Более четырехсот лет назад известный ученый А. ван Левенгук обнаружил в составе семенной жидкости сперматозоиды. Врачи долгое время считали их разновидностью патологических микроорганизмов, пока не открыли роль в процессе оплодотворения. С тех пор внимание ученых беспрестанно приковано к этим удивительным клеткам, ведь именно они дают начало новой жизни.
Процесс образования спермы, в которой и содержатся сперматозоиды, происходит у мужчин всю жизнь. До начала полового развития ее количество ничтожно мало, а потом сперма активно продуцируется в течение половозрелого периода. Приблизительно в шесть лет яички могут начать вырабатывать сперматогонии, а полностью сперматогенез стабилизируется лишь к 15 годам. В старости мужской организм вырабатывает совсем мало спермы, однако сам по себе процесс не прекращается. Какие известны особенности этого процесса, читайте ниже.
Общие сведения о сперме и сперматозоидах
Около трех процентов от объема спермы составляют сперматозоиды. Они выделяются вместе со спермой при каждом семяизвержении. В одной эякуляции может содержаться около 80 млн созревших половых клеток, причем наибольшая концентрация содержится в первой порции эякулята.
Основная роль спермы – быть питательной средой в процессе созревания сперматозоидов. Для этого в ней находится масса полезных веществ:
- Аскорбиновая кислота.
- Фруктоза.
- Молочная кислота.
- Витамин В 12 и другие.
Для мужского организма чрезвычайно важно, чтобы созревание его сперматозоидов было обеспечено полностью, поскольку именно они несут генетическую информацию будущему ребенку.
Сперматозоиды – одни из наиболее специфичных клеток, поскольку по ряду своих признаков не похожи на другие эукариоты. В частности:
- Сперматозоиды имеют особые органеллы.
- Клетка может самостоятельно передвигаться.
- Имеют половинный набор хромосом.
Эти особенности делают сперматозоиды уникальными эукариотами, которые живут по своим законам. И хотя они отличаются от соматических клеток, все равно подчиняются общим процессам, протекающим в организме. Например, спермию лучше созреть при температуре 34 градуса, что отлично от других эукариотов. Однако, как и все клетки тела, половые также подвержены негативному влиянию внешних факторов, таких как алкоголизм, курение, употребление наркотиков, перенесение мужчиной тяжелых инфекционных заболеваний.
Процесс образования
Созревание сперматозоидов длительное время также было малоизученным процессом. Сейчас же ученые имеют возможность полностью представлять картину превращения половой клетки в полноценного носителя генетической информации и участника процесса оплодотворения. Это дает возможность не только понимать и лечить мужское бесплодие, но и непосредственно вмешиваться в таинство зачатия, если один из пары имеет патологии, и естественным путем продолжение рода невозможно.
На сперматозоиды негативно влияет употребление алкоголя.
Чтобы созревание половых клеток мужчины прошло полностью, необходимо почти три месяца. За это время сперматозоиды проходят циклы своего развития в яичках (72 дня) и в придатках (12 дней). Лишь после этого они двигаются по направлению к семенным пузырькам и далее в предстательную железу. Созревшие эукариоты «дожидаются своего часа» в придатках яичек, однако и у них есть ограниченное время функционирования – немного меньше месяца. После созревания спермы они начинают стареть, а потом умирают.
Поскольку сперматозоиды имеют довольно длительный период своего развития, то для зачатия здорового потомства мужчине рекомендуют вести максимально здоровый образ жизни не менее трех месяцев до предполагаемого полового акта. Такой продолжительный период сперматогенеза, в течение которого созревают эукариоты, с лихвой окупается производительностью мужского организма. За минуту организм взрослого здорового мужчины вырабатывает около 50 тысяч сперматозоидов, за день – 2,5 млн, а за месяц у него появляется в общем около 72 млн половых клеток.
Основные этапы развития
Цикл созревания сперматозоидов чрезвычайно сложен. Он подчинен нескольким биологическим процессам и носит название сперматогенез. По своей сути, созревание сперматозоидов является процессом развития половых клеток мужчины, происходящим по строгим гормональным, а также генетическим предписаниям и регулирующимся временными рамками.
Созревание сперматозоидов проходит в 5 этапов.
Процесс, который проходят все полноценные половые клетки, включает в себя несколько этапов. На первом происходит процесс обновления и коммитации сперматогониальных элементов. На втором этапе можно наблюдать пролиферацию и апоптоз. Третий этап характеризуется дифференциацией и мейозом. Заключительные два этапа – это репарация и регенерация сперматозоидов. Ключевая суть созревания сперматозоидов состоит в образовании значительного числа клеток, способных передавать генетическую информацию.
Сперматозоиды в процессе своего созревания проходят ряд стадий, качественно отличающихся одна от другой. К таким стадиям можно отнести:
- Первичную половую клетку.
- Гоноцит.
- Стволовую сперматогониальную клетку.
- Прегениторную сперматогониальную клетку.
