Строение спермия и яйцеклетки кратко
Обновлено: 02.07.2024
Сперматозоид — уникальная клетка, которая вырабатывается только мужским организмом. Ее единственная функция — донести набор хромосом до женской яйцеклетки и зародить новую жизнь.
В каждой порции эякулята содержатся сотни миллионов сперматозоидов, но в гонке побеждает только один — самый сильный и удачливый. Именно так на первоначальном этапе осуществляется естественный отбор.
Строение сперматозоида
Внешнее строение сперматозоида отражает длительные эволюционные процессы, он представляет собой одноядерную клетку, снабженную жгутиком. Сперматозоиды под микроскопом похожи на головастиков, плывущих головой вперед. Каждый элемент имеет строго определенные размеры и форму.
Эта клетка уникальна, ей присущи следующие особенности:
- крупное ядро с половинным набором хромосом;
- минимум цитоплазмы;
- замедленный обмен веществ;
- усиленный отрицательный заряд, препятствующий агглютинации.
К тому же это единственная подвижная клетка в организме. И даже в агрессивной среде сперматозоиды сохраняют живучесть в течение нескольких часов.
Размер сперматозоида составляет всего 55 мкм в длину. Он состоит из головки, шейки и жгутика. В головке расположена та самая информация, которую необходимо донести до яйцеклетки — набор из 23 хромосом. В шейке находится генератор энергии, необходимой для обеспечения движения. Хвост отвечает за скорость и направление, в котором движется мужская половая клетка.
Головка клетки состоит из ядра и акросомы. В ядре сосредоточен генетический материал, который при слиянии с хромосомным набором яйцеклетки определяет пол, внешность, врожденные патологии и все то, с чем люди рождаются на свет. В верхней части головки находится мембранный пузырек, содержащий ферменты, которые пригодятся для растворения лучистого венца и блестящей оболочки яйцеклетки.
В шейке расположены митохондрии, которые перерабатывают фруктозу семенной плазмы в энергию. А энергии необходимо много, ведь крошечная клетка движется со скоростью 50 микрон в секунду в агрессивной среде. Хвост состоит из девяти пар трубочек, покрытых мембраной, чтобы не затруднять движение.
Выработка и созревание
Многим, но особенно тем, кто планирует зачатие, наверняка интересно узнать, как вырабатывается сперма у мужчин.
Процесс образования сперматозоидов называется сперматогенезом. Он начинается в нежном подростковом возрасте и не прекращается до глубокой старости. Каждую секунду в мужском организме появляется до 1500 новых половых клеток.
Под воздействием тестостерона круглые клетки начинают делиться и последовательно трансформироваться в сперматогонии, сперматиды и сперматозоиды. Созревание последних происходит в извитых канальцах яичек. По мере развития хвоста и головки, сперматид проходит через гемато-тестикулярный барьер, состоящий из клеток Сертоли и перемещается в сторону придатков, где накапливается созревшая сперма. В придатках живые сперматозоиды могут находиться до 5 недель. В свою очередь, в предстательной железе и семенных пузырьках продуцируется семенная плазма.
Сперма попадает в семявыносящие протоки непосредственно перед эякуляцией. В результате возбуждения мышцы сокращаются и направляют сперму в уретру, откуда, собственно, и происходит семяизвержение.
Функции сперматозоида
Единственная функция сперматозоида — оплодотворении яйцеклетки. Для этого он должен двигаться быстро и правильно, иметь достаточный запас энергии, чтобы ее хватило на весь путь, в составе небольшой группы добраться до яйцеклетки, растворить ее оболочку и первым прорваться через блестящую оболочку.
Движение и подвижность
Прогрессивное движение сперматозоидов обеспечивается хвостом, состоящим из протонных каналов. При попадании клетки в агрессивную среду влагалища, каналы открываются, и происходит выброс протонов. Это делается для снижения кислотности среды. Выброс протонов придает клетке реактивное ускорение и хвост начинает шевелиться. Сперматозоид устроен таким образом, что двигается в сторону снижения кислотности, то есть к матке. За этот процесс отвечают анализаторы кислотности.
Подвижность сперматозоидов оценивается по результатам спермограммы. Клетки делятся на группы — от прогрессивно-подвижных до полностью неподвижных.
