«И вот самый быстрый и сильный сперматозоид доплывает до маминой клеточки и сливается с ней!» Знакомая история? Примерно так большинство из нас и представляет процесс оплодотворения яйцеклетки. Приятно представлять, что ты с самого начала уже немножко победитель, ведь «папиной клетке» пришлось постараться, чтобы именно такой человек появился на свет.
К сожалению, ученые сегодня полностью развенчали этот миф. Конкурентная гонка сперматозоидов — это точно не про людей. Рассказываем, как все происходит на самом деле, у кого сперматозоиды самые большие (спойлер: у самых маленьких), а у кого — самые быстрые, и причем тут лягушки в брюках.
Тараканы зарождаются из грязи
До того, как ученые смогли хотя бы условно разобраться в репродуктивных процессах человека, абсолютно все считали, что жизнь самопроизвольно зарождается из ничего. Была бы питательная среда — а живое существо появится само. Мыши, к примеру, появлялись из пшеничных зерен в амбаре, тараканы спорадически рождались из грязи. Так наука считала вплоть до ХVII века.
С появлением условного микроскопа наконец удалось рассмотреть под увеличением яйцеклетку. И тогда появилась теория матрешки, «русской составной куклы». В каждом человеке, считали ученые средневековья, находятся еще несколько маленьких человек. А в них — еще несколько, совсем микроскопических. И так далее, до нано- и пикомоделей. Латинское утверждение ab ovo, «все из яйца», стало основой репродуктивных теорий.
Казалось бы, с появлением более сильных микроскопов эта теория будет заменена на более реалистичную. Ан нет. Когда наконец удалось рассмотреть в микроскоп сперматозоид, ученые быстро изменили мнение в сторону андроцентризма: мужская клетка стала главной, а женская оказалась простой оболочкой, принимающей сперматозоиды. И вот на этом этапе появилась мысль, что «папины клеточки» должны соревноваться: кто быстрее займет удобный спермоприемник?
Зверек, участвующий в зачатии, и брюки для лягушек
О сперматозоидах люди не знали вплоть до 1677 года. Понимание того, что половой акт как-то связан с рождением ребёнка, было, но вот как он связан?
Начало научному открытию, которое сегодня изучают дети в книжках «Откуда я появился?», положил голландский ученый Антони ван Левенгук. Он бы первым, кто рассмотрел эякулят в микроскоп и обнаружил, что жидкость буквально кишит сперматозоидами. Названия, правда, он им не дал, и на тот момент сперматозоиды считались «зверьками, участвующими в зачатии». Другие ученые опровергали эту теорию, называя сперматозоиды паразитами, живущими в эякуляте, и приписывали им множество мужских болезней.
Примерно тогда же предположили, что яйцеклетки появляются из яичников, хотя вплоть до 1927 года уверенности в этом не было.
Теория «маленьких человечков» не обошла и сперматозоиды. Раз яйцеклетка — только приемник для спермы, значит, в головке каждого сперматозоида содержится маленький прообраз человека, гомункулус.
Математик Николас Хартсукер, опять-таки голландец, создавший винтовой микроскоп, тоже рассмотрел сперматозоиды. И на основе увиденного нарисовал… гомункула внутри мужской половой клетки.
После открытия Левенгука должно было пройти еще сто лет, прежде чем сперматозоиды перестали считаться «паразитами из спермы». И развенчал этот миф итальянский священник в одном из удивительнейших экспериментов.
Ладзаро Спалланцани стал первооткрывателем роли сперматозоидов в процессе оплодотворения. В середине XVIIIвека ему пришла в голову блестящая идея о проверке своей теории. История не сохранила для нас имя самоотверженного портного, помощника Спалланцани, но факт остается фактом: итальянец ловил лягушек, надевал на них специально сшитые плотные брючки и в таком виде выпускал в водоем.
Из-за брюк сперма не попадала в воду, а значит, оплодотворение самок не происходило. Головастиков в контрольном водоеме с одетыми лягушками не было. Так была доказана роль сперматозоидов!
Сегодня известно, что в половине чайной ложки, стандартной порции эякулята, плавает около 250 миллионов «головастиков», а за всю жизнь средний мужчина вырабатывает около двух триллионов сперматозоидов. Средняя женщина же — около 400 яйцеклеток. Зачем «головастиков» так много? Ведь успешность оплодотворения снижается, только если их меньше 100 миллионов в одной порции. Значит ли это, что соревновательный эффект у сперматозоидов действительно существует?
«Соревнование сперматозоидов» в природе действительно есть. Но такие своеобразные «олимпийские игры» устраивают исключительно сперматозоиды разных особей. К примеру, у шимпанзе, которые живут в группах с нестабильными родительскими парами, одна самка может совокупляться с разными самцами. И вот их сперматозоиды действительно конкурируют.
Шимпанзе отличаются от человека не только промискуитетом: сперма у них в сравнении с нами вырабатывается быстрее и в больших количествах. У них и яички больше, чем у человека.
А еще в сперме шимпанзе больше лейкоцитов, чтобы бороться с возбудителями заболеваний, передающихся половым путем (приматы ими также страдают). И еще одна удивительная особенность: сперма шимпанзе может становиться густой в полости влагалища, создавая своеобразную пробку. Все для того, чтобы другие самцы не смогли размножиться. Кстати, некоторые насекомые умеют не просто конкурировать за размножение, но и отравлять сперму конкурента: в их эякуляте есть ядовитые вещества.