- Дифференцирующийся сперматогоний.
- Мейоцит.
- Сперматиду.
- Зрелые сперматозоиды.
Каждый из этих периодов чрезвычайно важен, ведь сбой в любом из них может привести к развитию неполноценной клетки. В большинстве случаев такие половые клетки погибают либо на одном из этапов созревания, не заканчивая его, либо являются нежизнеспособными, слабыми в борьбе за яйцеклетку.
Преобразование мужских половых клеток
Процесс образования сперматозоидов начинается с деления стволовых клеток, именуемых сперматогониями. Вслед за ними путем мейоза делятся и последующие клетки. Половые эукариоты делятся в геометрической прогрессии, в результате чего при достижении шестнадцати клеток они качественно преобразовываются. Каждый тип ученые обозначили буквой А и специальными символами, чтобы удобно было означать стадию, на которой сейчас находятся созревающие сперматозоиды. А вот этапы созревания половых клеток у мужчин обозначаются римскими символами. В каждом из последующих этапов образуется совокупность клеток, которые имеют общие признаки и функции. Кратко опишем этапы созревания половых эукаритов:
- I-III стадия – в это время созревает четыре поколения будущих сперматозоидов, этап заканчивается формированием незрелых сперматид. Такой цикл длится 16 дней. Стоит отметить, что именно в этом цикле будущий сперматозоид наиболее уязвим для внешних и внутренних факторов. В ходе сложных процессов хромосомы укорачиваются и утолщаются, ядрышко исчезает, и растворяется ядерная оболочка. Рост клетки останавливается, а генетическая система достигает наивысшей степени конденсации.
- IV-VIII стадия – созревает еще пять поколений половых клеток, что в конечном счете и заканчивается образованием сперматозоида. Этот период состоит из 70 дней. За этот срок изменяется структура ядра клетки, конденсируется хроматин и постепенно выключается геном, образуются акросомы, и сперматозоиды сбрасывают с себя основную часть цитоплазмы.
На этих стадиях созревания образуется эукариот привычного вида – с округлившейся головкой и хвостиком, вполне жизнеспособный для участи в оплодотворении.
Результаты процессов
Человек – один из немногих живых существ, у которого образование сперматозоидов происходит с завидным постоянством. Однако спермии человека наименее эффективны в плане оплодотворения, ведь 75 процентов образовавшихся половых клеток, в конечном счете, стареют и умирают, а более половины несут в себе дефекты, не позволяющие им активно и успешно участвовать в процессе оплодотворения. Ученые высчитали, что лишь 12 процентов созревших эукариотов являются хорошими кандидатами для процесса оплодотворения. С возрастом у мужчины количество таких сперматозоидов постоянно снижается, что обусловлено снижением клеток Сертоли – специфических соматических клеток, которые участвуют в регуляции сперматогенезеа, в частности они «перерабатывают» отмершие половые клетки. Также интересно отметить то, что за последние пятьдесят лет количество здоровых представителей стало вполовину меньше, поэтому каждый двадцатый европеец страдает бесплодием.
Пребывание в эякуляте
После того как половые клетки созрели, они переносятся через семявыводящий проток в состав спермы. Созревает сперма приблизительно 14 дней – именно столько времени сперматозоиды путешествуют в эякулят.
Находясь в эякуляте, мужские половые клетки мало активны. Жгутики сперматозоидов настолько слабо двигаются, насколько это возможно для сохранения энергии. Поскольку такие движения не продуктивны, то передвигаться по семенным канальцам и семявыносящему протоку им помогают мышцы, которые совершают волнообразные перистальтические движения. Способствуют движению и маленькие реснички, расположенные на стенках протоков. Без помощи мышц и ресничек сперматозоид не мог бы быстро добраться до эякулята.
Сперма обеспечивает сперматозоидам защитную функцию.
Активность созревшим эукариотам придает простатический сок, богатый полезными ферментами. Во время полового акта из семявыносящего протока выделяется до 6 мг спермы, что равно приблизительно двум чайным ложкам. Количество спермы зависит от того, сколько дней не было полового акта. Как правило, количество спермы после длительного воздержания больше. За один полноценный половой акт во влагалище попадает достаточно много половых клеток – около пятисот миллионов созревших сперматозоидов, которые потенциально способны оплодотворить яйцеклетку.
Поскольку даже созревшие эукариоты не защищены от негативного внешнего влияния, они глубоко погружаются в продукт половых желез – сперму. Именно сперма обеспечивает созревшим сперматозоидам защиту от недружественной кислой среды влагалища, в которой значительная часть сперматозоидов так и погибает.
Продвигаются вперед лишь наиболее жизнеспособные особи, имеющие хороший запас энергии и питательных веществ для совершения оплодотворения.
Как видим, процесс сперматогенеза – достаточно сложный многоэтапный период, в результате которого у мужчины созревают полноценные сперматозоиды, способные к оплодотворению и передаче генетической информации.
