Вопрос о том, происходит ли созревание половых клеток, может показаться риторическим для тех, кто знаком с основами биологии. Ответ на него, однозначное да. Созревание половых клеток, или гаметогенез, — это фундаментальный процесс, благодаря которому вообще возможно продолжение рода у млекопитающих, включая человека. Без этого сложнейшего механизма ни сперматозоид, ни яйцеклетка не смогли бы слиться воедино и дать начало новой жизни.
Что такое гаметогенез?
Гаметогенез — это процесс образования и развития половых клеток (гамет). Половые клетки формируются не мгновенно: они проходят долгий путь от стволовых диплоидных клеток до зрелых гаплоидных гамет, готовых к оплодотворению. Формирование мужских половых клеток называется сперматогенезом, а женских — оогенезом.
Общие стадии развития
Несмотря на различия, сперматогенез и оогенез имеют общие этапы. Образование половых клеток последовательно проходит через следующие стадии:
- Стадия размножения: исходные стволовые клетки (сперматогонии и оогонии) активно делятся путем митоза. У человека деление этих клеток начинается только в период полового созревания под воздействием гормонов.
- Стадия роста: клетки увеличиваются в размерах, накапливают питательные вещества и необходимые органоиды. В этот период осуществляется рост половых клеток, и они превращаются в сперматоциты или ооциты первого порядка.
- Стадия созревания: это ключевой этап, на котором клетки проходят через два последовательных деления мейоза (редукционное и эквационное). Именно мейоз делает созревание таким важным, он уменьшает набор хромосом вдвое (с диплоидного до гаплоидного), чтобы при слиянии двух клеток не происходило удвоения генетического материала.
- Стадия формирования: характерна в основном для сперматозоидов, которые приобретают свою характерную форму со жгутиком для передвижения.
Сперматогенез: непрерывное созревание
Сперматогенез — это процесс формирования мужских гамет (сперматозоидов). Как известно из курсов биологии 9-го и 10-го классов, образование сперматозоидов осуществляется в извитых семенных канальцах мужских половых желез — семенников.
По мере своего развития предшественники сперматозоидов постепенно смещаются от периферических зон стенок канальцев ближе к их просветам. У человека этот процесс занимает около 75 суток, после чего сформированные сперматозоиды выходят в просвет семенного канальца. Важная особенность: сперматогенез начинается в период полового созревания и продолжается в течение всей жизни мужчины, что делает его способным к оплодотворению практически непрерывно.
Оогенез: дозревание по графику
Оогенез — это процесс развития женских половых клеток. В отличие от мужских, женские половые клетки закладываются еще во внутриутробном периоде развития девочки. К моменту рождения в яичниках уже находятся ооциты (женские половые клетки, находящиеся в процессе созревания), которые «замирают» в профазе первого деления мейоза.
Их дальнейшее созревание возобновляется только после наступления полового созревания. Каждый менструальный цикл один (или несколько) ооцит продолжает свое развитие. Созревание ооцита — это процесс последовательного прохождения двух делений мейоза. В связи с тем, что эти циклы повторяються, в яичниках постоянно можно обнаружить фолликулы, которые находятся в разных стадиях созревания.
Оплодотворение, венец созревания
Зачем же клеткам нужно столь долгое созревание? Ответ прост: без него невозможно оплодотворение. Оплодотворение — это процесс слияния женской половой клетки (яйцеклетки) с мужской половой клеткой (сперматозоидом).
Только благодаря тому, что в стадии созревания обе клетки прошли мейоз и стали гаплоидными (содержащими одинарный набор хромосом), их слияние восстанавливает диплоидный набор, характерный для вида. По мере развития внутри зиготы происходит активное деление клеток, из которых со временем формируются плацента и эмбрион.
Факторы, влияющие на созревание: когда ответ «нет»?
Хотя биологически созревание должно происходить (иначе репродукция невозможна), существует множество факторов, которые могут нарушить этот процесс, сделав эффективное созревание невозможным. В таких случаях мы можем сказать, что нормальное созревание половых клеток — нет.
К факторам, нарушающим гаметогенез, относятся:
- Гормональные сбои: процесс запускается и контролируется гормонами. Американские ученые из Университета Питсбурга установили, что процесс полового созревания запускается всего лишь одним специфическим белком. Любые отклонения в эндокринной системе могут остановить созревание.
- Химические воздействия: научно доказано, что различные вещества могут прерывать этот процесс. Например, исследователи, поддержанные грантом Российского научного фонда (РНФ), выяснили, что популярный антидепрессант флуоксетин при длительном приеме нарушает созревание яйцеклеток у самок мышей.
- Возрастной фактор: в отличие от мужчин, у женщин запас ооцитов конечен, и с возрастом качество созревающих клеток снижается.
Так созревание половых клеток — да или нет? С точки зрения физиологии и законов природы — это абсолютное «ДА». Гаметогенез (овогенез и сперматогенез) является непременным условием существования видов, размножающихся половым путем. Однако, с точки зрения индивидуального здоровья, это условное «ДА», потому что на этот хрупкий процесс влияет множество внешних и внутренних факторов, способных привести к патологиям и бесплодию. Понимание механизмов созревания половых клеток позволяет медицине помогать людям, у которых естественный процесс нарушен, включая разработку новых репродуктивных технологий.