Гаметогенез

21. Гаметогенез

У млекопитающих, как и у многих других организмов, есть два типа половых клеток – мужские – сперматозоиды и женские -яйцеклетки.

Формирование яйцеклеток проходит в женских половых железах – яичниках, сперматозоидов - мужских половых железах – семенниках, которые у большинства млекопитающих, в том числе, у человека, расположены в мошонке – специальном выпячивании брюшной стенки, температура в котором 33-35^о, что является оптимальным показателем для созревания сперматозоидов.

Яйцеклетки, в отличие от сперматозоидов, округлые клетки достаточно крупных размеров. У некоторых рыб, амфибий, рептилий, птиц и однопроходных млекопитающих в цитоплазме яйцеклеток содержится большое количество желтка, за счёт которого будет развиваться зародыш, поэтому сами яйцеклетки очень крупные. Яйцеклетки плацентарных млекопитающих достигают в диаметре всего 0,1 – 0,3 мм. Желтка в них практически нет, т.к. развивающийся зародыш питается через плаценту питательными веществами матери.

Сперматозоиды – очень мелкие клетки, например, длина человеческого сперматозоида составляет около 60 мкм. Состоит сперматозоид из головки, шейки и хвоста. В головке находится ядро с гаплоидным набором хромосом, а в верхней её части расположена акросома – видоизменённый комплекс Гольджи, содержащий специфический фермент, растворяющий оболочку яйцеклетки. В шейке расположены митохондрии и структура, сходная по строению с центриолями; хвост образован микротрубочками и обеспечивает сперматозоиду подвижность.

Образование половых клеток – гамет, называется гаметогенезом.

Это понятие объединяет два процесса – образование яйцеклеток – оогенез, и образование сперматозоидов – сперматогенез. Оба эти процесса проходят аналогично и делятся на несколько периодов.

Период размножения заключается в многократных митотических делениях малоспециализированных диплоидных первичных половых клеток. Интенсивность этих делений при сперматогенезе гораздо выше, чем при оогенезе, т.к. за жизнь у мужчины вырабатываются миллионы сперматозоидов, а у женщины – всего около 400 яйцеклеток.

Во время периода роста клетки, образовавшиеся на стадии размножения, растут до нормальных размеров, а яйцеклетки ещё и накапливают питательные вещества, что характерно в большей степени для яйцекладущих животных.

Период созревания представляет собой деление клеток путём мейоза. При сперматогенезе он протекает по стандартной схеме, и в результате образуется четыре одинаковых клетки, которые в период формирования превращаются в сперматозоиды: формируется жгутик и другие приспособления, которые делают оплодотворение возможным. Сперматогенез у мужчин начинается с наступлением половой зрелости и заканчивается в старости. За это время организм вырабатывает до 10¹⁰ сперматозоидов. Формирование такого астрономического количества мужских гамет обусловлено тем, что далеко не все они смогут оплодотворить яйцеклетку – чем больше сперматозоидов, тем больше шансов на оплодотворение.

При оогенезе первое деление мейоза проходит неравномерно – весь желток оказывается в одной дочерней клетке, а вторая клетка превращается в направительное тельце. В ней практически нет питательных веществ, размеры её малы и в дальнейшем процессе она не участвует.

В результате второго неравномерного деления образуется только одна яйцеклетка и три направительных тельца, которые вскоре разрушаются. 

Биологический смысл этого процесса заключается в образовании ограниченного количества яйцеклеток, способных к оплодотворению. Яйцеклетка окружается фолликулом – оболочкой, выполняющей защитную и питательную функцию. В таком виде яйцеклетки могут храниться в организме женщины десятки лет. Яйцеклетки формируются в женском организме ещё на стадии эмбрионального развития, т.е. девочка рождается с готовым набором будущих половых клеток. Они находятся в яичниках до полового созревания, а затем под влиянием половых гормонов зрелые ооциты ежемесячно выходят в просвет яйцевода и двигаются к матке. Этот процесс, называемый овуляцией.

В период деления генетический аппарат гамет очень чувствителен к повреждающим факторам внешней среды – радиации, ядам, алкоголю, наркотическим веществам и др. Доза радиоактивного облучения, неопасная для организма, может привести к необратимым изменениям в генотипе половых клеток.  Особенно опасны различные воздействия на женский организм, получивший запас яйцеклеток ещё до рождения, сохраняющийся на протяжении всего детородного периода. Каждое новое повреждающее воздействие увеличивает вероятность повреждений половых клеток и рождение патологического потомства. Впервые на подобные факты учёные обратили внимание после взрывов ядерных бомб в японских городах Хиросима и Нагасаки во время Второй мировой войны. Получившие незначительную дозу облучения беременные женщины рожали здоровых девочек и спустя десятки лет в потомстве этих девочек обнаруживались серьёзные генетические аномалии. В таких случаях доза облучения оказалась безвредной для организма матери и защищённого её телом плода, но яйцеклетки как самой матери, так и её будущей дочери повреждались.

К таким негативным последствиям могут приводить и экологические катастрофы, подобные аварии на Чернобыльской АЭС, а также  не соответствующая санитарным нормам утилизация ядерных отходов. В результате радиоактивного заражения обширных территорий опасность нарушений в геноме угрожает не только людям, проживающим на них, но и их детям, родившимся даже через много лет.

Не менее опасным для яйцеклеток оказывается воздействие наркотических веществ. Даже однократное употребление наркотиков может привести к мутациям в половых клетках девушки и рождению у неё, даже через много лет, ребёнка-инвалида.

Все накопленные факты о влиянии вредных воздействий на организм человека и его потомство учитываются при разработке санитарных норм. Например, существуют ограничения на определённые виды деятельности для женщин в возрасте до 45 лет. В 2014 году в Государственную Думу РФ внесён проект закона, запрещающий курение женщинам, не достигшим 40 лет.