Продолжительность жизни
Длительность существования сперматозоида зависит от среды пребывания. В организме мужчины они сохраняются до 5 недель. В агрессивной среде влагалища погибают в течение нескольких часов. В матке могут сохраняться от 3–7 суток. Внешняя среда для них невыносима, там они погибают в течение получаса, но после заморозки жидким азотом могут сохраняться течение десятилетий. Это свойство используется при криоконсервации спермы.
Продолжительность жизни также зависит от хромосомного набора. Клетки, содержащие Y-хромосомы, более активны, а X-хромосомы — более живучи.
Нормы и патологические изменения
Форма сперматозоида может иметь следующие отклонения:
- искривленная форма шейки, излишняя или недостаточная толщина;
- излишняя извитость хвоста, удвоение, отсутствие, избыточная или недостаточная длина;
- удвоение головки, наличие большой цитоплазматической капли, отсутствие акросомы.
Как улучшить состав спермы
При подозрении на бесплодие многие пары интересуются, как быстро улучшить качество спермы. Начать стоит с регулярных, но не избыточных физических нагрузок, нормализации половой активности, а также сбалансированной диеты.
Пагубное влияние на развитие сперматозоида оказывают алкоголь, курение, употребление сильнодействующих и наркотических веществ.
Профессиональная лаборатория спермиологии
Большой опыт и профессионализм, наличие собственной сертифицированной лаборатории, анализы экспертного уровня.
Услуги и цены
Мужчины и женщины устроены природой по-разному, причем различия между ними существуют и на клеточном уровне. Мужские и женские половые клетки имеют ряд интересных особенностей в своем строении. Эта статья расскажет о том, как устроены сперматозоиды и яйцеклетки, а также о том, чем они отличаются.
Строение сперматозоидов
Впервые научное описание анатомии мужской половой клетки составил голландский исследователь Антони ван Левенгук. Сделал он это в 1677 году, при этом не только описал основные элементы мужской половой клетки, но и сделал зарисовки. До этого времени ученые не имели представления о том, как происходит оплодотворение, зато после открытия Левенгука стало очевидно, что мужские половые клетки — сперматозоиды – участвуют в процессе зачатия.
Каждая клетка в человеческом организме имеет ряд важных характерных признаков и должна выполнять определенные функции. Главная роль сперматозоида заключается в том, чтобы достигнуть маточной трубы женщины, осуществить оплодотворение и предоставить свой генетический материал.
Каждая клетка имеет свой набор хромосом, именно в них и находится особый генетический код. Каждая хромосома несет в себе информацию о том, какие признаки в дальнейшем будут у человека. Так, гены, которые в определенной последовательности находятся в хромосомах, определяют тот или иной цвет волос или разрез глаз.
Размер мужской половой клетки несколько меньше, чем женской. Современные ученые даже установили длину сперматозоида – она составляет приблизительно 55 мкм.
По своему внешнему виду сперматозоид очень напоминает головастика. Он имеет головку, тело (среднюю часть) и хвостик. Каждый из этих отделов имеет свою длину. Размеры основных частей сперматозоида представлены в таблице ниже.
Анатомическая область
Длина (в мкм)
В процессе развития сперматозоида происходит ряд очень важных преобразований – он должен полностью созреть и стать пригодным для осуществления зачатия. В период созревания сперматозоид существенно уменьшается в своих размерах. У него уплотняется ядро и уменьшается количество цитоплазмы, при этом все необходимые внутриклеточные органеллы остаются.
Средняя часть сперматозоида отделяется от его головки определенным сужением, которое называется шейкой. Позади средней части находится подвижный хвостик, благодаря которому сперматозоиды характеризуются способностью к движению. У неактивных и малоподвижных мужских половых клеток существенно снижается возможность к зачатию. Для того чтобы сперматозоид попал в маточную трубу, где он может встретиться с яйцеклеткой, ему необходимо быть достаточно подвижным. Помогает ему в этом хвостик – с помощью него сперматозоид совершает движения вокруг собственной оси.
Ученые рассчитали и среднюю скорость движения подвижных сперматозоидов. Так, она составляет приблизительно от 0,1 мм в секунду до 30 см в час. Считается, что после полового акта активные сперматозоиды способны достичь маточной трубы практически через 1-2 часа.
Для того чтобы быть активными, сперматозоидам необходим простатический сок. Его вырабатывает секреторный половой орган мужчины — простата.
Активизированные простатическим соком сперматозоиды во время эякуляции могут осуществлять свое движение для дальнейшего оплодотворения.
Подробнее смотрите в следующем видео.
