoja spermos higieną keliavimo metu. Prostata išskiria nerūgštinį skystį, kuris suteikia sėklai spalvą bei lipnumą, o Kuperio liauka pagamina gleivėtą skystį, kuris atlieka lubrikanto vaidmenį. Vyro kūnas taip pat turi sistemą, kuri neutralizuoja bet kokio galimai šlaplėje užsilikusio šlapimo rūgštingumą. Visi šie skysčiai ir sperma sudaro sėklą, kuri yra išmetama iš kūno per švelnių raumenų judesių seriją, inicijuojamą sužadinimo ir simuliacijos metu.

Artėjant orgazmui raumenys, kontroliuojantys prostatą, šlaplę ir sėklides, susitraukia. Jie pakelia kapšelį ir išmeta spermatozoidus per šlaplę, vidutiniu 30 km/h greičiu. Šis procesas užtrunka nuo 3 iki 10 sekundžių. Teigiama, kad susitraukimai, susiję su moters orgazmais, perneša spermatozoidus iš vaginos į kaklelį, kur jie turi geresnius šansus pasiekti kiaušinėlį.

Natūralus apvaisinimas yra brutalus žaidimas. Žmonių ir kitų žinduolių organizme jis prasideda nuo staigaus maždaug 60 mln. spermatozoidų antplūdžio. Kiekvieno iš jų tikslas yra susijungti su kiaušialąste. Tačiau tam, kad spermatozoidas galėtų tai padaryti, jam reikia aplenkti konkurentus ir išgyventi daug pavojų - nuo rūgštinės terpės iki imuninės atakos.

Spermatozoidai, dėl rūgštinių išskyrų, makštyje gali išgyventi apytiksliai 6 valandas. Moters organizme vyrauja rūgštinė terpė, kuri trukdo spermatozoidams įsitvirtinti. Gimdos kaklelio gleivės, atsirandančios artėjant ovuliacijai, yra labiau šarminės ir draugiškesnės spermatozoidams. Visų pirma, moters organizmas skleidžia kvapą, kuris yra išskiriamas arba paties kiaušinėlio, arba moters reprodukcinio trakto. Šis procesas yra žinomas kaip „cheminė trauka“ ir leidžia spermatozoidams plaukti agresyviai.

Mokslininkai panaudojo mažo mastelio modelį ir kompiuterines simuliacijas, norėdami parodyti, jog tam tikri moters reprodukcinio trakto susiaurėjimai veikia kaip vartai sunkiame spermatozoidų kelyje nuo gimdos kaklelio iki kiaušialąstės ir praleidžia tik greičiausius. Bandymai su vyrų ir jaučių sperma atskleidė, kad „stipriausi plaukikai“ turi daugiausia galimybių prasmukti pro tokias siauras vietas, vadinamas striktūromis. O silpnesnius artėjančius spermatozoidus nustumia priešpriešinės srovės. „Pagrindinis šių striktūrų poveikis yra neleisti lėtai judantiems spermatozoidams prasmukti, o atrinkti judriausius spermatozoidus“, - sakė tyrimui vadovavęs Niujorke veikiančio Cornelio universiteto chemikas Alireza Abbaspourradas.

„Jeigu pažvelgtumėte į žinduolių reprodukcinės sistemos anatomiją, tai pamatytumėte, kad kanalo, vedančio iki kiaušialąstės, išmatavimai nėra pastovūs, - sakė A. Abbaspourradas. - Tam tikru metu jis yra be galo siauras, todėl tik keli spermatozoidai gali patekti, o kitiems tai nepavyksta.“ Siekdami parodyti, kaip spermatozoidai elgiasi priartėję prie striktūrų, A. Abbaspourradas ir jo kolegos sukonstravo nedidelį „mikrofluidinį“ įrenginį, kuris atkartojo siauras vietas, per kurias turi praplaukti spermatozoidai. Šiame įrenginyje buvo trys akies formos skyreliai, atskirti striktūromis. Mokslininkai prietaisą nustatė taip, kad įšvirkšti spermatozoidai link striktūrų turėtų plaukti prieš tekančio skysčio srovę.

Bandymas, aprašytas žurnale „Science Advances“, parodė, kad kai kurie spermatozoidai per susiaurėjimus praplaukė greičiau nei kiti, tačiau daugumą nubloškė priešpriešinė srovė. Vaizdo įrašas parodė, kad spermatozoidai priplaukia prie striktūros, tuomet yra nubloškiami atgal, o vėliau vėl bando. Tiek vyro, tiek ir jaučio spermatozoidai, bandydami įveikti striktūrą, elgėsi taip pat. Jie judėjo įstrižai vadinamąja drugelio forma link angos palei vieną skyriaus sienelę. Vėliau juos nublokšdavo link priešingos sienelės, ir tuomet jie mėgindavo vėl plaukti link angos, tačiau juos vėl nublokšdavo. „Labiausiai stebinanti dalis buvo tas spermatozoidų plaukimas drugelio formos keliu, - pasakojo A. Abbaspourradas. - Ši judėjimo forma priveda prie spermatozoidų susitelkimo tokiu būdu, kad greitesni spermatozoidai yra arčiau striktūros ir vienas kito, o lėtesnius srovė nubloškia tolyn ir išsklaido.“ Galiausiai pro striktūrą praplaukia „geriausi plaukikai“.