Но у нас все иначе. «Соревнований сперматозоидов» даже между клетками разных особей нет, так как человек эволюционировал иначе. Древние люди, как и большинство приматов (кроме шимпанзе) сожительствовали в полигамных группах с одним самцом и несколькими самками. Именно поэтому у мужчин яички сравнительно небольшие и составляют примерно треть от размера тестикул шимпанзе. Еще одно отличие нас от шимпанзе: у этих приматов почти нет «пустышек», абсолютное большинство сперматозоидов здоровы и готовы к зачатию. А у нас есть немалое количество физически неполноценных сперматозоидов, с маленькой головкой, парой хвостов вместо одного и прочими дефектами. Их роль пока неясна, хотя высока вероятность, что они — следствие генетической вариативности. Именно для того, чтобы люди рождались разными и меньше накапливали дефектов, нам нужно такое огромное количество сперматозоидов в одной порции спермы.
Генетическое разнообразие влечет и повышенное количество генетических поломок. Существует такой вредный миф: в отличие от женщин, теряющих способность к зачатию с наступлением менопаузы, здоровье спермы у мужчин с возрастом не падает. Так вот это — в корне неверно.
Количество генетических дефектов в сперматозоидах с возрастом нарастает. Все знают, что у женщин в возрасте старше 35 выше шансы родить ребёнка с хромосомными отклонениями. Так вот у мужчин в сперме накапливается в 4 раза больше генетических дефектов, чем у женщин в яйцеклетках! Так что идея о заморозке спермы в молодости для зачатия поздних детей имеет немало преимуществ.
Мифы о передвижении сперматозоидов: кто самый сильный и самый быстрый?
Увы, ответ на этот вопрос надо искать не среди сперматозоидов. Еще один распространенный миф, связанный с «соревнованием головастиков»: как сперматозоиды добираются до яйцеклетки. Да, это может шокировать, но факт остается фактом: никто никуда не «плывет», помогая себе хвостиком.
Сперматозоиды большинства млекопитающих, и человека в том числе, переносятся к яйцеклетке благодаря движениям стенок влагалища и фаллопиевых труб. Кстати, процесс оплодотворения всегда совершается в полости маточной трубы, и все беременности в начале — трубные. Влагалище, матка и фаллопиевы трубы «транспортируют» сперму, совершая движения по типу насоса и сокращения стенок. «Самых-самых» просто переносят к яйцеклетке, не выбирая, кто из них лидер, а кто — аутсайдер.
Шансы «доплыть» до яйцеклетки выше у спермы мелких млекопитающих, расстояние меньше, а сами сперматозоиды, как ни абсурдно это звучит на первый взгляд, крупнее.
Если сравнить сперматозоиды мыши и голубого кита, самого крупного из царства млекопитающих, то у мыши они… крупнее. Более мелких «китовых головастиков» легче транспортировать внутри матки, расстояние до яйцеклетки у них в сто раз длиннее, чем в случае мышей.
А самые большие сперматозоиды из известных ученым — у крошечной мухи дрозофилы! Разумеется, разница в размерах не в объёме тела, а в длине хвостика. Так, у дрозофил сперматозоид имеет форму клубка, и если его размотать (а ученые, конечно, размотали) и измерить, то в длину он достигает почти шести сантиметров! То есть один сперматозоид в 20 раз длинней, чем самец дрозофилы!
Длиннее — не значит, лучше. К примеру, у ос-паразитоидов, не испытывающих проблем с размножением, размер сперматозоида всего 7 мкм или 0,0007 сантиметра. А вот у мокриц сперматозоиды соединяются в цепочки, чтобы помогать друг другу выживать в довольно агрессивных условиях влагалища.
Агрессивные условия влагалища — не миф. Повышенная кислотность не особенно благоприятна для сперматозоидов, и долго они там выжить не могут. В реальности из тех 250 миллионов, которые попадают внутрь при половом акте, всего около миллиона пройдет вверх по маточной трубе. И причина — не в пресловутом соревновании. Как сегодня говорят специалисты, существование сперматозоидов скорее похоже на лагерь тренировки выживания, где отбраковываются нежизнеспособные и дефектные особи. А еще — вопрос банальной удачи.
Большинство не достигнет даже шейки матки: кто-то погибнет из-за повышенной кислотности во влагалище, кто-то запутается во влагалищной слизи, многие останутся в криптах, складках на стенках, и проживут там от двух до десяти дней, все еще способные оплодотворить яйцеклетку. Поэтому предохранение только в «опасные дни» — крайне ненадежный способ контрацепции. Дальше на входе в маточные трубы все «головастики» временно прикрепляются к стенкам, и не все удается открепиться. Зачем это нужно?
Если к яйцеклетке доставят слишком много сперматозоидов, проявится феномен полиспермии. Эмбрион окажется нежизнеспособным, так как вместо положенных 46 хромосом получится 69. Итог — выкидыш. Чтобы такое происходило как можно реже, природой установлены естественные барьеры для спермы.
Сколько нужно сперматозоидов, чтобы оплодотворение произошло?
Если вводить сперму прямо в матку (искусственная инсеминация), то нужно всего 20 миллионов.
Если происходит фертилизация in vitro в чашке Петри, то оптимальное количество — около 25 000, один для оплодотворения, остальные — чтобы «открыть вход» в яйцеклетку, растворить часть оболочки. И кто проникнет внутрь — вопрос случайности.
Итак, все истории с самозарождением тараканов, женщинами-«матрешками» и гомункулусами у нас сегодня вызывают смех. Как можно было придумать настолько ненаучные объяснения? Однако андроцентрическая теория о «соревновании сперматозоидов» тоже не более чем «научная сказка». Рассматривать сперматозоиды как конкурентов за получение «приза», пассивно ожидающей их яйцеклетки, не менее глупо. Роль обеих клеток, как единственной женской, так и миллионов мужских, равноценна, и все странные и не вполне понятные процессы оплодотворения важны с точки зрения выживания человеческого рода.