Строение яйцеклеток
Количество женских фолликулов определяется еще в периоде внутриутробного развития. У маленькой девочки, которая еще развивается в материнской утробе, начинают образовываться яйцеклетки. К моменту рождения их количество составляет около 1-1,5 миллионов.
Женская и мужская половые клетки имеют определенные сходства. Так, яйцеклетки, как и сперматозоиды, необходимы для осуществления оплодотворения. Внутри женской половой клетки есть ядро – в нем, как и в головке сперматозоида, также находится определенный набор хромосом, который кодирует важную генетическую информацию.
Снаружи яйцеклетку окружает внешняя оболочка. Составляют ее специальные белки. Особое строение внешней оболочки яйцеклетки способствует тому, что проникнуть в нее в момент оплодотворения может только один сперматозоид.
Внешняя оболочка яйцеклетки также называется лучистым венцом, так как покрыта снаружи большим количеством микроскопических ворсинок. Они необходимы для того, чтобы обеспечить маленькой клеточке защиту.
Важным свойством женской половой клетки является ее созревание. В каждом менструальном цикле в организме женщины созревает по одной яйцеклетке. В процессе созревания женская половая клетка проходит несколько последовательно сменяющих друг друга фаз.
Женские яйцеклетки развиваются в течение нескольких дней менструального цикла. В период овуляции созревшая яйцеклетка выходит из фолликула и попадает в маточную трубу. Если встреча со сперматозоидами не произошла, она погибает. В таком случае беременность не наступает.
- Менструация
- Овуляция
- Высокая вероятность зачатия
Также вместе с календарным методом можно измерять базальную температуру, исследовать цервикальную слизь, использовать специальные тесты или мини-микроскопы, сдавать анализы на ФСГ, ЛГ, эстрогены и прогестерон.
Однозначно установить день овуляции можно посредством фолликулометрии (УЗИ).
Яйцеклетки созревают в женском организме только в период репродукции – это время, когда женщина может стать матерью естественным образом. Репродуктивное время наступает с приходом первых месячных и заканчивается окончательным наступлением климакса.
В течение всей жизни количество дарованных природой с рождения яйцеклеток изменяется. На это влияет достаточно много факторов внешней среды. Среди наиболее частых причин снижения количества яйцеклеток в женском организме — стрессовые воздействия, сопутствующие гинекологические заболевания, а также вредные привычки.
В случае стойких нарушений процесса созревания яйцеклеток в яичниках женщина может столкнуться с проблемой бесплодия.
Подробнее о яйцеклетках вы узнаете из следующего видео.
Различия между половыми клетками
Мужские и женские клетки имеют ряд различий. Сравнительная характеристика включает в себя несколько критериев.
Прежде всего мужские и женские половые клетки различаются по размеру. Яйцеклетка несколько крупнее сперматозоида потому, что имеет другое строение. Так, внутри нее находится больше цитоплазмы. Размер женской половой клетки ориентировочно составляет 130 мкм, то есть приблизительно в два раза больше мужской.
Также половые клетки у мужчин и женщин отличаются набором хромосом. Основная генетическая информация находится в ядре — основном органе маленькой половой клеточки. Именно там и находятся хромосомы.
Сравнение между яйцеклетками и сперматозоидами можно проводить и по способности к выживанию. Под этим термином специалисты подразумевают возможность клетки сохраняться во внешних условиях без потери своих основных свойств и жизнеспособности. Считается, что сперматозоиды более жизнеспособны, чем яйцеклетки. Так, в среднем, они могут сохраняться в женских половых путях после полового акта в течение 3-4 суток, неоплодотворенная же яйцеклетка погибает сравнительно быстро — через 12-24 часа после своего выхода из фолликула.
Эмбриональное развитие человека. Оплодотворение - фертилизация.
Онтогенез, или индивидуальное развитие, включает пренатальный (внутриутробный) период, который длится примерно 280 суток, или 10 лунных месяцев, и постнатальный (внеутробный) период, продолжительность которого у разных людей варьирует и во многом определяется как внутренними, так и внешними по отношению к человеку факторами.