Vieno eksperimento metu vienas spermatozoidas praplaukė 84,2 mm per sekundę greičiu pro vieną iš striktūrų, o jo konkurentus srovės nubloškdavo atgal kaskart, kai jie mėgino praplaukti. Prasčiausius plaukikus srovė nubloškdavo toliausiai, todėl stipresni turėjo daugiausia galimybių dar kartą bandyti. „Rezultatai rodo, kad tik greičiausi ir, kaip manoma, geriausi spermatozoidai gali prasmukti pro šiuos susiaurėjimus ir įveikti priešpriešinę srovę, - sakė Sheffieldo universiteto andrologijos profesorius Allanas Pacey. - Biologiškai tai yra visiškai logiška ir padeda paaiškinti, kaip moters reprodukcinis traktas sugeba užtikrinti, jog kiaušialąstę pasieks geriausias spermatozoidas“.

Pasiekę kiaušinėlį, spermatozoidai visiškai apgaubia jo lukštą (ekstraląstelinį sluoksnį). Tuo metu kiaušinėlis pereina esminius pokyčius, kurie leidžia vienam spermatozoidui prasibrauti pro apsauginį kiaušinėlio sluoksnį ir su juo susijungti. Kai kurie spermatozoidai, perėję šiuos cheminius pokyčius, gali pademonstruoti padidėjusį mobilumą ar hiperaktyvumą bei įveikę nedideles kliūtis toliau judėti link branduolio. Na ir galiausiai, perėję per išorinę membraną, du branduoliai susijungia ir, galbūt, sukuria naują unikalų organizmą.

Įdomūs faktai apie spermatozoidus

Gyvūnai gamina labai daug spermatozoidų. Spermatogenezės procesas yra nuolatinis, užtikrinantis pakankamą jų kiekį apvaisinimui.

Subrendę žmogaus spermatozoidai yra 50-60 mikronų ilgio, makštyje išbūna apie 2,5 valandos, gimdos kaklelyje - dvi paras (kartais ir ilgiau). Jie juda prieš skysčio srovę 3 mm/min. Spermatozoidų paviršius įkrautas neigiamai, todėl jie nesulimpa. Kai kurių gyvūnų spermatozoidai netipiški, jų sandara labai įvairi. Stambiausi yra tritono spermatozoidai - iki 500 µm, šuns, jaučio, arklio, avino - nuo 40 iki 75 µm. Augalų spermatozoidas būna rutulio, kriaušės, siūlo pavidalo. Dažniausiai labai mažas, su 2 arba daugiau žiuželių. Branduolys didelis, citoplazmos nedaug.

Spermos kiekio ir kokybės mitai

Nors sklando įvairių mitų, svarbu remtis moksliniais faktais. Pavyzdžiui, vaiko pradėjimui vieno spermatozoido nepakanka. Moters organizme vyrauja rūgštinė terpė, kuri trukdo spermatozoidams įsitvirtinti. Apvaisinimui reikia, kad būtų užtektinai sėklos skysčio, kuris neutralizuotų rūgštingumą ir padėtų spermatozoidams pasiekti kiaušialąstę. Vidutiniškai apvaisinimui reikia 2 ml spermos, o jei jos mažiau, pradėjimo tikimybė gerokai sumažėja. Paprastai spermos „porciją” sudaro 4 ml skysčio.

Dažnai mylintis sperma tampa netinkama pradėjimui. Visų pirma, su kiekviena ejakuliacija mažėja jos kiekis, be to, per trumpas pertraukas tarp sueičių spermatozoidai nespėja subręsti, todėl jie gali neapvaisinti kiaušialąstės. Susilaikymas iš dalies gerina spermos kokybę. Tačiau ir „rinkti” spermos neverta ilgiau nei 7-10 dienų. Visų pirma, sėkla užsistovi, be to, spermatozoidai susilpnėja ir tampa mažiau judrūs, ir tai taip pat mažina pradėjimo tikimybę. Jei norite kuo greičiau pastoti, geriausia mylėtis 2 kartus kas 5-7 dienas.

Spermos skonis priklauso nuo vyro mitybos. Paprastai, jei vyras mėgsta saldumynus, aštrius patiekalus su prieskoniais, jūros gėrybės, be to, seniai rūko, jo sperma tampa specifinio skonio. O alkoholis keičia ne spermos skonį, bet vyro reprodukcines funkcijas ir jo potenciją. Kad spermos skonis pagerėtų, vyrui reikia valgyti arbūzus, kivius, salierus, spanguoles, slyvas ir mėlynes. O neskani sperma tampa nuo alaus ir kavos, žuvies ir mėsos, pieno ir rūgštaus pieno produktų.

Gyvenimo būdas turi įtakos spermos kokybei. Be abejonės, norint pradėti vaiką, reikia sveikos spermos, o tai neįmanoma gyvenant nesveikai. Tam, kad vyro organizmas gamintų sveikus ir aktyvius spermatozoidus, jis neturėtų vartoti alkoholio, vaistų, neturėtų rūkyti.

tags: #kaip #spermatozoidas #yra #prisitaikes #atlikti #savo

• Kūdikių ir vaikų žvairumo priežastys
• Patarimai gripo epidemijos metu vaikams darželyje
• Didžiosios kunigaikštienės pasišventimas
• Ką valgyti 18 mėnesių kūdikiui
• Išsamus gidas: gimimo kortelės ir dokumentacija gimdymo metu