Изучение пренатального развития человека (эмбриогенеза) встречается с рядом трудностей, связанных не только с получением необходимого для исследований материала, но этическими и религиозными нормами, существующими в общественном сознании. Ранние зародыши человека — "редкая находка". Только в 1944 г. впервые был исследован 7,5-суточный зародыш человека, а в 1946 г. — 2-5-суточные зародыши. Наиболее полная коллекция человеческих эмбрионов находится в институте Карнеги (Балтимор, США). Описания ранних эмбрионов человека даны Гертигом, Рокком и Стритером. В отечественной эмбриологии ранние стадии развития зародыша человека изучены и описаны А.Г. Кнорре (зародыш "ВМА-1") и Б.П. Хватовым (зародыш "Крым"). Развитие технологии искусственного оплодотворения позволило в деталях исследовать механизмы оплодотворения и дробления зиготы у человека.
Оплодотворение (фертилизация)
У человека оплодотворение внутреннее. По клиническим наблюдениям, зачатие чаще всего происходит у женщин вплоть до 2-й недели после менструации, хотя другие авторы указывают в качестве наиболее подходящих для зачатия сроков —11-17-е сутки менструального цикла.
В результате гаметогенеза у человека образуется генетически однородная популяция овоцитов (яйцеклеток), содержащих 22 соматические и одну половую Х- хромосомы; и два рода спермиев с различными генетическими характеристиками (22+Х и 22+Y). Последние образуются в равном количестве, поэтому яйцеклетка имеет статистически равные возможности на встречу как с Х-, так и с Y-спермием и, соответственно, ожидается рождение мальчиков и девочек в равном соотношении. Однако физиологические условия оплодотворения вносят поправку в эти результаты (100: 106 в пользу рождения мальчиков).
Процесс направленного перемещения спермиев по органам женского полового тракта из влагалища в маточную трубу продолжается около 10 часов и является, по сути, преодолением клетками с ограниченными метаболическими потенциями огромного расстояния. Благодаря тому, что в эякуляте содержится в среднем около 200-300 млн сперматозоидов, существует высокая вероятность того, что небольшая часть спермиев (около 1% от первоначального числа) сохранит жизнеспособность, достигнет маточной трубы и будет участвовать в оплодотворении. Скорость самостоятельного передвижения спермиев очень невелика — около 2-4 мм/мин.
Женская половая клетка при овуляции попадает в маточную трубу благодаря набуханию фимбрий и их тесному контакту с поверхностью яичника.
При взаимодействии сперматозоидов с органами женского репродуктивного тракта поисходит их капацитация — приобретение оплодотворяющей способности. При капацитации под влиянием секреторных продуктов женского полового тракта с поверхности сперматозоидов удаляются вещества, которые блокируют рецепторно-трансдукторную систему сперматозоида, взаимодействующую с поверхностью женской половой клетки. Собственно процесс оплодотворения условно разделяют на фазы — дистантного и контактного взаимодействия и завершается оплодотворение активацией метаболизма зиготы.
В фазе дистантного взаимодействия происходит встреча половых клеток (гамет) в половых путях женщины. Важными механизмами дистантного взаимодействия являются положительные хемо- и реотаксис, а также электростатическое взаимодействие гамет (на близком расстоянии).
В фазе контактного взаимодействия спермин разрушает оболочки овоцита — лучистый венец, прозрачную зону и плазмолемму. В процессе оплодотворения не должно произойти полиспермии — проникновения в женскую половую клетку нескольких сперматозоидов. Полагают, что первый этап взаимодействия спермиев с женской половой клеткой — это механическое удаление части клеток лучистого венца, которое осуществляют биения жгутиков спермиев. Дальнейшие события контактного взаимодействия связаны со взаимодействием рецепторов двух клеток, акросомной реакцией сперматозоида и кортикальной реакцией женской половой клетки. При контакте с женской половой клеткой, под действием активирующих субстанций (одна из которых — фертилизин), инициируется активное поступление катионов кальция в головку спермия. В результате происходят очаговые слияния плазмолеммы овоцита и акросомальной мембраны сперматозоида и их разрушение с появлением микроперфораций.
Через образовавшиеся микроотверстия выделяются ферменты-лизины спермия (гиалуронидаза, трипсиноподобный фермент и др.), которые разобщают контакты между клетками лучистого венца, а также между ними и плазмолеммой овоцита. Диссоциация лучистого венца прогрессирует и наконец обнажается небольшой участок более глубоко расположенной прозрачной зоны. Выделяемый акросомой спермия акрозин разрушает в этом участке гликозаминогликаны прозрачной зоны и образует "окно", через которое спермий может проникнуть к женской половой клетке. Пенетрация прозрачной зоны продолжается около 20 минут. После разрушения участка прозрачной зоны спермий попадает в заполненное жидкой средой перивителлиновое пространство между прозрачной зоной и плазмолеммой овоцита. В месте соприкосновения головки спермия с плазмолеммой овоцита цитоплазма женской половой клетки формирует выступ — бугорок оплодотворения (в этом участке овоцита активируется полимеризация актина) и здесь же происходит слияние внешних мембран женской и мужской гамет.
Слившиеся участки мембран затем разрушаются и через образовавшееся отверстие спермий проникает в женскую половую клетку. Его плазмолемма при этом "сползает" и закрывает дефект, образовавшийся в плазмолемме овоцита. Из цитоплазматических структур спермия кроме ядра в овоцит попадают проксимальная центриоль и шейка (хвост остается снаружи и отпадает). Благодаря тому, что участок мембраны, привнесенный в плазмолемму овоцита спермием, хорошо проницаем для катионов натрия, последние начинают активно поступать внутрь женской половой клетки и изменяют ее мембранный потенциал. В течение очень короткого времени (около 1/10 сек) мембранный потенциал овоцита резко падает, и женская половая клетка становится невосприимчивой к контактам с другими спермиями. Затем наступает кортикальная реакция овоцита. Это происходит в результате поступления катионов кальция в женскую половую клетку, что вызывает слияние мембран кортикальных гранул с плазмолеммой овоцита и экзоцитоз их ферментов в перивителлиновое пространство. При этом прозрачная зона уплотняется, утолщается, теряет рецепторные белки к сперматозоидам. Так возникает оболочка оплодотворения, препятствующая проникновению других спермиев в овоцит.
В момент встречи со спермием овоцит находится в блоке метафазы второго мейо-тического деления. После проникновения спермия в овоплазму женская половая клетка завершает второе деление созревания. При этом выделяется полярное тельце с лишними хромосомами. Пока овоцит завершает мейоз, пронуклеус спермия округляется и принимает вид интерфазного. В нем происходит синтез ДНК, и пронуклеус приобретает набор двойных (реплицированных) хромосом. Ядро женской половой клетки по завершении второго деления мейоза претерпевает точно такие же изменения. Затем оба пронуклеуса переходят в профазу митоза. Центриоль, привнесенная спермием, делится, формируя две центросомы. Последние прикрепляются к веретену деления, образующемуся между пронуклеусами и, таким образом, хромосомы мужского и женского пронуклеусов оказываются расположенными в экваториальной плоскости — происходит метафаза митоза. Далее следуют ана- и телофаза — зигота завершает первое деление дробления, в результате которого образуются первые две дочерние клетки — бластомеры — каждая с диплоидным набором хромосом.
При половом размножении новый организм получает генетическую информацию двух родительских организмов, что обуславливает значительную комбинативную изменчивость. В основе полового размножения лежит половой процесс , т. е. обмен генетической информацией между особями одного вида (конъюгация) или её объединение (копуляция).
При половом размножении у многоклеточных организмов образуются половые клетки ( гаметы ) с гаплоидным набором хромосом. Гаметы сливаются при оплодотворении , и из образовавшейся зиготы развивается новый организм.
Каждый дочерний организм получает новую комбинацию генетической информации и отличается от других особей вида. Это повышает возможность вида приспосабливаться к изменяющейся среде обитания и обеспечивает выживание некоторой части организмов в сильно изменившихся условиях.
Половые клетки делятся на мужские (подвижные — сперматозоиды , неподвижные — спермии ) и женские ( яйцеклетки ).
Сперматозоиды человека и животных отличаются от яйцеклеток небольшими размерами, подвижностью и строением.
Сперматозоид состоит из головки, шейки и хвоста. Головка содержит ядро с гаплоидным набором хромосом (\(1n1c\)) и небольшое количество цитоплазмы с органоидами.
На переднем конце головки находится акросома (видоизменённый аппарат Гольджи). В ней накапливаются ферменты, растворяющие оболочку яйцеклетки при оплодотворении.
В цитоплазме шейки сосредоточены центриоли и митохондрии, вырабатывающие энергию для движения сперматозоида.
Яйцеклетка обычно намного крупнее соматических клеток. Особенно больших размеров достигают яйцеклетки рыб, амфибий, рептилий и птиц.
Яйцеклетка имеет округлую форму и неподвижная. Она содержит ядро и большое количество цитоплазмы с органоидами. В цитоплазме находятся питательные вещества, необходимые для развития зародыша.
Читайте также: